Полет ракеты в космос – виды, технические характеристики. Первые космические ракеты и космонавты

Содержание

виды, технические характеристики. Первые космические ракеты и космонавты :: SYL.ru

Эта статья представит читателю такую интереснейшую тему, как космическая ракета, ракета-носитель и весь тот полезный опыт, который это изобретение принесло человечеству. Также будет рассказано и о полезных грузах, доставляемых в космическое пространство. Освоение космоса началось не так давно. В СССР это была середина третьей пятилетки, когда окончилась Вторая мировая война. Космическая ракета разрабатывалась во многих странах, однако даже США обогнать нас на том этапе не удалось.

Первые

Первой в удачном запуске ушла из СССР космическая ракета-носитель с искусственным спутником на борту 4 октября 1957 года. Спутник ПС-1 удалось вывести на околоземную орбиту. Нужно отметить, что для этого понадобилось создать шесть поколений, и только седьмого поколения космические ракеты России смогли развить нужную для выхода в околоземное пространство скорость — восемь километров в секунду. Иначе невозможно преодолеть притяжение Земли.

Это стало возможным в процессе разработок баллистического оружия дальнего радиуса, где применялось форсирование двигателя. Не следует путать: космическая ракета и космический корабль — это разные вещи. Ракета — средство доставки, а корабль крепится на неё. Вместо него там может быть что угодно — космическая ракета может нести на себе и спутник, и оборудование, и ядерную боеголовку, что всегда служило и до сих пор служит сдерживанием для ядерных держав и стимулом к сохранению мира.

История

Первыми теоретически обосновали запуск космической ракеты русские учёные Мещерский и Циолковский, которые уже в 1897 году описали теорию её полёта. Значительно позже эту идею подхватили Оберт и фон Браун из Германии и Годдард из США. Именно в этих трёх странах началась работа над задачами реактивного движения, создания твёрдотопливных и жидкостных реактивных двигателей. Лучше всех эти вопросы решались в России, по крайней мере твёрдотопливные двигатели уже широко использовались во Второй мировой войне («Катюши»). Жидкостные реактивные двигатели лучше получились в Германии, создавшей первую баллистическую ракету — «Фау-2».

После войны команда Вернера фон Брауна, прихватив чертежи и разработки, нашла приют в США, а СССР вынужден был довольствоваться небольшим количеством отдельных узлов ракеты без какой бы то ни было сопроводительной документации. Остальное придумали сами. Ракетная техника развивалась стремительно, всё более увеличивая дальность и массу несомого груза. В 1954 году началась работа над проектом, благодаря которому СССР смог первым осуществить полет космической ракеты. Это была межконтинентальная двухступенчатая баллистическая ракета Р-7, которую вскоре модернизировали для космоса. Она получилась на славу — исключительно надёжная, обеспечившая множество рекордов в освоении космического пространства. В модернизированном виде её используют до сих пор.

«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.

Юрий Гагарин

День 12 апреля стал одним из самых знаменательных дней в нашей стране. Невозможно передать мощь народного ликования, гордости, поистине счастья, когда объявили о первом в мире полёте человека в космос. Юрий Гагарин стал не только национальным героем, ему рукоплескал весь мир. И потому 12 апреля 1961 года — день, триумфально вошедший в историю, стал Днём космонавтики. Американцы срочно попытались ответить на этот беспрецедентный шаг, чтобы разделить с нами космическую славу. Через месяц состоялся вылет Алана Шепарда, но на орбиту корабль не выходил, это был суборбитальный полёт по дуге, а орбитальный у США получился только в 1962-м.

Гагарин полетел в космос на космическом корабле «Восток». Это особая машина, в которой Королёв создал исключительно удачную, решающую множество всевозможных практических задач космическую платформу. Тогда же, в самом начале шестидесятых, разрабатывался не только пилотируемый вариант космического полёта, но был выполнен и проект фото-разведчика. «Восток» вообще имел множество модификаций — более сорока. И сегодня эксплуатируются спутники из серии «Бион» — это прямые потомки корабля, на котором совершён первый полёт человека в космос. В этом же 1961 году гораздо более сложная экспедиция была у Германа Титова, который целые сутки провёл в космосе. Соединённые Штаты смогли это достижение повторить только в 1963 году.

«Восток»

Для космонавтов на всех кораблях «Восток» было предусмотрено катапультное кресло. Это было мудрым решением, поскольку одно-единственное устройство выполняло задачи и на старте (аварийное спасение экипажа), и мягкую посадку спускаемого аппарата. Конструкторы сосредоточили усилия на разработке одного устройства, а не двух. Это уменьшало технический риск, в авиации система катапульт в то время уже была отлично отработана. С другой стороны, огромный выигрыш во времени, чем если проектировать принципиально новое устройство. Ведь космическая гонка продолжалась, и её выигрывал с довольно большим отрывом СССР.

Таким же образом приземлился и Титов. Ему повезло опуститься на парашюте около железной дороги, по которой ехал поезд, и его немедленно сфотографировали журналисты. Система посадки, которая стала самой надёжной и мягкой, разработана в 1965 году, в ней используется гамма-высотомер. Она служит и до сих пор. В США этой технологии не было, именно поэтому все их спускаемые аппараты, даже новые Dragon SpaceX не приземляются, а приводняются. Только шаттлы являются исключением. А в 1962 году СССР уже начал групповые полёты на космических кораблях «Восток-3» и «Восток-4». В 1963 году отряд советских космонавтов пополнился первой женщиной — Валентина Терешкова побывала в космосе, став первой в мире. Тогда же Валерий Быковский поставил не побитый до сих пор рекорд длительности одиночного полёта — он пробыл в космосе пять суток. В 1964 году появился многоместный корабль «Восход», США и тут отстали на целый год. А в 1965-м Алексей Леонов вышел в открытый космос!

«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).

По стопам

«Венера-4» помогла нам узнать, что на этой планете двести семьдесят один градус в тени (ночная сторона Венеры), давление до двадцати атмосфер, а сама атмосфера — девяносто процентов углекислого газа. А ещё этот космический аппарат обнаружил водородную корону. «Венера-5» и «Венера-6» многое поведали нам о солнечном ветре (потоки плазмы) и его структуре вблизи планеты. «Венера-7» уточнила данные о температуре и давлении в атмосфере. Всё оказалось ещё сложнее: температура ближе к поверхности была 475 ± 20°C, а давление выше на порядок. На следующем космическом аппарате было переделано буквально всё, и через сто семнадцать суток «Венера-8» мягко привенерилась на дневной стороне планеты. На этой станции был фотометр и множество дополнительных приборов. Главное — была связь.

Оказалось, что освещение на ближайшей соседке почти не отличается от земного — как у нас в пасмурный день. Да там не просто пасмурно, погодка разгулялась по-настоящему. Картины увиденного аппаратурой просто ошеломили землян. Помимо этого, был исследован грунт и количество аммиака в атмосфере, измерена скорость ветра. А «Венера-9» и «Венера-10» смогли показать нам «соседку» по телевизору. Это первые в мире записи, переданные с другой планеты. А сами эти станции и теперь искусственные спутники Венеры. На эту планету последними летали «Венера-15» и «Венера-16», которые тоже стали спутниками, предварительно снабдив человечество абсолютно новыми и нужными знаниями. В 1985 году продолжением программы стали «Вега-1» и «Вега-2», которые изучали не только Венеру, но и комету Галлея. Следующий полёт планируется в 2024 году.

Кое-что о космической ракете

Поскольку параметры и технические характеристики у всех ракет отличаются друг от друга, рассмотрим ракету-носитель нового поколения, например «Союз-2.1А». Она является трёхступенчатой ракетой среднего класса, модифицированным вариантом «Союза-У», который весьма успешно эксплуатируется с 1973 года.

Данная ракета-носитель предназначена для того, чтобы обеспечить запуск космических аппаратов. Последние могут иметь военное, народнохозяйственное и социальное назначение. Эта ракета может выводить их на разные типы орбит — геостационарные, геопереходные, солнечно-синхронные, высокоэллиптические, средние, низкие.

Модернизация

Ракета предельно модернизирована, здесь создана принципиально иная цифровая система управления, разработанная на новой отечественной элементной базе, с быстродействующей бортовой цифровой вычислительной машиной с гораздо большим объёмом оперативной памяти. Цифровая система управления обеспечивает ракету высокоточным выведением полезных нагрузок.

Кроме того, установлены двигатели, на которых усовершенствованы форсуночные головки первой и второй ступеней. Действует другая система телеизмерений. Таким образом повысилась точность выведения ракеты, её устойчивость и, разумеется, управляемость. Масса космической ракеты не увеличилась, а полезный выводимый груз стал больше на триста килограммов.

Технические характеристики

Первая и вторая ступени ракеты-носителя оснащены жидкостными ракетными двигателями РД-107А и РД-108А от НПО «Энергомаш» имени академика Глушко, а на третьей ступени установлен четырёхкамерный РД-0110 от КБ «Химавтоматики». Ракетным топливом служат жидкий кислород, являющийся экологически чистым окислителем, а также слаботоксичное горючее — керосин. Длина ракеты — 46,3 метра, масса на старте — 311,7 тонн, а без головной части — 303,2 тонны. Масса конструкции ракеты-носителя — 24,4 тонны. Компоненты топлива весят 278,8 тонн. Лётные испытания «Союза-2.1А» начались в 2004 году на космодроме Плесецк, и прошли они успешно. В 2006-м ракета-носитель произвела первый коммерческий полёт — вывела на орбиту европейский метеорологический космический аппарат «Метоп».

Нужно сказать, что у ракет разные возможности вывода полезной нагрузки. Носители есть лёгкие, средние и тяжёлые. Ракета-носитель «Рокот», например, выводит космические аппараты на околоземные низкие орбиты — до двухсот километров, а потому ей по силам нагрузка в 1,95 тонн. А вот «Протон» — тяжёлого класса, на низкую орбиту он может вывести 22,4 тонн, на геопереходную — 6,15, а на геостационарную — 3,3 тонны. Рассматриваемая нами ракета-носитель предназначена для всех площадок, которыми пользуется «Роскосмос»: Куру, Байконур, Плесецк, Восточный, и работает в рамках совместных российско-европейских проектов.

www.syl.ru

Когда полетела в космос первая космическая ракета

Первая ракета в космосе стала значительным прорывом в изучении и развитии космонавтики. Запуск «Спутника» был осуществлен в 1957 году 4 октября. Проектированием и разработкой первого спутника занимался Сергей Королев, и именно он стал главным наблюдателем и исследователем первого шага к покорению внеземных вершин. Следующим стал аппарат «Восток», который отправил на лунную орбиту станцию «Луна-1». Его вывели в космос 2 января 1959 года, но проблемы в управлении так и не позволили посадить носитель на поверхность небесного тела.

Первые запуски: животные и люди в покорении космоса

Изучение космического пространства и возможностей летательных аппаратов происходили и с помощью животных. Первые собаки в космосе — Белка и Стрелка. Именно они побывали на орбите и вернулись в целости и полном здравии. Далее производились запуски с обезьянами, собаками, крысами. Основная задача таких полетов заключалась в изучении биологических изменений после проведения в космосе определенного времени и возможностей адаптации к невесомости. Такая подготовка смогла обеспечить удачный первый в мире полет в космос человека.

Восток-1

Полет первого космонавта в космос Юрия Гагарина выполнен 12 апреля 1961 года. А первым кораблем в космосе, который мог быть пилотирован космонавтом, соответственно стал «Восток-1». Аппарат изначально оснащался автоматическим управлением, но в случае необходимости пилот могут перейти в режим ручного координирования. Завершился первый полет вокруг земли спустя 1 час и 48 минут. А известие о полете первого человека в космос мгновенно распространились по всему земному шару.

Развитие области: человек вне аппарата

Первый полет человека в космос являлся главным толчком для активного развития и усовершенствования технологий. Новым этапом стало стремление к выходу из корабля самого пилота. На исследования и разработки было потрачено еще 4 года. В результате 1965 год ознаменовался важным событием в мире космонавтики.

Первый человек вышедший в космос Алексей Архипович Леонов 18 марта покинул корабль. Пробыл он вне летательного аппарата 12 минут и 9 секунд. Это позволило сделать исследователям новые выводы и приступить к совершенствованию проектов и улучшению скафандров. А первый в космосе фото украсили полосы и советских, и зарубежных газет.

Последующее развитие космонавтики

Светлана Савицкая

Исследования области продолжались еще долгие годы, и 25 июля 1984 первый выход в космос был осуществлен женщиной. Светлана Савицкая отправилась в космос на станции «Салют-7», но после в подобных полетах участия не принимала. Они вместе с Валентиной Терешковой (совершила полет в 1963 году) стали первыми женщинами в космосе.

После длительных исследований стали возможны более частые полеты и длительные нахождения во внеземном пространстве. Первым космонавтом вышедшим в космос, ставшим рекордсменом по времени пребывания вне корабля, является Анатолий Соловьев. За весь период работы в сфере космонавтики он осуществил 16 выходов к открытому космосу, а их суммируемая продолжительность пребывания составила 82 часа и 21 минуту.

Несмотря на дальнейший прогресс в покорении внеземных просторов дата первого полета в космос стала праздничным днем на территории СССР. Кроме того 12 апреля стало и международным день первого полета. Спускаемый аппарат от корабля Восток-1 хранится в музее корпорации «Энергия» имени С.П. Королева. Также сохранены и газеты того времени, и даже чучела Белки и Стрелки. Память о достижениях хранится и изучается новыми поколениями. Поэтому ответ на вопрос: «Кто первым полетел в космос?» знает и каждый взрослый, и каждый школьник.

24smi.org

Чья же ракета первой отправилась в космический полет?

35 секунд, полет нормальный. Высота 19 километров. Температура за бортом – 55°С. Здесь вода кипит при температуре человеческого тела, а на иссиня-черном небосводе днем видны звезды.

60 секунд, полет нормальный. Высота 32 километра. За минуту, прошедшую с момента старта, ракета «Фау-2» набрала скорость порядка 1600 м/с (около 6 тыс. км/ч).

В этот момент наблюдатели на Земле видят, как отделилась вторая ступень, названная «ВАК-Корпорал», и, резко увеличив скорость, пошла на штурм предельной высоты.

100 секунд, полет нормальный. Ракета «ВАК-Корпорал» достигла высоты 110 км. Пройдена «линия Кармана», определяющая границу между космонавтикой и аэронавтикой: на этой высоте становятся бессмысленными все законы аэродинамики, т.к. для создания подъемной силы потребуется превысить первую космическую скорость (7,9 км/с).

145 секунд, полет нормальный. Высота 160 километров. Температура за бортом 1500°С. Но сверхнизкое давление воздуха, близкое к вакууму, делает бессмысленным само понятие температуры — здесь она лишь указывает на очень высокую скорость движения молекул воздуха. Человек, окажись в термосфере без скафандра, почувствует лишь ледяной холод космического пространства.

150 секунд с момента старта. Первая ступень – ракета «Фау-2» – достигла высоты 161 км и рухнула вниз, в пропасть земной атмосферы… В это время «ВАК-Корпорал» летит в Космос со скоростью 2,5 км/с.

200 секунд, полет нормальный. Достигнута высота 250 км. Граница наиболее низкой возможной орбиты с краткосрочной стабильностью. Искусственный спутник Земли может просуществовать здесь несколько недель.

300 секунд с момента старта. Ракета «Фау-2» разбилась в пустыне в 36 километрах севернее места запуска. В это время «ВАК-Корпорал» продолжает подниматься к звездам.

390 секунд, полет нормальный. Вторая ступень достигла высоты 402 километра. На этой высоте настолько глубокий вакуум, что его не удается достичь даже в самых современных лабораториях в наземных условиях. Таким образом, ракета «ВАК-Корпорал» достигла безвоздушного пространства.

12 минут, конец полета. Ракета «ВАК-Корпорал» разбилась о земную поверхность. Несмотря на то, что радиолокаторы точно определили район падения второй ступени, ее остатки были найдены только через год в 135 километрах от места старта.

Вот так, 24 февраля 1949 года американская ракетно-космическая система «Бампер» открыла Человечеству дорогу к Звездам. Читатель наверняка улыбнулся, прочитав эту фразу – ведь все же знают, что первый космический спутник запустили в Советском Союзе. 4 октября 1957 года баллистическая ракета Р-7, легендарная «Королевская семерка», унесла в ночное небо Байконура стальной шар диаметром 58 сантиметров, ставший символом начала Космической Эры. Человечество победило притяжение Земли.

В погоне за сенсацией

Легенды о космической программе Третьего Рейха и секретных фашистских базах на Луне до сих пор не сходят со страниц «желтой прессы». Действительно, кто же первым вышел в Космическое пространство? Немецкий «астронавт» Курт Келлер, утверждающий что совершил суборбитальный полет на «Фау-2» еще в 1944 году? Или, может быть первым в Космосе был фантастический ракетоплан доктора Зенгера? В конце концов, достойна ли пальмы первенства команда американских исследователей, запустившая в 1949 году ракету на высоту 400 километров?
Смотря что подразумевается под «запуском в космос». Если это обычный суборбитальный полет по параболической траектории, то тогда, несомненно, первыми были немцы – еще в годы Второй мировой войны на Лондон упали 4300 баллистических ракет «Фау-2»!

Здесь сразу же возникает вопрос: где граница земной атмосферы и где начинается Космос? Например, в США официально проводят границу воздушного пространства на высоте 50 миль (80 км). Россия называет цифру 100 километров. Конец жарким спорам подвел Теодор фон Карман, предложив, на мой взгляд, гениальное решение – Космос начинается там, где для создания минимальной аэродинамической подъемной силы требуется первая космическая скорость. Это происходит как раз на высоте около 100 километров. Вершина траектории полета баллистической ракеты «Фау-2» превышала 100 км, другими словами немецкая ракета первой вышла в Космическое пространство. Пусть всего на несколько секунд.

Примечание. Секретным разработкам Третьего Рейха зачастую придается несправедливо большое значение. На самом деле, «фантастические» немецкие проекты во многом отражали намерения, а не возможности. После войны на территории Германии не было обнаружено ни одного действующего ядерного реактора. Немецкие реактивные самолеты в реальности оказались ненадежными «вундервафлями» с пылающими двигателями и заклинившими пушками — в это же время у союзников появились свои реактивные машины, ничуть не уступающие немецким «Швальбе» и «Блицбомберам». Советская школа танкостроения превзошла немецкую, а американцы на десятилетие опередили Рейх по системам радиолокации и связи. Из тысячи «суперсовременных» немецких субмарин 783 остались лежать на дне Атлантики. Хваленые зенитные ракеты «Вассерфаль» не сбили ни одного самолета, а от пусков «Фау-2» было не больше пользы, чем от Общества изучения арийской расы.

А в чем же тогда смысл достижения американских ракетчиков, поднявших контейнер с научным оборудованием на высоту 400 километров над Землей? Ведь это обычный суборбитальный полет, который отличается от полетов «Фау-2» лишь более высокой траекторией – «ВАК-Корпорал» поднялась туда, где в настоящее время бороздит космическое пространство МКС (что, конечно, впечатляет – все-таки на дворе стоял 1949 год). Единственное важное преимущество проекта «Бампер» (дикий симбиоз трофейной «Фау-2» и американской метеорологической ракеты) – двухступенчатая конструкция, что позволило многократно увеличить максимальную высоту подъема ракеты. Тем не менее, когда звучит шутливый вопрос: «Кто был первым в космосе?» американские любители космонавтики часто приводят в пример именно полет «ВАК-Корпорал».

Наверное не стоит долго рассказывать, в какой стране создали первый искусственный спутник Земли и кто был первым космонавтом. Принципиальным отличием «Спутник-1» от «ВАК-Корпорал» была эллиптическая траектория полета советского космического аппарата.

Что касается уровня их технологического исполнения, то двухступенчатый «Бампер» и ракета-носитель Р-7 отличались также, как китайская петарда и управляемая ракета «Хэллфайр». К концу 40-х годов прабабушка всех современных ракет «Фау-2» была уже во многом устаревшим проектом, с кучей недостатков и неудовлетворительными характеристиками. Ввиду отсутствия на тот момент необходимых знаний и технологий, американским специалистам так и не удалось обеспечить эффективное разделение ступеней ракеты. С точки зрения логики, отделение первой ступени должно происходить в тот момент, когда в ее баках полностью израсходовано горючее, увы, на «Бампере» это было невозможно, т.к. ускорение «Фау-2» в последние секунды работы ее двигателя превышало начальное ускорение, которое могла развить «ВАК-Корпорал». Много вопросов возникло с автоматическим запуском двигателя второй ступени на высоте 30 километров – компоненты топлива отлично горели в наземных условиях, но в разреженной атмосфере они мгновенно испарялись и смешивались, что приводило к преждевременному взрыву в топливопроводах и разрушению ракеты. Много проблем возникло со стабилизацией ракеты на верхнем отрезке траектории – все аэродинамические поверхности оказались бесполезны в вакууме. «ВАК-Корпорал» можно с большой натяжкой назвать космической системой – ни по одному из критериев она не подходит под это звание.

Одним словом, истина остается не зыблема – первенство в космической гонке принадлежит СССР. ©

lsvsx.livejournal.com

космические ракеты — Naked Science

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.

В основе действия ракетных двигателей – третий закон Ньютона. Историческая формулировка этого закона говорит, что любому действию всегда есть равное и противоположное противодействие, проще говоря – реакция. Поэтому и двигатели такие называются реактивными.

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.

Топливо

Топливо ракетных двигателей, как правило, двухкомпонентное и включает в себя горючее и окислитель. В ракете-носителе «Протон» в качестве горючего используется гептил (несимметричный диметилгидразаин), а в качестве окислителя – тетраксид азота. Оба компонента чрезвычайно токсичны, но это «память» о первоначальном боевом предназначении ракеты. Межконтинентальная баллистическая ракета УР-500 – прародитель «Протона», – имея военное предназначение, до старта должна была долго находиться в боеготовом состоянии. А другие виды топлива не позволяли обеспечить долгое хранение. Ракеты «Союз-ФГ» и «Союз-2» используют в качестве топлива керосин и жидкий кислород. Те же топливные компоненты используются в семействе ракет-носителей «Ангара», Falcon 9 и перспективной Falcon Heavy Илона Маска. Топливная пара японской ракеты носителя «H-IIB» («Эйч-ту-би») – жидкий водород (горючее) и жидкий кислород (окислитель). Как и в ракете частной аэрокосмической компании Blue Origin, применяемой для вывода суборбитального корабля New Shepard. Но это все жидкостные ракетные двигатели.

Применяются также и твердотопливные ракетные двигатели, но, как правило, в твердотопливных ступенях многоступенчатых ракет, таких как стартовый ускоритель ракеты-носителя «Ариан-5», вторая ступень РН «Антарес», боковые ускорители МТКК Спейс шаттл.

Ступени

Полезная нагрузка, выводимая в космос, составляет лишь малую долю массы ракеты. Ракеты-носители главным образом «транспортируют» себя, то есть собственную конструкцию: топливные баки и двигатели, а также топливо, необходимое для их работы. Топливные баки и ракетные двигатели находятся в разных ступенях ракеты и, как только они вырабатывают свое топливо, то становятся ненужными. Чтобы не нести лишний груз, они отделяются. Кроме полноценных ступеней применяются и внешние топливные емкости, не оснащенные своими двигателями. В процессе полета они также сбрасываются.

Первая ступень РН «Протон-М» /©ФГУП «ГКНПЦ имени М.В.Хруничева»

Существует две классические схемы построения многоступенчатых ракет: c поперечным и продольным разделением ступеней. В первом случае ступени размещаются одна над другой и включаются только после отделения предыдущей, нижней, ступени. Во втором случае вокруг корпуса второй ступени расположены несколько одинаковых ракет-ступеней, которые включаются и сбрасываются одновременно. В этом случае двигатель второй ступени также может работать при старте. Но широко применяется и комбинированная продольно-поперечная схема.

Варианты компоновки ракет /© Wikipedia

Стартовавшая в феврале этого года с космодрома в Плесецке ракета-носитель легкого класса «Рокот» является трехступенчатой с поперечным разделением ступеней. А вот РН «Союз-2», запущенная с нового космодрома «Восточный» в апреле этого года, – трехступенчатая с продольно-поперечным разделением.

Интересную схему двухступенчатой ракеты с продольным разделением представляет собой система Спейс шаттл. В ней и кроется отличие американских шаттлов от «Бурана». Первая ступень системы Спейс шаттл – боковые твердотопливные ускорители, вторая – сам шаттл (орбитер) с отделяемым внешним топливным баком, который по форме напоминает ракету. Во время старта запускаются двигатели как шаттла, так и ускорителей. В системе «Энергия – Буран» двухступенчатая ракета-носитель сверхтяжелого класса «Энергия» была самостоятельным элементом и помимо вывода в космос МТКК «Буран» могла быть применена и для других целей, например для обеспечения автоматических и пилотируемых экспедиций на Луну и Марс.

Разгонный блок

Может показаться, что как только ракета вышла в космос, то цель достигнута. Но это не всегда так. Целевая орбита космического аппарата или полезного груза может быть гораздо выше линии, от которой начинается космос. Так, например, геостационарная орбита, на которой размещаются телекоммуникационные спутники, расположена на высоте 35 786 км над уровнем моря. Вот для этого и нужен разгонный блок, который, по сути, является еще одной ступенью ракеты. Космос начинается уже на высоте 100 км, там же начинается невесомость, которая является серьезной проблемой для обычных ракетных двигателей.

Одна из основных «рабочих лошадок» российской космонавтики ракета-носитель «Протон» в паре с разгонным блоком «Бриз-М» обеспечивает выведение на геостационарную орбиту полезных грузов массой до 3,3 т. Но первоначально вывод осуществляется на низкую опорную орбиту (200 км). Хотя разгонный блок и называют одной из ступеней корабля, от обычной ступени он отличается двигателями.

Для перемещения космического аппарата или корабля на целевую орбиту или направления его на отлетную или межпланетную траекторию разгонный блок должен иметь возможность выполнить один или несколько маневров, при совершении которых изменяется скорость полета. А для этого необходимо каждый раз включать двигатель. Причем в периоды между маневрами двигатель находится в выключенном состоянии. Таким образом, двигатель разгонного блока способен многократно включаться и выключаться, в отличие от двигателей других ступеней ракет. Исключением являются многоразовые Falcon 9 и New Shepard, двигатели первых ступеней которых используются для торможения при посадке на Землю.

Полезная нагрузка

Ракеты существуют для того, чтобы что-то выводить в космос. В частности, космические корабли и космические аппараты. В отечественной космонавтике это транспортные грузовые корабли «Прогресс» и пилотируемые корабли «Союз», отправляемые к МКС. Из космических аппаратов в этом году на российских ракетах-носителях отправились в космос американский КА Intelsat DLA2 и французский КА Eutelsat 9B, отечественный навигационный КА «Глонасс-М» №53 и, конечно, КА «ЭкзоМарс-2016», предназначенный для поиска метана в атмосфере Марса.

Возможности по выводу полезной нагрузки у ракет разные. Масса полезной нагрузки РН легкого класса «Рокот», предназначенной для выведения космических аппаратов на низкие околоземные орбиты (200 км), – 1,95 т. РН «Протон-М» относится к тяжелому классу. На низкую орбиту он выводит уже 22,4 т, на геопереходную – 6,15 т, а на геостационарную – 3,3 т. «Союз-2» в зависимости от модификации и космодрома способен вывести на низкую околоземную орбиту от 7,5 до 8,7 т, на геопереходную орбиту – от 2,8 до 3 т и на геостационарную – от 1,3 до 1,5 т. Ракета предназначена для запусков со всех площадок Роскосмоса: Восточного, Плесецка, Байконура и Куру, используемого в рамках совместного российско-европейского проекта. Применяемая для запуска транспортных и пилотируемых кораблей к МКС, РН «Союз-ФГ» имеет массу полезного груза от 7,2 т (с пилотируемым кораблем «Союз») до 7,4 т (с грузовым кораблем «Прогресс»). В настоящее время это единственная ракета, применяемая для доставки космонавтов и астронавтов на МКС.

Полезная нагрузка, как правило, находится в самой верхней части ракеты. Для того чтобы преодолеть аэродинамическое сопротивление, космический аппарат или корабль помещается внутрь головного обтекателя ракеты, который после прохождения плотных слоев атмосферы сбрасывается.

Вошедшие в историю слова Юрия Гагарина: «Вижу Землю… Красота-то какая!» были им сказаны именно после сброса головного обтекателя ракеты-носителя «Восток».

Система аварийного спасения

Ракету, которая выводит на орбиту космический корабль с экипажем, практически всегда можно отличить по внешнему виду от той, которая выводит грузовой корабль или космический аппарат. Чтобы в случае возникновения аварийной ситуации на ракете-носителе экипаж пилотируемого корабля остался жив, применяется система аварийного спасения (САС). По сути, это еще одна (правда, небольшая) ракета в головной части ракеты-носителя. Со стороны САС выглядит как башенка необычной формы на вершине ракеты. Ее задача – в экстренной ситуации вытянуть пилотируемый корабль и увести его от места аварии.

В случае взрыва ракеты на старте или в начале полета основные двигатели системы спасения отрывают ту часть ракеты, в которой находится пилотируемый корабль, и уводят ее в сторону от места аварии. После чего осуществляется парашютный спуск. В случае же если полет проходит нормально, после достижения безопасной высоты система аварийного спасения отделяется от ракеты-носителя. На больших высотах роль САС не так важна. Здесь экипаж уже может спастись благодаря отделению спускаемого аппарата космического корабля от ракеты.

naked-science.ru

Космический полёт — Циклопедия

Космический корабль Союз ТМА-7

Процесс полета в космос // Astronomy [5:49]

Взгляд изнутри: Полет в космос (Документальные фильмы National Geographic HD) [47:34]

История космонавтики. Полеты в космос — от начала и до сегодня [1:57:59]

Космический полёт (полёт в космос) — акт путешествия в или через космическое пространство. Такие полеты происходят благодаря использованию космических аппаратов, на борту которых могут находиться люди. Примеры полетов человека в космос включают в себя российскую программу Союз, а также текущие мероприятия Международной космической станции. К середине 2011 года действовала американская программа Спейс шаттл^[1]. Примерами совершения беспилотных космических полетов является запуск космических зондов, которые оставляют земную орбиту, а также спутников, которые перемещаются по орбите Земли, как то спутники связи. Многие из этих аппаратов способны работать самостоятельно без вмешательства специалистов.

Полеты в космос используются в основном для космических исследований, но также могут осуществляться в коммерческой деятельности, как туризм и развертывание спутниковой телекоммуникационной системы. Дополнительные примеры некоммерческого использования полетов включают использование космических обсерваторий, разведочных спутников и других спутников наблюдения за Землей. Космический полет обычно начинается с запуска ракеты, которая обеспечивает начальную тягу для преодоления силы тяжести и продвигает космический аппарат от поверхности Земли.

Циолковский — отец космических полетов

Первое реалистичное предложение космических путешествий было сделано выдающимся российским ученым Константином Циолковским. Его самая известная работа «Исследование мировых пространств реактивными приборами» была опубликована в 1903 году, но эта теоретическая работа не имела широкого распространения за пределами России.

Однако полеты в космос стали возможными в инженерном плане благодаря работам Роберта Годдарда после выхода его публикации в 1919 году «Метод достижения экстремальных высот», где автор предложил использовать сопло Лаваля и жидкое топливо ракеты, которые дали бы достаточную мощность, чтобы космический корабль смог вырваться из земной атмосферы. Он также доказал в лабораторных условиях, что ракеты будут работать в космическом вакууме, так как не все ученые того времени считали, что это возможно. Эта работа оказала сильное влияние на Германа Оберта и Вернера фон Брауна, выдающихся инженеров, которые внесли значительный вклад в развитие космических технологий.

Первая ракета, которая достигла высоты в 100 км, была немецкая ракета Фау-2, которая была сконструирована, изготовлена и опробована немецкими учеными в июне 1944 года. 4 октября 1957 года Советский Союз запустил «Спутник-1», который стал первым искусственным спутником, который вышел на орбиту Земли. Первый полет человека в космос состоялся 12 апреля 1961 года, когда корабль «Восток-1», на борту которого находился советский космонавт Юрий Гагарин, совершил один оборот вокруг Земли. Значительный вклад в проведение советской программы космических исследований «Восток-1» сделали ракетные специалисты Сергей Королев и Керим Керимов^[2].

Ракеты остаются на настоящее время единственными практическими средствами достижения космического пространства. Другие не ракетные технологии еще далеки до орбитальной скорости.

cyclowiki.org

Полёт в космос

Наверное, каждый человек хоть раз задавался вопросом: а как вообще происходит космический полет? Ну ракета, ну летит. А как? А каков сам механизм ракеты? Какие бывают орбиты? Именно это мы разберем в данной статье. Станислав

Космос — вечная мечта человека. Поколение за поколением, с самого появления человечества, мы мечтательно смотрим на него с восторгом и интересом. Очень долгое время он считался чем-то недостижимым, а в ответ на идею об его достижении — люди смеялись, а кое-где и жгли на костре. Но, в конце концов, научный прогресс сделал свое дело: мы побывали там. И не раз.

На данный момент, для космических полетов мы используем ракеты-носители с полезным грузом на борту, которые стартуют со специально оборудованных космодромов. В роли груза может выступать как капсула с людьми, так и межпланетная станция или ядерная боеголовка — все в зависимости от цели полета.

Ракета-носитель состоит из нескольких расположенных вертикально ступеней: в основном, топливных баков с реактивными двигателями на конце. После того, как в одной ступени заканчивается топливо — она отстреливается, и начинает работу следующая ступень.

Самая нижняя ступень, обычно, самая большая и самая мощная — нужна для начального взлета ракеты и преодоления силы притяжения Земли.

Вторая, а иногда и третья ступени выводят аппарат на низкую опорную орбиту — орбиту, после которой аппарат начнет маневрирование в космосе и выход на окончательную орбиту. Высота опорной орбиты — примерно 200 километров над уровнем моря. Скорость на такой орбите — первая космическая, примерно 7,9 километров в секунду. Облет Земли на ней занимает примерно 90 минут.

Остальные ступени уже используются для маневрирования в космическом пространстве: полета к космической станции, схода с орбиты, полета к другим планетам и так далее.

Сход аппарата с орбиты происходит с помощью тормозных двигателей — они уменьшают скорость ниже первой космической, и аппарат начинает падать. Для того чтобы аппарат правильно сошел с орбиты и не сгорел в атмосфере — необходим практически идеальный угол входа в атмосферу. Он зависит от скорости корабля: чем больше скорость — тем тупее должен быть угол. На поверхность земли или океана аппарат садится уже с помощью парашютов.

Прямо сейчас, космос используется для многих целей: научные исследования, картографирование местности, связь, различные военные задачи.

Для каждой цели подбирается орбита своего типа. Основных типов не так уж и много:

Геостационарная орбита. Самая распространенная орбита из всех. Ее популярность объясняется тем, что на ней скорость космического аппарата равна скорости кручения Земли вокруг своей оси, и потому космический аппарат как бы «зависает» над одной точкой поверхности. Это позволяет использовать его для связи, слежки, и так далее. Высота данной орбиты — 35 768 километров над уровнем моря. Скорость аппарата на данной орбите — 3,07 километров в секунду.
Орбита захоронения. Орбита, на которой располагаются аппараты, отслужившие свой век. Она находится примерно на 200-300 километров выше, чем ГСО.
Орбита Международной Космической Станции. МКС находится на высоте, примерно, 400 километров. Скорость — примерно 7,6 километров в секунду. Обращается вокруг Земли примерно за 90 минут. Обусловлена такая орбита ее удобством для организации доставки людей и грузов, как на станцию, так и с нее.

В итоге, хочу сказать, что полеты в космос — вещь интересная, но очень дорогая. К примеру, стоимость запуска ракеты-носителя «Протон» для доставки груза на МКС — около 100 миллионов долларов. Но, я думаю, оно все-таки стоит того.

novainfo.ru

Глава одиннадцатая. Спутники Земли. «Ракеты и полеты в космос»

Когда в 1952 — 1954 годах я читал лекции по ракетному делу, мне почти всегда задавали множество вопросов о результатах новых работ и о перспективах на будущее. Мне всегда было ясно, что следующим шагом после подъема ракет на большую высоту, порядка одного земного радиуса, будет запуск ракеты в космическое пространство с таким расчетом, чтобы она не упала обратно на Землю.

Слушателей часто поражало это заявление, но между тем как раз в это время специалисты в области ракетной техники усиленно обсуждали возможные методы запуска ракеты за пределы земной атмосферы с тем, чтобы она оставалась там и двигалась по орбите вокруг Земли.

Я неоднократно утверждал, что не знаю никакой другой науки, развитие которой так точно соответствовало бы теоретическим предсказаниям, как исследования в области ракет. В хронологическом порядке — сначала Циолковский, а затем Годдард и Оберт установили, что скоростную ракету можно создать за счет использования жидких топлив. Годдард, Оберт и Пирке неоднократно указывали, что невоенное применение больших ракет с жидкостными двигателями будет заключаться прежде всего в исследовании верхних слоев атмосферы. Все специалисты ракетного дела соглашались с тем, что необходимая для этого скорость будет быстро достигнута при использовании принципа ступенчатости ракет. Еще в 30-х годах инженеры и ученые много говорили и спорили о метеорологических ракетах, ракетах дальнего действия, беспилотных ракетах для полета на Луну, о межпланетных кораблях и даже о пилотируемых космических станциях. Но так уж случилось, что вопрос о непилотируемом искусственном спутнике Земли не был при этом затронут никем. Вплоть до недавнего времени никто не думал о беспилотной ракете, двигающейся по орбите вокруг Земли.

Причина такого упущения заключалась в том, что спутник для сбора научной информации может быть действительно полезен только при наличии телеметрических приборов. А сама телеметрия стала развиваться всего лишь немногим более 20 лет тому назад и долгое время пребывала в зачаточном состоянии. Тем не менее когда 28 июля 1955 года Белый дом выступил с официальным сообщением о том, что США собираются произвести запуск искусственного спутника Земли, последний имел в теоретическом плане уже довольно обширную, хотя и непродолжительную историю.

Непосвященные люди прежде всего хотят знать, что удерживает спутник? Ответить на этот вопрос можно по-разному. Самый простой ответ дает рис. 56. Траектория ракеты, запущенной из точки А в точку В, представляет собой часть эллипса, один из фокусов которого совпадает с центром Земли. Этот эллипс как бы пересекается поверхностью Земли в точках А и В. Чем больше эллипс, тем дальше будут расположены эти точки друг от друга. Если же эллипс станет достаточно большим и охватит всю Землю, он превратится в орбиту, по которой ракета будет двигаться вокруг Земли.

litresp.ru

Полет ракеты в космос – виды, технические характеристики. Первые космические ракеты и космонавты :: SYL.ru