Оборона та військові

Ракети 101: Наскільки точно працюють ракети?

Ракети 101: Наскільки точно працюють ракети?


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

Люди багато століть використовують контрольовані вибухи для руху предметів. Часто їх називають ракетами, сьогодні ці пристрої зазвичай використовують як феєрверки, сигнальні ракети, бойову зброю та для дослідження космосу.

Але як вони насправді працюють? Давайте подивимось дуже коротко.

Ця стаття не має на меті бути вичерпним довідником, оскільки ракетна наука, зрештою, є "ракетною наукою".

Як саме працюють ракети?

У вас може виникнути спокуса думати про ракети, що діють, просто "проштовхуючи себе в повітрі". Але оскільки ракети можуть також чудово працювати у вакуумі космосу, насправді це не те, що відбувається.

Як вони вже згадували, вони діють за принципом Третього закону руху Ньютона, який часто зазначається як "на кожну дію існує рівна і суперечлива реакція". Отже, ракети насправді працюють, використовуючи імпульс - потужність, яку має рухомий об’єкт.

За інших рівних умов, без зовнішніх сил, сукупний імпульс групи об’єктів повинен залишатися незмінним з часом. Це закладено у відомому Третьому законі руху Ньютона.

Щоб уявити це, уявіть, що ви стоїте на скейтборді, тримаючи в руках баскетбольний м'яч.

Якщо ви кидали баскетбол в одному напрямку, ви (і скейтборд) котилися б у протилежному напрямку з однаковою силою. Чим більше сили докладається при киданні м’яча, тим більше сили рухатиме скейтборд у зворотному напрямку.

Ракети працюють приблизно так само. Викидаючи гарячі вихлопні гази з одного кінця ракети, ракета рухається в протилежному напрямку - як у прикладі скейтборду.

Двигунам автомобілів або літаків, включаючи реактивні двигуни, потрібне повітря для роботи (ну, їм потрібен кисень, який він містить), і з цієї причини вони не можуть працювати у вакуумі космосу. Ракети, навпаки, чудово працюють у просторі.

Але як?

На відміну від двигунів внутрішнього згоряння та реактивних двигунів, ракети несуть із собою окислювачі. Подібно до палива, воно може бути у твердому, рідкому чи гібридному вигляді (про це пізніше).

Окислювач і паливо змішуються в камері згоряння ракети, а відпрацьовані гази на великій швидкості викидаються із задньої частини ракети. Все це робиться за відсутності повітря - насправді, на відміну від автомобілів та літаків, ракети не мають повітрозабірників.

ПОВ'ЯЗАНІ: СПІНЛАУН: КОМ ПОТРІБНІ РАКЕТИ, КОЛИ ВИ МОЖЕТЕ ЗАСТОСУВАТИ КОСМІЧНІ КАТАПУЛТИ?

Молекули вихлопних газів ракети поодиноко дуже малі, але вони дуже швидко виходять із сопла ракети (надаючи їм великий імпульс). Насправді достатньо для того, щоб забезпечити багатотонному об’єкту імпульс, необхідний йому, щоб уникнути земного тяжіння.

Які основні деталі ракети?

Більшість сучасних ракет складаються щонайменше з двох ступенів. Це ділянки ракети, які укладаються одна на одну в циліндричній оболонці (вона ж послідовна постановка).

Прикладом такої форми постановки ракет є серія "Сатурн V" НАСА.

Інші типи ракет використовують паралельну постановку. У цьому випадку менші перші ступені прив'язуються до корпусу центральної ракети "фіксатор". Такі ракети, як NASA Titan III та Delta II, використовують такий вид постановки.

Кожна ступінь має свій набір двигунів, які різняться за кількістю залежно від конструкції. Наприклад, перша ступінь Falcon 9 SpaceX має дев'ять двигунів, тоді як ракета Northrop Grumman Antares має два.

Завдання першого етапу - вивести ракету з нижчих шарів атмосфери. Також можуть бути додаткові підсилювачі, які можуть допомогти.

Оскільки цей початковий етап повинен нести вагу всієї ракети (з корисним навантаженням та невитраченим паливом), це, як правило, найбільша та найпотужніша секція.

У міру прискорення ракета спочатку стикається із збільшенням опору повітря. Але піднімаючись вище, атмосфера стає рідшою, а опір повітря зменшується.

Це означає, що напруга, яку відчуває ракета під час типового запуску, спочатку підвищується, до піку, а потім падає назад. Піковий тиск відомий як max q.

Для SpaceX Falcon 9 та United Launch Alliance Atlas V максимум q зазвичай спостерігається між ними 80 і 90 секунд запуску на висоті міжсім (11 км) до дев'ять миль (14,5 км).

Після того, як перший етап завершить свій обов'язок, ракети зазвичай скидають цю секцію і запалюють свою другу ступінь. Другий етап має менше роботи (оскільки він має меншу масу для переміщення) і має перевагу в тому, що атмосфера, з якою можна боротися, менша.

З цієї причини другий щабель часто складається лише з одномоторного. Більшість ракет також викинуть обтічники на цьому етапі (це загострена кришка на кінчику ракети, яка захищає корисне навантаження).

Раніше відкинуті нижні ділянки ракети просто згоряли в атмосфері. Але, починаючи приблизно з 1980-х років, інженери почали проектувати ці секції для відновлення та повторного використання.

Приватні компанії, такі як SpaceX і Blue Origin, продовжили цей принцип і спроектували їх, щоб вони могли повернутися на Землю і висадитися самі. Це вигідно, оскільки чим більше деталей можна повторно використовувати, тим дешевше можуть ставати пуски ракет.

Яке паливо використовується в ракеті?

Сучасні ракети, як правило, використовують рідке, тверде або гібридне паливо. Рідкі форми палива, як правило, класифікуються як нафта (наприклад, гас), кріогени (як рідкий водень) або гіперголіки (як гідразин).

У деяких випадках також можуть бути використані спирт, перекис водню або закиси азоту.

Тверді паливні речовини, як правило, бувають двох форм: однорідні та композитні. Обидва вони дуже щільні, стабільні при кімнатній температурі і легко зберігаються.

Перший може бути як простим підставою (як нітроцелюлоза), так і подвійним підставою (як суміш нітроцелюлози та нітрогліцерину). Тверді паливні композити, навпаки, використовують в якості окислювача мінералізовану сіль, що кристалізується або дрібно подрібнюється.

У більшості випадків фактичне паливо має тенденцію бути на основі алюмінію. Паливо та окислювач зазвичай утримуються разом з полімерним сполучним речовиною, яке також витрачається під час горіння.

Як працюють ракетні пускові майданчики?

Як випливає з назви, стартові панелі - це платформи, з яких запускаються ракети. Вони, як правило, є частиною більшого комплексу, об'єкта або космодрому.

Типова пускова площадка буде складатися з майданчика або пускового кріплення, яке, як правило, являє собою металеву конструкцію, яка підтримує ракету у вертикальному положенні до вибуху. Ці конструкції матимуть пупові кабелі, що живлять ракету та забезпечують теплоносієм перед запуском, серед інших функцій.

Вони також матимуть громовідводи для захисту ракети під час грози.

Стартові комплекси залежать від конструкції ракети, залежно від конструкції ракети та потреб оператора. Наприклад, космічний центр Кеннеді НАСА спроектував космічний човник для вертикального кріплення до ракети та переміщення його до стартової площадки на масивному танкоподібному транспортному засобі під назвою "Гусениця".

У Росії ракети збирали і транспортували горизонтально до стартової площадки, перш ніж їх піднімали вертикально на місці.


Перегляньте відео: ЭКСПЕРИМЕНТЫ С РАКЕТАМИ И ФЕЙЕРВЕРКОМ (Січень 2023).