Как устроена ракета и почему она летит фрагмент книги американского физика луиса блумфилда «как все работает»

Вариант №2

Реактивное движение – это способ применения закона сохранения импульса на практике. Реактивным называется вид движения тела с отделением от него части, летящей с определенной скоростью. Такой вид движения наблюдается не только в обыденной жизни, технике, но и в природе.

В быту реактивное движение можно наблюдать, если надуть воздушный шарик, а затем отпустить его. При этом воздух из шарика будет выходить в одну сторону, а шарик полетит в другую. Движение шарика прекратится, когда большая часть воздуха выйдет из него.

В технике самыми яркими примерами реактивного движения являются: ракета, сегнерово колесо. Впервые описание ракеты, как транспортного средства для космических полетов, было сделано Константином Эдуардовичем Циолковским – русским ученым в начале XX века. Но его идеи смог воплотить в жизнь советский конструктор Сергей Павлович Королев только в середине XX века. Во время полета ракеты отделяющейся частью является струя газов, образующаяся при сгорании топлива. Струя газов так же, как и в случае с шариком, устремляется в сторону, противоположную движению ракеты. Ракеты, применяемые для организации красочных фейерверков, сигнальные ракеты тоже работают по принципу реактивного движения.

Рассмотрим еще один вид реактивного движения – сегнерово колесо. Сегнеровым колесо названо по фамилии венгерского ученого-физика Иоганна Сегнера, который и изобрел его в 1750 году. В качестве отделяющейся части здесь выступает вода, которая выливается из изогнутой на конце трубки с большой скоростью и заставляет вращаться колесо. Данный метод до сих пор применяется в центробежном фильтре для очистки масла в автомобилях.

В природе реактивное движение используют такие животные, как: кальмар, сальпа, каракатица. Через отверстия у себя в теле они вбирают воду, а затем выбрасывают ее наружу и двигаются в сторону, противоположную вылету струи воды.

Растения также используют реактивное движение для распространения своих семян. Примером такого распространения являются плоды бешеного огурца. Даже небольшое прикосновение к созревшим плодам заставляет их отлетать от плодоножки и раскрываться. При этом семечко, расположенное в специальной клейкой жидкости, отлетает в сторону, противоположную коробочке.

10 класс, 9 класс кратко

Устройство реактивного двигателя

Реактивный двигатель состоит из следующих основных элементов:

• компрессор, который засасывает в двигатель поток воздуха;
• камера внутреннего сгорания, где происходит смешивание топлива с воздухом, их горение;
• турбина – придает дополнительное ускорение потоку тепловой энергии, полученной в результате горения топлива и воздуха;
• сопло, важнейший элемент, который преобразует внутреннюю энергию в «движущую силу» – кинетическую энергию.

Благодаря совместному взаимодействию этих элементов, на выходе реактивного двигателя образуется мощнейшая реактивная струя, придающая объектам, на которых установлен двигатель, высочайшую скорость.

«Венера»

В 1966 году СССР начал межпланетные перелёты. Космический корабль «Венера-3» совершил жёсткую посадку на соседнюю планету и доставил туда глобус Земли и вымпел СССР. В 1975-м «Венере-9» удалось совершить мягкую посадку и передать изображение поверхности планеты. А «Венера-13» сделала цветные панорамные снимки и звукозапись. Серия АМС (автоматические межпланетные станции) для изучения Венеры, а также окружающего космического пространства продолжает совершенствоваться и сейчас. На Венере условия жёсткие, а достоверной информации о них практически не было, разработчики ничего не знали ни о давлении, ни о температуре на поверхности планеты, всё это, естественно, осложняло исследование.

Первые серии спускаемых аппаратов даже плавать умели — на всякий случай. Тем не менее поначалу полёты удачными не были, зато впоследствии СССР настолько преуспел в венерианских странствиях, что эту планету стали называть русской. «Венера-1» — первый из космических аппаратов в истории человечества, предназначенный для полёта на другие планеты и их исследования. Был запущен в 1961 году, через неделю потерялась связь от перегрева датчика. Станция стала неуправляемой и смогла сделать только первый в мире пролёт вблизи Венеры (на расстоянии около ста тысяч километров).

Интересные факты

Создание ракет связано со множеством интересных фактов:

1. Первую ракету в космос запустила Германия. Это случилось в 1942 году.
2. Первым пилотируемым аппаратом, который поднял человека в космос, стал «Восток-1». В 1961 году Юрий Гагарин на его борту совершил первый космический полет.
3. Самой большой ракетой считается Saturn 5. Ее высота составляет 110 метров.

Создание ракеты стало настоящим прорывом в науке. Эта конструкция активно применялась и в военных, и в мирных целях. При этом за время своего существования она претерпела много изменений.

Как устроен реактивный двигатель

Русский революционер и изобретатель Николай Кибальчич создал первый в мире проект аппарата с реактивным двигателем. Однако ученый был казнен. В начале XX века эту идею стал развивать К.Э. Циолковский. Ученый разработал саму схему реактивного двигателя, который работал на жидком топливе.

Ракета способна обеспечивать собственное движение в пустоте за счет реактивной силы. То есть она самостоятельно толкает себя, подобно осьминогу или кальмару. Процесс воспламенения смеси в двигателе является непрерывным — это пример простого двигателя. Еще один тип ракетного двигателя — . В нем используется жидкий кислород или азотная кислота, при окислении этого вещества увеличивается удельный импульс — показатель эффективности реактивного двигателя или ракетного топлива.

Несмотря на всю сложность конструкции современных космических кораблей, ракета — один из самых простых летательных аппаратов. В основе ее устройства лежит принцип, согласно которому всякое действие рождает противодействие. Ракета летит, выбрасывая определенное вещество из своей хвостовой части. Несмотря на всю эту простоту, ракеты разрабатывались и совершенствовались в течение более чем семисот лет.

Луис Блумфилд в своей книге «Как все работает. Законы физики в нашей жизни» приводит в пример движение по скользкому льду. Единственный способ сдвинуться — получить какой-то толчок от самого себя. Необходимо бросить кроссовок, и вы начнете двигаться в противоположную сторону. Вы передали импульс брошенной обуви, и она обратно передала его вам. «Величина импульса кроссовка равна величине вашего противоположно направленного импульса. Естественно, ваша масса намного больше массы кроссовка, поэтому вы двигаетесь гораздо медленнее, чем он», — объясняет Блумфилд.

Аналогично этому работает реактивный двигатель. Топливо и окислитель попадают в рабочую камеру, смешиваются, сгорают в зоне горения, выделяя огромное количество тепла, которого достаточно для движения.

Принцип — действие — ракета

Фейерверочная ракета.

Принцип действия ракеты заключается в следующем.
 

Принцип действия ракеты прост: ракета с большой скоростью выбрасывает вещество ( газообразные продукты сгорания топлива), которое с силой воздействует на ракету и сообщает ей ускорение. Предположим, что на ракету действует внешняя сила F. Это может быть сила тяготения, сила сопротивления среды, в которой движется ракета, и пр.
 

Принцип действия ракет известен хорошо. Ракета движется за счет выбрасывания назад части ее массы в виде газа.
 

В чем заключается принцип действия ракеты.
 

Устройство пороховой ракеты.

На рис. 331 показана механическая модель, иллюстрирующая принцип действия ракеты. Пружина, стянутая ниткой, вложена в рамку. Пружина играет роль порохового заряда.
 

Устройство пороховой ракеты.| Пружинная модель ракеты.

На рис. 336 показана простая механическая модель, иллюстрирующая принцип действия ракеты.
 

На рис. 336 показана простая механическая модель, иллюстрирующая принцип действия ракеты. Пружина, стянутая ниткой, вложена в рамку. Пружина играет роль порохового заряда. Пережжем нитку; это соответствует сгоранию пороха. Пружина, распрямляясь, окажет давление на рамку ( реакция пороховыхгазов) и вылетит из рамки подобно тому, как вылетают пороховые газы из отверстия ракеты.
 

Пружинная модель ракеты.

На рис. 336 показана простая механическая модель, иллюстрирующая принцип действия ракеты. Пружина, стянутая ниткой, вложена в рамку. Пружина играет роль порохового заряда. Пережжем нитку; это соответствует сгоранию пороха. Пружина, распрямляясь, окажет давление на рамку ( реакция пороховых газов) и вылетит из рамки подобно тому, как вылетают пороховые газы из отверстия ракеты.
 

Проиллюстрировать использование закона сохранения количества движения путем рассмотрения одного приложения, приобретшего особый интерес в последнее время, а именно — принципа действия ракет.
 

Принцип действия ракеты очень прост. Ракета с большой скоростью выбрасывает вещество ( газы), воздействуя на него с большой силой. Выбрасываемое вещество с той же, но противоположно направленной силой в свою очередь действует на ракету и сообщает ей ускорение в противоположном направлении. Если нет внешних сил, то ракета вместе с выброшенным веществом является замкнутой системой. Импульс такой системы не может меняться во времени. На этом положении и основана теория движения ракет. Целесообразно, однако, обобщить задачу, предположив, что на ракету действуют внешние силы. Такими силами могут быть сила земной тяжести, гравитационное притяжение Солнца и планет, а также сила сопротивления среды, в которой движется ракета.
 

Принцип действия ракеты очень прост. Ракета с большой скоростью выбрасывает вещество ( газы), воздействуя на него с большой силой. Выбрасываемое вещество с той же, но противоположно направленной силой в свою очередь действует на ракету и сообщает ей ускорение в противоположном направлении. Если нет внешних сил, то ракета вместе с выброшенным веществом является замкнутой системой. Импульс такой системы не может меняться во времени. На этом положении и основана теория движения ракет. Целесообразно, однако, обобщить задачу, предположив, что на ракету действуют внешние силы. Такими силами могут быть сила земной тяжести, гравитационное притяжение Солнца и планет, а также сила сопротивления среды / в которой движется ракета.
 

«Спутник» и «Луна»

В 1957 году первая космическая ракета — та самая Р-7 — вывела на орбиту искусственный «Спутник-1». США чуть позже решили повторить такой запуск. Однако в первую попытку их космическая ракета в космосе не побывала, она взорвалась на старте — даже в прямом эфире. «Авангард» был сконструирован чисто американской командой, и он не оправдал надежд. Тогда проектом занялся Вернер фон Браун, и в феврале 1958 года старт космической ракеты удался. А в СССР тем временем модернизировали Р-7 — к ней была добавлена третья ступень. В результате скорость космической ракеты стала совсем другой — была достигнута вторая космическая, благодаря которой появилась возможность покидать орбиту Земли. Ещё несколько лет серия Р-7 модернизировалась и совершенствовалась. Менялись двигатели космических ракет, много экспериментировали с третьей ступенью. Следующие попытки были удачными. Скорость космической ракеты позволяла не просто покинуть орбиту Земли, но и задуматься об изучении других планет Солнечной системы.

Но сначала внимание человечества было практически полностью приковано к естественному спутнику Земли — Луне. В 1959 году к ней вылетела советская космическая станция «Луна-1», которая должна была совершить жёсткую посадку на лунной поверхности

Однако аппарат из-за недостаточно точных расчётов прошёл несколько мимо (в шести тысячах километров) и устремился к Солнцу, где и пристроился на орбиту. Так у нашего светила появился первый собственный искусственный спутник — случайный подарок. Но наш естественный спутник недолго находился в одиночестве, и в этом же 1959-м к нему прилетела «Луна-2», выполнив свою задачу абсолютно правильно. Через месяц «Луна-3» доставила нам фотографии обратной стороны нашего ночного светила. А в 1966-м прямо в Океане Бурь мягко приземлилась «Луна-9», и мы получили панорамные виды лунной поверхности. Лунная программа продолжалась ещё долго, до той поры, когда американские космонавты на ней высадились.

Космические ракеты

Современная космическая ракета представляет собой сложное сооружение, состоящее из сотен тысяч и миллионов деталей, каждая из которых играет предназначенную ей роль. Но с точки зрения механики разгона ракеты до необходимой скорости всю начальную массу ракеты можно разделить на две части: 1) масса рабочего тела и 2) конечная масса, остающаяся после выброса рабочего тела. Эту последнюю часто называют «сухой» массой, так как рабочее тело в большинстве случаев представляет собой жидкое топливо. «Сухая» масса (или, если угодно, масса «пустой», без рабочего тела, ракеты) состоит из массы конструкции и массы полезной нагрузки. Под конструкцией следует понимать не только несущую конструкцию ракеты, ее оболочку и т. п., но и двигательную систему со всеми ее агрегатами, систему управления, включающую органы управления, аппаратуру навигации и связи, и т. п.,- одним словом, все то, что обеспечивает нормальный полет ракеты. Полезная нагрузка состоит из научной аппаратуры, радиотелеметрической системы, корпуса выводимого на орбиту космического аппарата, экипажа и системы жизнеобеспечения космического корабля и т. п. Полезная нагрузка — это то, без чего ракета может совершить нормальный полет.

Набору скорости ракеты благоприятствует то, что по мере истечения рабочего тела масса ракеты уменьшается, благодаря чему при неизменной тяге непрерывно растет реактивное ускорение. Но, к сожалению, ракета состоит не из одного лишь рабочего тела. По мере истечения рабочего тела освободившиеся баки, лишние части оболочки и т. д. начинают обременять ракету мертвым грузом, затрудняя ее разгон. Целесообразно в некоторые моменты отделять эти части от ракеты. Построенная таким образом ракета называется составной. Часто составная ракета состоит из самостоятельных ракет- ступеней (благодаря этому из отдельных ступеней можно составлять различные ракетные комплексы), соединенных последовательно. Но возможно и параллельное соединение ступеней, бок о бок. Наконец, существуют проекты составных ракет, в которых последняя ступень входит внутрь предыдущей, та заключена внутри предшествующей и т. д.; при этом ступени имеют общий двигатель и уже не являются самостоятельными ракетами. Существенный недостаток последней схемы заключается в том, что после отделения отработавшей ступени резко возрастает реактивное ускорение, так как двигатель остался прежним, тяга поэтому не изменилась, а разгоняемая масса ракеты резко уменьшилась. Это затрудняет точность наведения ракеты и предъявляет повышенные требования к прочности конструкции. При последовательном же соединении ступеней вновь включаемая ступень обладает меньшей тягой и ускорение не изменяется резким скачком. Пока работает первая ступень, мы можем рассматривать остальные ступени вместе с истинной полезной нагрузкой в качестве полезной нагрузки первой ступени. После отделения первой ступени начинает работать вторая ступень, которая вместе с последующими ступенями и истинной полезной нагрузкой образует самостоятельную ракету («первую субракету»). Для второй ступени все последующие ступени вместе с истинным полезным грузом играют роль собственной полезной нагрузки и т. д. Каждая субракета добавляет к уже имеющейся скорости собственную идеальную скорость, и в результате конечная идеальная скорость многоступенчатой ракеты складывается из суммы идеальных скоростей отдельных субракет.

Ракета является весьма «затратным» транспортным средством. Ракеты-носители космических аппаратов «транспортируют», главным образом, топливо, необходимое для работы их двигателей и собственную конструкцию, состоящую в основном из топливных контейнеров и двигательной установки. На долю полезной нагрузки приходится лишь малая часть (1,5-2,0%) стартовой массы ракеты.

Составная ракета позволяет более рационально использовать ресурсы за счет того, что в полете ступень, выработавшая свое топливо, отделяется, и остальное топливо ракеты не тратится на ускорение конструкции отработавшей ступени, ставшей ненужной для продолжения полета.

Устройство РД-107/108

Двигатель РД-107/108 состоит из четырех камер сгорания, турбонасосного агрегата, газогенератора, испарителя азота для наддува баков ракеты и комплекта агрегатов автоматики. Для управления полетом ракеты на двигателях имеются рулевые камеры: два на РД-107 и четыре на РД-108.

Несоизмеримые с возможностями существующих металлов температуры горения и продуктов сгорания, большое количество выделяемого тепла требуют охлаждения стенок камеры сгорания и сопла. В РД-107/108 эта инженерная задача решается двухстеночной конструкцией камеры сгорания и сопла и организацией охлаждения стенки со стороны горячего тракта подачей горючего (керосина) в камеру сгорания через межстеночные пространства.

Вторая особенность РД-107/108 − открытая схема сброса генераторного газа. Окислитель и горючее хранятся в отдельных баках и подаются в систему с помощью турбонасосного агрегата (ТНА). Для привода насосов горючего и окислителя используется турбина, в качестве рабочего тела для которой используется парогаз – продукт каталитического разложения пероксида водорода. Выхлопы турбины выбрасываются за срез сопла. 

Что из себя представляет крылатая ракета

Крылатая ракета —  это беспилотный летательный аппарат. По своей структуре и истории создания он ближе к авиации, нежели к ракетостроению. Устаревшее название — самолет-снаряд — оно вышло из употребления, поскольку так называли и планирующие авиабомбы.

Не следует связывать термин «крылатая ракета» с английским cruise missile. К последнему относятся только программно-управляемые снаряды, сохраняющие постоянную скорость большую часть полета.

С учетом специфики строения и применения крылатых ракет выделяют следующие преимущества и недостатки таких снарядов:

• программируемый курс полета, что позволяет создавать комбинированную траекторию и обходить противоракетную оборону противника;
• движение на малой высоте с учетом рельефа делает снаряд менее заметным для радиолокационного обнаружения;
• высокая точность современных крылатых ракет сочетается с высокой стоимостью их изготовления;
• снаряды летят с относительно небольшой скоростью — примерно 1150 км/ч;
• поражающая мощность невысокая, исключение — ядерные боеприпасы.

История разработки крылатых ракет связана с появлением авиации. Еще до Первой мировой войны возникла идея летающей бомбы. Необходимые для ее реализации технологии были вскоре разработаны:

• в 1913 комплекс радиоуправления беспилотным летательным аппаратом изобрел школьный учитель физики Вирт;
• в 1914 был успешно опробован гироскопический автопилот Э. Сперри, позволявший удерживать самолет на заданном курсе без участия пилота.

На фоне подобных технологий сразу в нескольких странах велись разработки летающих снарядов. Большинство из них велись параллельно с работой над автопилотированием и радиоуправлением. Идея оснастить их крыльями принадлежит Ф. А. Цандеру. Именно он в 1924 году опубликовал рассказ «Перелеты на другие планеты».

Основной задачей первых беспилотников была разведка. Для боевого применения не хватало точности и надежности, что при высокой стоимости разработки делало производство нецелесообразным.

Несмотря на это, исследования и испытания в данном направлении продолжались, особенно с началом Второй мировой войны.

Первой классической крылатой ракетой принято считать немецкую «Фау-1». Ее испытания прошли 21 декабря 1942, а боевое применение она получила к концу войны против Великобритании.

Первые испытания и применения показали низкую точность снаряда. Из-за этого планировалось использовать их вместе с пилотом, который на заключительном этапе должен был покинуть снаряд с парашютом.

Как и в случае с баллистическими ракетами, разработки немецких ученых перешли к победителям. Дальнейшую эстафету по проектированию современных крылатых ракет переняли СССР и США. Планировалось использовать их в качестве ядерных боеприпасов. Однако разработка таких снарядов была остановлена в связи с экономической нецелесообразностью и успехом развития баллистических ракет.

Физика 9 кл. Реактивное движение. Ракеты

Подробности

Просмотров: 242

1. Основываясь на законе сохранения импульса, объясните, почему воздушный шарик движется противоположно струе выходящего из него сжатого воздуха?

Сначала отверстие шарика завязано.
Шарик с находящимся внутри него сжатым воздухом покоится.
Импульс шарика равен нулю.

При открывании отверстия из него с большой скоростью вырывается струя сжатого воздуха.
Движущийся воздух обладает импульсом, направленным в сторону его движения.

Согласно закону сохранения импульса:
суммарный импульс системы (шарик и воздух в нём) должен остаться прежним, т.е. равным нулю.
Поэтому шарик начинает двигаться в противоположную струе воздуха сторону с такой скоростью.
Импульс шарика равен по модулю импульсу воздушной струи.
Векторы импульсов шарика и воздуха направлены в противоположные стороны.
В результате:
суммарный импульс взаимодействующих тел остаётся равным нулю.
Движение шарика является примером реактивного движения.

2. Каков принцип реактивного движения?
Реактивное движение происходит за счёт того, что от тела отделяется и движется какая-то его часть, в результате чего само тело приобретает противоположно направленный импульс.

3. Приведите примеры реактивного движения тел.

На принципе реактивного движения основано вращение сегнерова колеса.
Вытекающая из сосуда через трубку вода вращает сосуд в направлении, противоположном скорости воды в струях.
Значит, реактивное действие оказывает не только струя газа, но и струя жидкости.

Реактивное движение используют для перемещения и живые существа: осьминоги, кальмары, каракатицы.
Они всасывают, а затем с силой выталкивают из себя воду.

4. Каково назначение ракет? Каково ее устройство и принцип действия?

Ракеты-носители предназначены для вывода в космос искусственных спутников Земли, космических кораблей, автоматических межпланетных станций и других полезных грузов.
В любой ракете всегда есть оболочка и топливо с окислителем.
Оболочка ракеты включает в себя полезный груз (1), приборный отсек (2) и двигатель (5,6).
Основную массу ракеты составляет топливо (4) с окислителем (3).

Топливо и окислитель с помощью насосов подаются в камеру сгорания.
Топливо, сгорая, превращается в газ высокой температуры и высокого давления.
Этот газ мощной струёй устремляется наружу через сопло.

5. От чего зависит скорость ракеты?

Назначение сопла состоит в том, чтобы повысить скорость струи.
От этой скорости зависит скорость ракеты.

Ракета представляет собой замкнутую систему.
До старта импульс ракеты был равен нулю.
По закону сохранения суммарный импульс движущейся оболочки и выбрасываемого газа тоже должен быть равен нулю.
То есть импульс оболочки и противоположный ему импульс струи газа должны быть равны по модулю.
Чем с большей скоростью вырывается газ из сопла, тем больше будет скорость оболочки ракеты.

Помимо скорости истечения газа существуют и другие факторы, от которых зависит скорость движения ракеты.

6. В чём заключается преимущество многоступенчатых ракет перед одноступенчатыми?

В практике космических полётов обычно используют многоступенчатые ракеты, развивающие гораздо большие скорости и предназначенные для более дальних полётов, чем одноступенчатые.

Схема трёхступенчатой ракеты:
После того как топливо и окислитель первой ступени будут полностью израсходованы, эта ступень автоматически отбрасывается и в действие вступает двигатель второй ступени.

Такое уменьшение общей массы ракеты позволяет сэкономить топливо и окислитель и увеличить скорость ракеты.
Затем таким же образом отбрасывается вторая ступень.

7. Как осуществляется посадка космического корабля?

Если посадка не планируется, то третья ступень используется для увеличения скорости ракеты.
Если корабль должен совершить посадку, то она используется для торможения корабля перед посадкой.
Ракету разворачивают на 180°, чтобы сопло оказалось впереди.
Вырывающийся из ракеты газ сообщает ей импульс, направленный против скорости её движения.
Это приводит к уменьшению скорости и даёт возможность осуществить посадку.

Следующая страница — смотреть

Назад в «Оглавление» — смотреть

Историческая справка

Ис­то­ки воз­ник­но­ве­ния ра­кет боль­шин­ст­во ис­то­ри­ков от­но­сят ко вре­ме­нам кит. ди­на­стии Хань (206 до н. э. – 220 н. э.), к от­кры­тию по­ро­ха и на­ча­лу его ис­поль­зо­ва­ния для фей­ер­вер­ков и раз­вле­че­ний. В 13 в. вме­сте с монг. за­вое­ва­те­ля­ми Р. по­па­ли в Ев­ро­пу, и в 1248 Р. Бэ­кон опуб­ли­ко­вал труд по их при­ме­не­нию. Еди­ный тер­мин «ра­ке­та» поя­вил­ся в Ев­ро­пе в 15–16 вв. В Ин­дии в кон. 18 в. ра­кет­ное ору­жие при­ме­ня­лось в сра­же­ни­ях с брит. вой­ска­ми. В нач. 19 в. брит. ар­мия при­ня­ла на воо­ру­же­ние бое­вые Р., ко­то­рые раз­ра­бо­тал У. Кон­грев. В Рос­сии раз­ви­тие Р. свя­за­но с име­на­ми А. Д. За­сяд­ко и К. И. Кон­стан­ти­но­ва.

С 1820-х гг. соз­да­ют­ся пер­вые ис­сле­до­ва­тель­ские цен­тры в об­лас­ти ра­ке­то­строе­ния – Ву­лидж­ский ар­се­нал (Ве­ли­ко­бри­та­ния), Пи­ро­тех­нич. шко­ла в Ме­це (Фран­ция), С.-Пе­терб. ра­кет­ное за­ве­де­ние (Рос­сия) и др. На­уч. ос­но­вы ме­ха­ни­ки тел пе­ре­мен­ной мас­сы в 1890-х гг. бы­ли за­ло­же­ны И. В. Мещер­ским­. Пер­вым тео­ре­ти­ком меж­пла­нет­ных по­лё­тов был К. Э. Ци­ол­ков­ский. В 1926 Р. Год­дард осу­ще­ст­вил пер­вый в ми­ре за­пуск ра­ке­ты с ЖРД. Мн. во­про­сы тео­рии кос­мич. по­лё­та и ра­ке­то­строе­ния на­шли но­вое ре­ше­ние в тру­дах Ю. В. Кон­д­ра­тю­ка, Г. Обер­та, Ф. А. Цан­де­ра, Н. И. Тихо­ми­ро­ва­ и др. учё­ных. С кон. 1920-х – нач. 1930-х гг. к раз­ра­бот­ке Р. с ЖРД при­сту­пи­ли гос. ор­га­ни­за­ции. В СССР ис­сле­до­вательские ра­бо­ты ве­ли Груп­па изу­че­ния ре­ак­тив­но­го дви­же­ния (Мо­ск­ва) и Га­зо­ди­на­мич. ла­бо­ра­то­рия (Ле­нин­град). В 1933 на их ос­но­ве был со­здан Ре­ак­тив­ный ин­сти­тут, в том же го­ду за­вер­ше­но на­ча­тое ещё в 1929 соз­да­ние прин­ци­пи­аль­но но­во­го ору­жия – сна­ря­дов для ре­ак­тив­но­го ми­но­мё­та «Ка­тю­ша». В 1931 ис­пы­та­ны пер­вые рос. ЖРД – ОРМ (опыт­ный ра­кет­ный мо­тор) и ОРМ-1, соз­дан­ные В. П. Глуш­ко в Га­зо­ди­на­мич. ла­бо­ра­то­рии. В нач. 1940-х гг. в Гер­ма­нии раз­ра­бо­та­ны и в 1944 при­ме­не­ны в бое­вых ус­ло­ви­ях од­но­сту­пен­ча­тая бал­ли­стич. Р. А-4 (Фау-2, гл. кон­струк­тор – В. фон Браун­) и кры­ла­тая Р. (са­мо­лёт-сна­ряд) Fi-103 (Фау-1), в СССР – Р-1 и пер­вая бал­ли­стич. Р. с от­де­ляю­щей­ся го­лов­ной ча­стью Р-2 (гл. кон­ст­рук­тор – С. П. Ко­ро­лёв).

В 1958 в США при­ня­та на воо­ру­же­ние пер­вая МБР «Ат­лас». Во 2-й пол. 1950-х гг. про­изо­шёл пе­ре­ход от од­но­сту­пен­ча­тых Р. к мно­го­сту­пен­ча­тым. В 1957 в СССР под рук. Ко­ро­лё­ва со­зда­на и в 1960 при­ня­та на воо­ру­же­ние двух­сту­пен­ча­тая МБР Р-7, ко­то­рая в 4.10.1957 бы­ла ис­поль­зо­ва­на для за­пус­ка пер­во­го в ми­ре ИСЗ. Вы­пол­не­на по схе­ме с про­доль­ным де­ле­ни­ем сту­пе­ней (по т. н. па­кет­ной схе­ме); пер­вая сту­пень со­стоя­ла из че­ты­рёх бо­ко­вых ра­кет­ных бло­ков, рас­по­ло­жен­ных сим­мет­рич­но во­круг цен­траль­но­го (вто­рая сту­пень). Р. ста­ла важ­ней­шим сред­ст­вом для ис­сле­до­ва­ния кос­мич. про­стран­ст­ва (см. Кос­мо­нав­ти­ка).

Как работает жидкостный ракетный двигатель

Чтобы получить полезное действие, достаточное для прорыва в космос, нужно получить большое количество энергии − эффективно сжечь большое количество топлива. Как известно, любой процесс горения представляет собой химическую реакцию окисления. И если на Земле для других видов тепловых двигателей в качестве окислителя можно использовать атмосферный кислород, то для ракетного двигателя, и тем более в космосе, окислитель и горючее надо иметь непосредственно на ракете, и лучше всего в максимально плотном и удобном для подачи жидком виде. В РД-107/108 в качестве окислителя используется жидкий кислород, а в качестве горючего – керосин.

Фото: Объединенная двигателестроительная корпорация

В камере сгорания подаваемые специальными насосами в нужном количестве и с необходимым давлением окислитель и горючее смешиваются и сгорают. Горячие (с температурой в несколько тысяч градусов) продукты сгорания в конструкции особого профиля – сверхзвуковом сопле Лаваля – разгоняются до многократно сверхзвуковых скоростей и уходят в пространство. Если умножить сумму секундных расходов масс горючего и окислителя на скорость выхода продуктов сгорания из сопла, можно в первом приближении получить силу тяги двигателя. Так, в общих чертах, можно описать схему работы жидкостного ракетного двигателя. 

На чем летит ракета

Ракеты работают на топливе, которое состоит из керосина и жидкого кислорода. Может показаться странным: зачем нужен дополнительный кислород, если керосин и так хорошо горит? — Всё просто: когда горит огонь, нам кажется, что сгорает только топливо — дрова, угли, газ. Но вместе с ними расходуется много кислорода, которым мы дышим вместе с воздухом. Кислород нужен для горения так же, как нужны дрова или уголь.

В космическом пространстве кислорода нет, поэтому его делают жидким и помещают в летательный аппарат. При запуске двигателя окислитель (жидкий кислород) смешивается с горючим (керосином, водородом) в камере сгорания и воспламеняется. Образуется много горячего газа, который с огромной силой выбрасывается из ракеты наружу. Он выходит из нижней части двигателя, где расположены специальные отверстия — сопла.

Ракета двигается за счет отталкивающего действия газа. Когда он выбрасывается из ее «хвоста» вниз, она начинает лететь в противоположную сторону, т.е. вверх. Сила, поднимающая корабль, называется реактивной.

Очень хорошо принцип взлета корабля показывает сдувающийся шарик. Надуйте его и разожмите пальцы, удерживающие отверстие. Шарик полетит за счет толкающей его струи воздуха, выбрасываемой наружу. Такое сообщение для 1 класса с наглядным примером будет более информативно.

Ракетные двигатели

Двигатели – важнейшая составная часть ракеты-носителя. Они создают силу тяги, за счет которой ракета поднимается в космос. Но когда речь идет о ракетных двигателях, не стоит вспоминать те, что находятся под капотом автомобиля или, например, крутят лопасти несущего винта вертолета. Ракетные двигатели совсем другие.

Реактивный ракетный двигатель в процессе работы выбрасывает вещество (так называемое рабочее тело) в одном направлении, а сам движется в противоположном направлении. Чтобы понять, как это происходит, не обязательно самому летать на ракете. Самый близкий, «земной», пример – это отдача, которая получается при стрельбе из огнестрельного оружия. Рабочим телом здесь выступают пуля и пороховые газы, вырывающиеся из ствола. Другой пример – надутый и отпущенный воздушный шарик. Если его не завязать, он будет лететь до тех пор, пока не выйдет воздух. Воздух здесь – это и есть то самое рабочее тело. Проще говоря, рабочее тело в ракетном двигателе – продукты сгорания ракетного топлива.

Модель ракетного двигателя РД-180 / Wikipedia.

Способы защиты

Система предупреждения о ракетном нападении (СПРН) предназначена для обнаружения запуска ракет противником и расчета времени и места их подлета. Она позволяет вовремя привести в боевую готовность свои МБР и нанести ответный удар.

В СПРН входят: группировка искусственных спутников Земли, которая отслеживает старт МБР; радиолокационные станции дальнего обнаружения; загоризонтные радиолокационные станции. Данной системой обладают Россия и Америка.

Стратегическая ПРО подразумевает перехват МБР противника специальной баллистической противоракетой с осколочной или ядерной боевой частью.

К концу 20-го века территориальная ПРО не создана (имеет объектовый характер).

Свое развитие система получила после выхода США из договора по ограничению ПРО в 2001 году. Была разработана противоракета GBI и ее облегченная версия PLV. Районы размещения – Калифорния, Аляска, Восточная Европа. Моделирование с перехватом GBI одиночной неманеврирующей ГЧ дало 98% шанс уничтожения.

По мнению зарубежных и российских специалистов использование ГЧ с боевыми блоками индивидуального наведения и современной системой ложных целей делает американскую противоракетную оборону бесполезной. Так из расчетов следует, что вероятность преодоления ПРОракетой «Тополь-М» — 99%.