Na jakiej wysokości leci ISS? Orbita i prędkość ISS. Najszybsze rakiety na świecie
Ten artykuł wprowadzi czytelnika w tak interesujący temat, jak rakieta kosmiczna, pojazd nośny i tak dalej przydatne doświadczenie, który ten wynalazek przyniósł ludzkości. Będzie także mowa o dostarczonych ładunkach przestrzeń. Eksploracja kosmosu rozpoczęła się nie tak dawno temu. W ZSRR był to środek trzeciego planu pięcioletniego, kiedy nadszedł drugi Wojna światowa. Rakietę kosmiczną opracowywano w wielu krajach, ale nawet Stanom Zjednoczonym nie udało się nas na tym etapie wyprzedzić.
Pierwszy
Pierwszym udanym startem, który opuścił ZSRR, był kosmiczny pojazd nośny ze sztucznym satelitą na pokładzie 4 października 1957 r. Satelita PS-1 został pomyślnie wyniesiony na niską orbitę okołoziemską. Należy zauważyć, że wymagało to stworzenia sześciu generacji i dopiero siódma generacja rosyjskich rakiet kosmicznych była w stanie rozwinąć prędkość niezbędną do wejścia w przestrzeń bliską Ziemi – osiem kilometrów na sekundę. W przeciwnym razie nie da się pokonać grawitacji Ziemi.
Stało się to możliwe w procesie opracowywania broni balistycznej dalekiego zasięgu, w której zastosowano doładowanie silnika. Nie należy tego mylić: rakieta kosmiczna i statek kosmiczny to dwie różne rzeczy. Rakieta jest pojazdem dostawczym, a statek jest do niej przymocowany. Zamiast tego może tam być wszystko – rakieta kosmiczna może unieść satelitę, sprzęt i głowicę nuklearną, co zawsze służyło i nadal służy jako środek odstraszający dla mocarstw nuklearnych i zachęta do zachowania pokoju.
Fabuła
Pierwszymi, którzy teoretycznie uzasadnili wystrzelenie rakiety kosmicznej, byli rosyjscy naukowcy Meshchersky i Ciołkowski, którzy już w 1897 roku opisali teorię jej lotu. Znacznie później pomysł ten przejęli Oberth i von Braun z Niemiec oraz Goddard z USA. To właśnie w tych trzech krajach rozpoczęły się prace nad problemami napędu odrzutowego, stworzeniem silników odrzutowych na paliwo stałe i na ciecz. Przynajmniej te kwestie najlepiej rozwiązano w Rosji silniki na paliwo stałe były już szeroko stosowane podczas II wojny światowej (Katyusze). Silniki odrzutowe na ciecz były lepiej rozwinięte w Niemczech, które stworzyły pierwszy pocisk balistyczny, V-2.
Po wojnie zespół Wernhera von Brauna, zabierając rysunki i opracowania, znalazł schronienie w USA, a ZSRR był zmuszony zadowolić się niewielką liczbą pojedynczych elementów rakiety bez towarzyszącej dokumentacji. Resztę wymyśliliśmy sami. Technologia rakietowa rozwijała się szybko, coraz bardziej zwiększając zasięg i masę przewożonego ładunku. W 1954 roku rozpoczęto prace nad projektem, dzięki któremu ZSRR jako pierwszy mógł polecieć rakietą kosmiczną. Był to międzykontynentalny dwustopniowy pocisk balistyczny R-7, który wkrótce został zmodernizowany do użytku w przestrzeni kosmicznej. Okazało się sukcesem – niezwykle niezawodnym, ustanawiającym wiele rekordów w eksploracji kosmosu. Nadal jest używany w zmodernizowanej formie.
„Sputnik” i „Księżyc”
W 1957 roku pierwsza rakieta kosmiczna – ta sama R-7 – wyniosła na orbitę sztucznego Sputnika 1. Stany Zjednoczone postanowiły powtórzyć taki start nieco później. Jednak przy pierwszej próbie ich rakieta kosmiczna nie poleciała w kosmos; eksplodowała już na starcie – nawet w momencie na żywo. „Vanguard” został zaprojektowany przez czysto amerykański zespół i nie spełnił oczekiwań. Następnie projektem zajął się Wernher von Braun, a w lutym 1958 roku wystrzelenie rakiety kosmicznej zakończyło się sukcesem. Tymczasem w ZSRR zmodernizowano R-7 - dodano do niego trzeci stopień. W efekcie prędkość rakiety kosmicznej stała się zupełnie inna – uzyskano drugą prędkość kosmiczną, dzięki której możliwe stało się opuszczenie orbity Ziemi. Przez kilka kolejnych lat seria R-7 była unowocześniana i ulepszana. Zmieniono silniki rakiet kosmicznych i przeprowadzono wiele eksperymentów z trzecim stopniem. Kolejne próby zakończyły się sukcesem. Prędkość rakiety kosmicznej umożliwiła nie tylko opuszczenie orbity Ziemi, ale także zastanowienie się nad badaniem innych planet Układu Słonecznego.
Ale początkowo uwaga ludzkości była prawie całkowicie skupiona na naturalnym satelicie Ziemi - Księżycu. W 1959 roku sowiecki stacja KosmicznaŁuna 1, która miała dokonać twardego lądowania na powierzchni Księżyca. Jednak z powodu niewystarczająco dokładnych obliczeń urządzenie przeleciało nieco dalej (sześć tysięcy kilometrów) i rzuciło się w stronę Słońca, gdzie osiadło na orbicie. W ten sposób nasza gwiazda dostała swojego pierwszego sztucznego satelitę – przypadkowy prezent. Ale nasze naturalny satelita Nie był sam na długo iw tym samym 1959 roku przyleciał do niego Łuna-2, wykonując swoje zadanie całkowicie poprawnie. Miesiąc później Łuna-3 dostarczyła nam zdjęcia Odwrotna strona nasz nocny luminarz. A w 1966 roku Łuna 9 miękko wylądowała w Oceanie Burz i dotarliśmy widoki panoramiczne Powierzchnia księżyca. Program księżycowy trwała długo, aż do czasu, kiedy wylądowali na niej amerykańscy astronauci.
Jurij Gagarin
12 kwietnia stał się jednym z najważniejszych dni w naszym kraju. Nie sposób oddać siły radości, dumy i prawdziwego szczęścia ludzi, gdy ogłoszono pierwszy na świecie lot człowieka w przestrzeń kosmiczną. Jurij Gagarin stał się nie tylko bohaterem narodowym, oklaskiwał go cały świat. I dlatego 12 kwietnia 1961 roku, dzień, który triumfalnie przeszedł do historii, stał się Dniem Kosmonautyki. Amerykanie pilnie próbowali zareagować na ten bezprecedensowy krok, aby podzielić się z nami kosmiczną chwałą. Miesiąc później Alan Shepard wystartował, ale statek nie wszedł na orbitę; był to lot suborbitalny po łuku, a Stanom Zjednoczonym udało się wykonać lot orbitalny dopiero w 1962 roku.
Gagarin poleciał w kosmos na statku kosmicznym Wostok. To specjalna maszyna, w której Korolev stworzył niezwykle udaną platformę kosmiczną, która rozwiązuje wiele różnych problemów praktycznych. Jednocześnie na samym początku lat sześćdziesiątych opracowywano nie tylko wersję załogową lot w kosmos, ale projekt fotorekonesansu również został ukończony. „Wostok” ogólnie miał wiele modyfikacji – ponad czterdzieści. A dziś już działają satelity z serii Bion – są to bezpośredni potomkowie statku, na którym odbył się pierwszy załogowy lot w kosmos. W tym samym 1961 roku niemiecki Titow miał znacznie bardziej złożoną wyprawę, który cały dzień spędził w kosmosie. Stanom Zjednoczonym udało się powtórzyć to osiągnięcie dopiero w 1963 roku.
"Wschód"
Na wszystkich statkach kosmicznych Wostok kosmonautom zapewniono fotel wyrzutowy. Była to mądra decyzja, gdyż jedno urządzenie realizowało zadania zarówno na starcie (ratownictwo załogi), jak i miękkie lądowanie pojazd zjazdowy. Projektanci skupili swoje wysiłki na opracowaniu jednego urządzenia, a nie dwóch. To zmniejszone ryzyko techniczne, w lotnictwie system katapult w tamtym czasie był już dobrze rozwinięty. Z drugiej strony jest ogromna oszczędność czasu, niż w przypadku projektowania zupełnie nowego urządzenia. Mimo wszystko wyścig kosmiczny był kontynuowany i został wygrany przez ZSRR z dość dużą przewagą.
Titow wylądował w ten sam sposób. Miał szczęście, że skoczył na spadochronie kolej żelazna, wzdłuż której jechał pociąg, a dziennikarze natychmiast go sfotografowali. System lądowania, który stał się najbardziej niezawodny i najmiększy, został opracowany w 1965 roku i wykorzystuje wysokościomierz gamma. Służy do dziś. USA nie posiadały tej technologii, dlatego wszystkie ich pojazdy zniżające, nawet nowe SpaceX Dragons, nie lądują, ale wodują. Wyjątkiem są tylko promy. A w 1962 r. ZSRR rozpoczął już loty grupowe na statkach kosmicznych Wostok-3 i Wostok-4. W 1963 roku do korpusu radzieckich kosmonautów dołączyła pierwsza kobieta - Walentyna Tereshkova poleciała w kosmos, stając się pierwszą na świecie. W tym samym czasie Valery Bykovsky ustanowił rekord czasu trwania jednego lotu, który nie został jeszcze pobity - przebywał w kosmosie przez pięć dni. W 1964 roku pojawił się wielomiejscowy statek „Woskhod”, a Stany Zjednoczone były o cały rok w tyle. A w 1965 roku Aleksiej Leonow poszedł do otwarta przestrzeń!
"Wenus"
W 1966 roku ZSRR rozpoczął loty międzyplanetarne. Sonda Venera 3 twardo wylądowała na sąsiedniej planecie i dostarczyła tam kulę ziemską oraz proporzec ZSRR. W 1975 roku Venera 9 zdołała wykonać miękkie lądowanie i przesłać obraz powierzchni planety. A „Venera-13” wykonała kolorowe zdjęcia panoramiczne i nagrania dźwiękowe. Seria AMC (automatyczna stacje międzyplanetarne) do badania Wenus, a także otaczającej ją przestrzeni kosmicznej, jest nadal udoskonalany nawet teraz. Warunki na Wenus są trudne i praktycznie nie było na ich temat wiarygodnych informacji; twórcy nie wiedzieli nic o ciśnieniu ani temperaturze na powierzchni planety, co oczywiście skomplikowało badania;
Pierwsza seria pojazdów zjazdowych potrafiła nawet pływać – na wszelki wypadek. Niemniej jednak początkowo loty nie były udane, ale później ZSRR odniósł taki sukces w wędrówkach po Wenus, że planetę tę zaczęto nazywać rosyjską. „Venera-1” – pierwszy z statek kosmiczny w historii ludzkości, przeznaczony do lotów na inne planety i ich eksploracji. Został uruchomiony w 1961 roku, ale tydzień później połączenie zostało utracone z powodu przegrzania czujnika. Stacja stała się niekontrolowana i była w stanie wykonać jedynie pierwszy na świecie przelot w pobliżu Wenus (w odległości około stu tysięcy kilometrów).
W ślady
„Venera-4” pomogła nam dowiedzieć się, że na tej planecie jest dwieście siedemdziesiąt jeden stopni w cieniu (nocna strona Wenus), ciśnienie wynosi do dwudziestu atmosfer, a sama atmosfera wynosi dziewięćdziesiąt procent dwutlenek węgla. Sonda ta odkryła także koronę wodorową. „Venera-5” i „Venera-6” wiele nam opowiedziały wiatr słoneczny(przepływ plazmy) i jej struktura w pobliżu planety. „Venera-7” wyjaśniła dane dotyczące temperatury i ciśnienia w atmosferze. Wszystko okazało się jeszcze bardziej skomplikowane: temperatura bliżej powierzchni wynosiła 475 ± 20°C, a ciśnienie było o rząd wielkości wyższe. Na następnym statku kosmicznym dosłownie wszystko zostało przerobione i po stu siedemnastu dniach Venera-8 delikatnie wylądowała na dziennej stronie planety. Na tej stacji był fotometr i wiele dodatkowe urządzenia. Najważniejsze było połączenie.
Okazało się, że oświetlenie najbliższego sąsiada prawie nie różni się od tego na Ziemi - zupełnie jak u nas w pochmurny dzień. Tam nie tylko jest pochmurno, ale pogoda naprawdę się poprawiła. Zdjęcia tego, co zobaczył sprzęt, po prostu oszołomiły Ziemian. Dodatkowo zbadano glebę i ilość amoniaku w atmosferze oraz zmierzono prędkość wiatru. A „Venera-9” i „Venera-10” potrafiły pokazać nam „sąsiada” w telewizji. To pierwsze na świecie nagrania przesłane z innej planety. A same te stacje są teraz sztucznymi satelitami Wenus. Ostatnimi, które poleciały na tę planetę, były „Venera-15” i „Venera-16”, które również stały się satelitami, zapewniając wcześniej ludzkości absolutnie nową i niezbędną wiedzę. W 1985 roku program był kontynuowany przez Vega-1 i Vega-2, które badały nie tylko Wenus, ale także kometę Halleya. Kolejny lot planowany jest na rok 2024.
Coś o rakiecie kosmicznej
Ponieważ parametry i specyfikacje Wszystkie rakiety różnią się od siebie; rozważmy pojazd nośny nowej generacji, na przykład Sojuz-2.1A. Jest to trzystopniowa rakieta średniej klasy, zmodyfikowana wersja Sojuza-U, która z powodzeniem funkcjonuje od 1973 roku.
Ten pojazd nośny jest przeznaczony do wystrzeliwania statków kosmicznych. Te ostatnie mogą mieć charakter militarny, gospodarczy i cel społeczny. Ten pocisk może ich zabrać tam różne rodzaje orbity - geostacjonarne, geoprzejściowe, synchroniczne ze słońcem, silnie eliptyczne, średnie, niskie.
Modernizacja
Pocisk jest niezwykle zmodernizowany, stworzono tutaj zasadniczo inny cyfrowy system sterowania, opracowany na nowej bazie elementów krajowych, z szybkimi pokładowymi urządzeniami cyfrowymi komputer o znacznie większej objętości pamięć o dostępie swobodnym. System cyfrowy sterowanie zapewnia rakiecie bardzo precyzyjne wystrzeliwanie ładunków.
Dodatkowo zamontowano silniki, w których poprawiono głowice wtryskiwaczy pierwszego i drugiego stopnia. Obowiązuje inny system telemetrii. W ten sposób wzrosła dokładność wystrzelenia rakiety, jej stabilność i, oczywiście, sterowność. Masa rakiety kosmicznej nie wzrosła, ale użyteczna ładowność wzrosła o trzysta kilogramów.
Dane techniczne
Pierwszy i drugi stopień rakiety nośnej są wyposażone w ciecz silniki rakietowe RD-107A i RD-108A firmy NPO Energomash nazwanej na cześć akademika Głuszki, a trzeci stopień jest wyposażony w czterokomorowy RD-0110 z Biura Projektowego Khimavtomatika. Paliwo rakietowe ciekły tlen, będący przyjaznym dla środowiska utleniaczem, a także niskotoksyczne paliwo – nafta. Długość rakiety wynosi 46,3 m, masa w momencie startu 311,7 ton, a bez głowicy – 303,2 tony. Masa konstrukcji rakiety nośnej wynosi 24,4 tony. Elementy paliwowe ważą 278,8 tony. Próby w locie Sojuza-2.1A rozpoczęły się w 2004 roku na kosmodromie Plesetsk i zakończyły się sukcesem. W 2006 roku rakieta nośna wykonała swój pierwszy komercyjny lot – wyniosła na orbitę europejską sondę meteorologiczną Metop.
Trzeba powiedzieć, że rakiety mają różne możliwości wystrzeliwania ładunku. Istnieją lekkie, średnie i ciężkie nośniki. Na przykład rakieta nośna Rokot wystrzeliwuje statek kosmiczny na niskie orbity okołoziemskie - do dwustu kilometrów, dzięki czemu może unieść ładunek 1,95 tony. Ale Proton jest klasą ciężką, może wynieść na niską orbitę 22,4 tony, 6,15 tony na orbitę geostacjonarną i 3,3 tony na orbitę geostacjonarną. Rozważana przez nas rakieta nośna jest przeznaczona dla wszystkich lokalizacji wykorzystywanych przez Roskosmos: Kourou, Bajkonur, Plesieck, Wostocznyj i działa w ramach wspólnych projektów rosyjsko-europejskich.
Oto rakieta na kosmodromie, tutaj leci, 1. stopień, 2. i teraz statek zostaje wystrzelony na niską orbitę okołoziemską z pierwszą kosmiczną prędkością 8 km/s.
Wydaje się, że formuła Ciołkowskiego pozwala na to całkiem nieźle.
Z podręcznika: „ osiągnąć pierwszą prędkość ucieczkiυ = υ 1 = 7,9 10 3 m/s przy u = 3 10 3 m/s
(prędkości wypływu gazu podczas spalania paliwa są rzędu 2–4 km/s) masa startowa rakiety jednostopniowej powinna być około 14 razy większa od masy końcowej".
Całkiem rozsądna liczba, o ile oczywiście nie zapomni się, że na rakietę nadal działa siła grawitacji, która nie jest uwzględniona we wzorze Ciołkowskiego.
Ale oto obliczenia prędkości Saturna-5 przeprowadzone przez S.G. Pokrovsky'ego: http://www.supernovum.ru/public/index.php?doc=5 (plik „Getting to the Moon” w załączniku) i http://supernovum .ru/public/index.php?doc=150 ( stara wersja: plik „OBLICZENIE PRĘDKOŚCI” w załączniku). Przy takiej prędkości (poniżej 1200 m/s) rakieta nie może osiągnąć pierwszej prędkości ucieczki.
Z Wikipedii: „W ciągu dwóch i pół minuty pracy pięć silników F-1 wyrzuciło rakietę Saturn V na wysokość 68 km, nadając jej prędkość 9920 km/h”. To te same 2750 m/s, które deklarują Amerykanie.
Oszacujmy przyspieszenie: a=v/t=2750/150=18,3 m/s ²
.
Normalne potrójne przeciążenie podczas startu. Z drugiej strony a=2H/t ²
=2x68000/22500=6 m/sek ²
. Z takim przyspieszeniem daleko nie polecisz.
Jak wyjaśnić drugi wynik i potrójną różnicę?
Dla ułatwienia obliczeń weźmy dziesiątą sekundę lotu.
Używając programu Photoshop do pomiaru pikseli na rysunku, otrzymujemy wartości:
wysokość = 4,2 km;
prędkość = 950 m/s;
przyspieszenie = 94 m/sek ².
W 10. sekundzie przyspieszenie już spadało, więc średnią przyjąłem z pewnym błędem kilkuprocentowym (10% to bardzo dobry błąd w eksperymentach fizycznych).
Sprawdźmy teraz powyższe formuły:
a=2H/t²=84 m/s²;
a=v/t=95 m/s²
Jak widać, rozbieżność wynosi tylko 10%. I wcale nie 300%, o co zadałem pytanie.
Cóż, dla tych, którzy nie są wtajemniczeni, powiem: w fizyce wszystkie oceny jakościowe należy uzyskać za pomocą prostych wzorów szkolnych. Jak teraz.
Wszystko złożone formuły potrzebne jedynie do precyzyjnego dopasowania różne części(w przeciwnym razie przepływ elektronów przejdzie w pobliżu celu w cyklotronie).
A teraz spójrzmy z drugiej strony: Średnia prędkość H/t=68000/150=450 m/s; jeśli założymy, że prędkość rosła równomiernie od zera (jak na wykresie rakiety amatorskiej), to na wysokości 68 km wynosi ona 900 m/s. Wynik jest równy mniej niż wartość, obliczone przez Pokrowskiego. Okazuje się, że w żadnym wypadku silniki nie pozwalają osiągnąć deklarowanej prędkości. Być może nawet nie uda się wynieść satelity na orbitę.
Trudności potwierdzają nieudane testy rakiety Buława (od 2004 r.): albo awaria I stopnia, albo lot w złym kierunku, albo nawet katastrofa przy starcie.
Czy naprawdę nie ma problemów w portach kosmicznych?
Dobrym przykładem są Koreańczycy z Północy, którzy najwyraźniej ukradli nasze rysunki, stworzyli rakietę nośną i 04.05.2009 wystrzelili satelitę, który zgodnie z oczekiwaniami wpadł do Pacyfiku.
A to jest start wahadłowca Endeavour. Dla mnie to jest trajektoria upadku do Atlantyku...
I na koniec o lotach z prędkością ucieczki 1 (7,76 km/s na wysokości 500 km).
Wzór Ciołkowskiego stosuje się do pionowej składowej prędkości. Aby jednak pocisk mógł lecieć po orbicie stacjonarnej, musi mieć pierwszą poziomą prędkość ucieczki, jak rozważał to Newton, wyprowadzając swoje wzory:
Aby rakieta osiągnęła pierwszą prędkość ucieczki, należy ją przyspieszyć nie tylko w pionie, ale także w poziomie. Te. w rzeczywistości natężenie przepływu gazu jest półtora razy mniejsze niż podano, biorąc pod uwagę, że rakieta wznosi się średnio pod kątem 45° (połowa gazu wznosi się w górę). Dlatego w obliczeniach teoretyków wszystko się zbiega - pojęcia „wyniesienia rakiety na orbitę” i „podniesienia rakiety na wysokość orbity” są zrównane. Aby wystrzelić rakietę na orbitę, należy ją podnieść na wysokość orbity i nadać jej pierwszą prędkość ucieczki w poziomej składowej ruchu. Te. wykonywać dwie prace zamiast jednej (wydawać dwa razy więcej energii).
Niestety, nadal nie mogę powiedzieć nic konkretnego - sprawa jest bardzo skomplikowana: najpierw jest opór atmosferyczny, potem nie ma oporu, masa maleje, prędkość rośnie. Nie da się ocenić skomplikowanych obliczeń teoretycznych za pomocą prostych mechanik szkolnych. Pozostawmy pytanie otwarte. Powstał tylko na początek – żeby pokazać, że nie wszystko jest tak proste, jak mogłoby się wydawać na pierwszy rzut oka.
Wydawało się, że to pytanie pozostanie w zawieszeniu. Co można argumentować przeciwko twierdzeniu, że prom ze zdjęcia wszedł na niską orbitę okołoziemską, a zakrzywienie w dół jest początkiem orbity wokół Ziemi?
Ale zdarzył się cud: 24 lutego 2011 r. Ostatni start Discovery został sfilmowany z lecącego samolotu na wysokości 9 km:
Zdjęcia rozpoczęły się od momentu startu (relację obserwowano na ekranie w kabinie samolotu) i trwały 127 sekund.
Sprawdźmy oficjalne dane:
Nie udało nam się zobaczyć tego momentu (Zastanawiam się, co mogło przerwać tak ciekawe kręcenie w takim wydaniu ważny punkt?) . Ale najważniejsze, co widzimy: wysokość wynosi tak naprawdę 50 km (w porównaniu z wysokością samolotu nad ziemią), prędkość wynosi około 1 km/s.
Prędkość można łatwo oszacować, mierząc odległość od wyraźnie określonego garbu dymu na wysokości około 25 km ( jego L w pionie w górę nie więcej niż 8 km). W 79. sekundzie odległość od najwyższego punktu wynosi 2,78 l wysokości i 3.24Długość L (używamy L, ponieważ musimy znormalizować różne klatki - zmiany powiększenia), w 96. sekundzie odpowiednio 3,47L i 5,02L. Te. w 17 sekund prom wzrósł o 0,7 l i przesunął się o 1,8 l. Wektor jest równy 1,9L = 15 km (trochę więcej, ponieważ jest nieco odwrócony od nas).
Wszystko byłoby w porządku. Ale trajektoria wcale nie jest taka sama, jak pokazano na profilu lotu. Odcinek w 125 sekundzie (dział TTU) jest prawie pionowy i widzimy maksimum balistyczny
trajektorię, którą należało zobaczyć na wysokości ponad 100 km, zarówno zgodnie z profilem, jak i
sprzeciwy fotoprzeciwników
Dążyć.
Spójrzmy na to jeszcze raz: wysokość dolnej krawędzi chmur wynosi 57 pikseli, maksymalna trajektoria to 344 piksele, czyli dokładnie 6 razy więcej. A na jakiej wysokości znajduje się dolna krawędź chmur? No, nie więcej niż 8 kilometrów. Te. ten sam pułap 50 kilometrów.
Tak więc wahadłowiec faktycznie leci po trajektorii balistycznej pokazanej na zdjęciu (łatwo założyć, że kąt startu poniżej zachmurzenia nie przekracza 60 stopni) do swojej podstawy, a wcale nie w przestrzeń kosmiczną.
Zaczęło się w 1957 roku, kiedy w ZSRR wystrzelono pierwszego satelitę, Sputnika 1. Od tego czasu ludziom udało się odwiedzić, a bezzałogowe sondy kosmiczne odwiedziły wszystkie planety z wyjątkiem. Satelity krążące wokół Ziemi wkroczyły w nasze życie. Dzięki nim miliony ludzi mają możliwość oglądania telewizji (patrz artykuł „”). Zdjęcie pokazuje, jak część statek kosmiczny wraca na Ziemię na spadochronie.
Rakiety
Historia eksploracji kosmosu zaczyna się od rakiet. Pierwsze rakiety zostały użyte do bombardowań podczas II wojny światowej. W 1957 roku powstała rakieta, która wyniosła Sputnika 1 w przestrzeń kosmiczną. Większość rakiety zajmują zbiorniki paliwa. Tylko górna część rakiety, tzw ładunek. Rakieta Ariane 4 ma trzy oddzielne sekcje ze zbiornikami paliwa. Nazywają się stopnie rakietowe. Każdy stopień wypycha rakietę na określoną odległość, po czym, gdy jest pusta, oddziela się. W rezultacie z rakiety pozostaje tylko ładunek. Pierwszy etap przewozi 226 ton płynne paliwo. Paliwo i dwa dopalacze tworzą ogromną masę potrzebną do startu. Drugi etap oddziela się na wysokości 135 km. Trzeci stopień rakiety jest zasilany cieczą i azotem. Paliwo spala się tutaj w ciągu około 12 minut. W rezultacie z europejskiej rakiety Ariane-4 agencja kosmiczna pozostaje tylko ładunek.
W latach 1950-1960. ZSRR i USA rywalizowały w eksploracji kosmosu. Pierwszym załogowym statkiem kosmicznym był Wostok. Rakieta Saturn 5 po raz pierwszy zabrała ludzi na Księżyc.
Rakiety 1950-1960:
1. „Sputnik”
2. „Awangarda”
3. Junona 1
4. „Wschód”
5. „Merkury-Atlant”
6. Bliźnięta Tytan 2
8. „Saturn-1B”
9. Saturn 5
Kosmiczne prędkości
Aby dostać się w kosmos, rakieta musi przelecieć ponad . Jeśli jego prędkość będzie niewystarczająca, po prostu spadnie na Ziemię w wyniku działania siły. Nazywa się prędkość wymaganą do wejścia w przestrzeń pierwsza prędkość ucieczki. To jest 40 000 km/h. Na orbicie statek kosmiczny okrąża Ziemię prędkość orbitalna. Prędkość orbitalna statku zależy od jego odległości od Ziemi. Kiedy statek kosmiczny leci na orbicie, w zasadzie po prostu spada, ale nie może spaść, ponieważ traci wysokość w tym samym stopniu, w jakim powierzchnia Ziemi schodzi pod niego, zaokrąglając się.
Sondy kosmiczne
Do sondy wysyłane są bezzałogowe statki kosmiczne długie dystanse. Odwiedzili wszystkie planety z wyjątkiem Plutona. Sonda może polecieć do celu długie lata. Kiedy leci do wybranego ciała niebieskiego, wchodzi na orbitę wokół niego i przesyła uzyskane informacje na Ziemię. Miriner 10, jedyna sonda, którą odwiedzimy. „Pioneer-10” stał się pierwszym sonda kosmiczna który opuścił Układ Słoneczny. Dotrze do najbliższej gwiazdy za ponad milion lat.
Niektóre sondy są przeznaczone do lądowania na powierzchni innej planety lub są wyposażone w lądowniki zrzucane na planetę. Lądownik może pobrać próbki gleby i dostarczyć je na Ziemię w celu badań. W 1966 roku statek kosmiczny Luna 9 po raz pierwszy wylądował na powierzchni Księżyca. Po posadzeniu otworzyła się jak kwiat i zaczęła filmować.
Satelity
Satelita jest pojazd bezzałogowy, który jest wystrzeliwany na orbitę, zwykle ziemską. 
Satelita ma Szczególnym zadaniem- na przykład do monitorowania, transmisji obrazów telewizyjnych, eksploracji złóż minerałów: istnieją nawet satelity szpiegowskie. Satelita porusza się po orbicie z prędkością orbitalną. Na zdjęciu widać zdjęcie ujścia rzeki Humber (Anglia), wykonane przez Landseta z niskiej orbity okołoziemskiej. Landset może „obserwować obszary na Ziemi o powierzchni tak małej jak 1 kwadrat. M.
Stacja jest tym samym satelitą, ale przeznaczona do pracy ludzi na pokładzie. Do stacji może zadokować statek kosmiczny z załogą i ładunkiem. Do tej pory w kosmosie działały tylko trzy stacje długoterminowe: amerykańska Skylab oraz rosyjska Salut i Mir. Skylab został wyniesiony na orbitę w 1973 roku. Na jego pokładzie pracowały kolejno trzy załogi. Stacja przestała istnieć w 1979 roku.
Stacje orbitalne odgrywają ogromną rolę w badaniu wpływu nieważkości na organizm ludzki. Przyszłe stacje, takie jak Freedom, którą obecnie budują Amerykanie przy udziale specjalistów z Europy, Japonii i Kanady, będą wykorzystywane do bardzo długotrwałych eksperymentów lub do celów produkcja przemysłowa w kosmosie.
Kiedy astronauta opuszcza stację lub statek w przestrzeń kosmiczną, zakłada się skafander kosmiczny. Wewnątrz skafandra kosmicznego sztucznie wytwarzana jest temperatura równa ciśnieniu atmosferycznemu. Wewnętrzne warstwy skafandra są chłodzone cieczą. Urządzenia monitorują ciśnienie i zawartość tlenu wewnątrz. Szkło hełmu jest bardzo wytrzymałe, wytrzymuje uderzenia drobnych kamyków – mikrometeorytów.
11.06.2010 00:10
Niedawno zainstalowano amerykański statek kosmiczny Dawn nowy rekord nabiera prędkości – 25,5 tys. km/h, wyprzedzając swojego głównego konkurenta – sondę Deep Space 1. Osiągnięcie to było możliwe dzięki ultramocnemu silnikowi jonowemu zainstalowanemu w urządzeniu. Zdaniem ekspertów NASA, to daleko od granic jej możliwości.
Prędkość amerykańskiego statku kosmicznego Dawn osiągnęła rekordową wartość 5 czerwca – 25,5 tys. km/h. Jednak zdaniem naukowców w najbliższej przyszłości prędkość statku osiągnie 100 tys. km/h.
Tym samym dzięki swojemu unikalnemu silnikowi Dawn przewyższył swojego poprzednika, sondę Deep Space 1, eksperymentalny automatyczny statek kosmiczny wystrzelony 24 października 1998 roku przez rakietę nośną. To prawda, że Deep Space 1 nadal zachowuje tytuł stacji, której silniki wytrzymały najdłużej. Ale Dawn może wyprzedzić swojego „konkurenta” w tej kategorii już w sierpniu.
Głównym zadaniem wystrzelonej trzy lata temu sondy kosmicznej jest zbadanie asteroidy 4 Westa, do której urządzenie zbliży się w 2011 roku, oraz Planeta krasnoludków Ceres. Naukowcy mają nadzieję uzyskać jak najdokładniejsze dane na temat kształtu, rozmiaru, masy, składu mineralnego i pierwiastkowego tych obiektów znajdujących się pomiędzy orbitami Jowisza i Marsa. Ścieżka ogólna Dystans, jaki musi pokonać statek kosmiczny Dawn, wynosi 4 miliardy 800 milionów kilometrów.
Ponieważ w przestrzeni kosmicznej nie ma powietrza, po przyspieszeniu statek nadal porusza się z tą samą prędkością. Na Ziemi jest to niemożliwe ze względu na spowolnienie spowodowane tarciem. Używać w środowiskach pozbawionych powietrza silniki jonowe pozwoliło naukowcom maksymalnie usprawnić proces stopniowego zwiększania prędkości statku kosmicznego Dawn.
Zasada działania innowacyjnego silnika polega na jonizacji gazu i jego przyspieszaniu za pomocą pola elektrostatycznego. Jednocześnie, dzięki wysokiemu stosunkowi ładunku do masy, możliwe staje się przyspieszenie jonów do bardzo duże prędkości. Dzięki temu w silniku można uzyskać bardzo wysoki impuls właściwy, co pozwala na znaczne zmniejszenie zużycia masy reaktywnej zjonizowanego gazu (w porównaniu do Reakcja chemiczna), ale wymaga Wysokie koszty energia.
Trzy silniki Dawn nie działają stale, ale włączają się na krótko w określonych momentach lotu. Do tej pory przepracowali łącznie 620 dni i zużyli ponad 165 kilogramów ksenonu. Proste obliczenia pokazują, że prędkość sondy zwiększała się o około 100 km/h co cztery dni. Do końca ośmioletniej misji Dawn (choć eksperci nie wykluczają jej przedłużenia) łączny czas pracy silników wyniesie 2000 dni, czyli prawie 5,5 roku. Takie wskaźniki obiecują, że prędkość statku kosmicznego osiągnie 38,6 tys. km/h.
Może się to wydawać niewielką ilością na tle przynajmniej pierwszej prędkości kosmicznej, z jaką są one wystrzeliwane sztuczne satelity Ziemia, ale dla międzyplanetarny statek kosmiczny bez żadnych zewnętrznych akceleratorów, bez wykonywania specjalnych manewrów w polu grawitacyjnym planet, wynik ten jest naprawdę niezwykły.
Eksploracja kosmosu od dawna stała się dla ludzkości dość powszechna. Jednak loty na niską orbitę okołoziemską i do innych gwiazd są nie do pomyślenia bez urządzeń pozwalających pokonać grawitację – rakiet. Ilu z nas wie: jak działa i funkcjonuje rakieta nośna, gdzie odbywa się start i jaka jest jej prędkość, która pozwala pokonać grawitację planety i w pozbawionej powietrza przestrzeni. Przyjrzyjmy się bliżej tym zagadnieniom.
Urządzenie
Aby zrozumieć, jak działa rakieta nośna, musisz zrozumieć jej strukturę. Zacznijmy opisywać węzły od góry do dołu.
CWC
Urządzenie wystrzeliwujące na orbitę satelitę lub przedział ładunkowy zawsze różni się od nośnika przeznaczonego do transportu załogi swoją konfiguracją. Ten ostatni ma na samej górze specjalny system ratownictwo ratunkowe, służące do ewakuacji przedziału astronautów w przypadku awarii rakiety nośnej. Ten niestandardowy kształt Znajdująca się na samej górze wieżyczka to miniaturowa rakieta, która w nadzwyczajnych okolicznościach pozwala „wyciągnąć” kapsułę z ludźmi i przenieść ją do bezpieczna odległość od miejsca wypadku. Jest to istotne w etap początkowy lotu, podczas którego nadal możliwe jest zejście kapsuły na spadochronie. W przestrzeni pozbawionej powietrza rola SAS staje się mniej istotna. W przestrzeni blisko Ziemi ratunek dla kosmonautów może mieć funkcja umożliwiająca oddzielenie modułu opadania od rakiety nośnej.
Przedział ładunkowy
Poniżej SAS-u znajduje się przedział przewożący ładunek: pojazd załogowy, satelitę, przedział ładunkowy. W zależności od rodzaju i klasy rakiety nośnej masa ładunku wystrzelonego na orbitę może wynosić od 1,95 do 22,4 tony. Cały ładunek przewożony statkiem chroniony jest owiewką czołową, która po przepłynięciu jest odrzucana warstwy atmosferyczne.
Główny silnik
Ludzie daleko od kosmosu myślą, że jeśli rakieta wyląduje w pozbawionej powietrza przestrzeni, na wysokości stu kilometrów, gdzie zaczyna się stan nieważkości, to jej misja jest zakończona. W rzeczywistości, w zależności od zadania, docelowa orbita ładunku wystrzelonego w przestrzeń kosmiczną może być znacznie dalej. Na przykład satelity telekomunikacyjne muszą zostać przetransportowane na orbitę na wysokość ponad 35 tysięcy kilometrów. Aby osiągnąć wymagane usunięcie, potrzebujesz silnika napędowego lub, jak to się nazywa inaczej - blok przyspieszający. Aby osiągnąć zaplanowaną trajektorię międzyplanetarną lub odlotową, tryb prędkości lotu należy zmienić więcej niż raz, wykonując określone czynności, dlatego silnik ten należy wielokrotnie uruchamiać i wyłączać, na tym różni się od innych podobnych elementów rakiety.
Wieloetapowy
W rakiecie nośnej tylko niewielką część jej masy zajmuje przewożony ładunek, resztę stanowią silniki i zbiorniki paliwa, które znajdują się w różnych etapach pojazdu. Funkcja projektowania tych jednostek jest możliwość ich rozdzielenia po wyczerpaniu się paliwa. Następnie spalają się w atmosferze, nie docierając do ziemi. Prawda jest taka, jak jest napisane portalu informacyjnego reaktor.space , w ostatnie lata Opracowano technologię, która umożliwia powrót oddzielonych stopni w nienaruszonym stanie do wyznaczonego punktu i ponowne wystrzelenie ich w przestrzeń kosmiczną. W nauce o rakietach przy tworzeniu statków wielostopniowych stosuje się dwa schematy:
- Pierwszy jest podłużny, co pozwala na umieszczenie kilku identycznych silników z paliwem wokół nadwozia, które są jednocześnie włączane i synchronicznie resetowane po użyciu.
- Drugi jest poprzeczny, co umożliwia ustawienie stopni w kolejności rosnącej, jeden wyżej od drugiego. W takim przypadku włączają się dopiero po zresetowaniu dolnego, zużytego stopnia.
Ale często projektanci preferują połączenie konstrukcji poprzecznej i wzdłużnej. Rakieta może mieć wiele stopni, ale zwiększanie ich liczby jest racjonalne do pewnego limitu. Ich wzrost pociąga za sobą wzrost masy silników i adapterów, które działają tylko na pewnym etapie lotu. Dlatego nowoczesne rakiety nośne nie są wyposażone w więcej niż cztery stopnie. Zasadniczo zbiorniki paliwa etapowego składają się ze zbiorników, do których pompowane są różne składniki: utleniacz (ciekły tlen, czterotlenek azotu) i paliwo (ciekły wodór, heptyl). Tylko dzięki ich interakcji rakieta może przyspieszyć do wymaganej prędkości.
Jak szybko leci rakieta w kosmosie?
W zależności od zadań, jakie musi wykonać rakieta nośna, jej prędkość może się różnić, dzieląc się na cztery wartości:
- Pierwsza kosmiczna. Umożliwia wzniesienie się na orbitę, gdzie staje się satelitą Ziemi. Jeśli przełożymy na wartości konwencjonalne, wynosi ona 8 km/s.
- Drugi kosmiczny. Prędkość 11,2 km/s. umożliwia statkowi pokonanie grawitacji w celu badań naszych planet Układ Słoneczny.
- Trzeci jest kosmiczny. Trzymając się prędkości 16 650 km/s. możesz pokonać grawitację Układu Słonecznego i opuścić jego ograniczenia.
- Czwarty kosmiczny. Po rozwinięciu prędkości 550 km/s. rakieta jest w stanie latać poza galaktykę.
Jednak niezależnie od tego, jak duże są prędkości statków kosmicznych, są one zbyt niskie, aby umożliwić podróże międzyplanetarne. Przy takich wartościach dotarcie do najbliższej gwiazdy zajmie 18 000 lat.
Jak nazywa się miejsce, z którego wystrzeliwane są rakiety w kosmos?
Aby skutecznie podbić kosmos, potrzebne są specjalne wyrzutnie, z których można wystrzelić rakiety w przestrzeń kosmiczną. W codziennym użyciu nazywane są kosmodromami. Ale ta prosta nazwa obejmuje cały kompleks budynków zajmujących rozległe terytoria: wyrzutnię, pomieszczenia do końcowych testów i montażu rakiety, budynki usług z tym związanych. Wszystko to zlokalizowane jest w pewnej odległości od siebie, tak aby w razie wypadku nie uległy uszkodzeniu inne konstrukcje kosmodromu.
Wniosek
Tym bardziej się poprawiają technologia kosmiczna, tym bardziej złożona staje się konstrukcja i działanie rakiety. Być może za kilka lat powstaną nowe urządzenia, które pozwolą pokonać grawitację Ziemi. A następny artykuł będzie poświęcony zasadzie działania bardziej zaawansowanej rakiety.