Ракета способна обеспечивать собственное движение в пустоте за счет реактивной силы. Наиболее распространенными типами ракетных двигателей являются твердотопливные и жидкостные двигатели. Узнайте, как устроен реактивный двигатель и как ракета изменяет траекторию полета. Также узнайте о процессе запуска космического аппарата на орбиту и компонентах, необходимых для его работы.
Cодержание
Как устроен реактивный двигатель
Ракета способна обеспечивать собственное движение в пустоте за счет реактивной силы. Наиболее распространенными типами ракетных двигателей являются твердотопливные и жидкостные двигатели.
Твердотопливный двигатель представляет собой простую схему, где смесь топлива и окислителя сгорает непрерывно, выделяя огромное количество тепла. Эта тепловая энергия используется для создания реактивной силы, которая толкает ракету вперед.
Жидкостный двигатель работает на основе окислителя, такого как жидкий кислород или азотная кислота, и топлива, которые смешиваются и сгорают, увеличивая удельный импульс и обеспечивая движение ракеты.
Траектория полета
Ракеты взлетают вертикально на первом этапе, но затем меняют траекторию и двигаются под углом по отношению к Земле. Чем выше высота полета, тем заметнее этот угол. Процесс изменения траектории называется гравитационным разворотом.
Гравитационный разворот позволяет минимизировать гравитационные и аэродинамические потери, а также поперечные нагрузки на ракету. В начале полета ракета наклоняется немного в сторону своей будущей орбиты и постепенно разворачивается в направлении движения. Это позволяет ракете лететь по дуге, приближаясь к орбите.
Когда апогей траектории достигает будущей орбиты, двигатель отключается, и ракета летит по инерции по баллистической траектории. В районе апогея двигатель включается снова, чтобы ракета набрала необходимую орбитальную скорость.
Запуск космического аппарата на орбиту
Космический аппарат стартует вертикально с поверхности планеты и стремится достичь высоты и скорости, соответствующей определенной орбите. Для эффективного запуска необходимо найти оптимальную траекторию, которая позволит вывести аппарат на орбиту с минимальными затратами топлива.
В простейшем случае ракета может сначала взлететь вертикально и после этого начать набирать горизонтальную скорость. Однако такой подход неэффективен из-за гравитационных потерь и эффекта Оберта. Вместо этого ракета ускоряется в нужном направлении, поддерживая постоянный нулевой угол атаки и минимизируя потери на управление и сопротивление воздуха.
Для этого ракета немного наклоняется в сторону своей будущей орбиты уже на начальном этапе полета. Система управления постоянно поддерживает этот наклон, чтобы вся тяга шла на разгон и чтобы уменьшить поперечные нагрузки на ракету. Когда аппарат достигает апогея траектории, двигатель отключается, и ракета продолжает двигаться по инерции до достижения необходимой орбитальной скорости.
См. также
Компоненты космического аппарата
В космосе каждый рукотворный объект, будь то космический корабль, спутник или станция, состоит из нескольких компонентов, обеспечивающих его работу и функциональность:
- Тело, в котором размещается экипаж или груз.
- Система поддержания жизнедеятельности, включающая кислород, воду и пищу.
- Энергоснабжение, обычно с помощью солнечных батарей.
- Система ориентации, позволяющая управлять и ориентироваться в космосе.
- Коммуникационная система для связи с Землей.
- Система управления, контролирующая все функции аппарата.
- Система охлаждения для предотвращения перегрева электроники и других систем.
- Система стабилизации для поддержания устойчивости и контроля положения.
Все эти компоненты сотрудничают, чтобы обеспечить безопасность и эффективность космического аппарата в условиях космоса.
Что нам скажет Википедия?
Современные ракетные двигатели работают по принципу реактивной отдачи. Аналогично пушке, которая откатывается назад, когда ядро выстреливается, ракета движется вперёд, когда выбрасывает рабочее тело. Важный показатель ракетного топлива с точки зрения привода — удельный импульс, который описывает эффективность двигателя и топлива. Чем он выше, тем лучше двигатель и топливо. Он показывает, как долго сила тяги производится с массой топлива M равная его весу. Около небесного тела как Земля, чтобы вертикально взлететь, сила тяги должна быть больше веса. До сих пор на это способны только химические и ядерные ракетные двигатели.
Различают орбитальный и суборбитальный космический полёт. Для достижения орбиты космический аппарат должен на минимальной высоте достичь первой космической скорости около 7,9 км/с в горизонтальном направлении, чтобы он стал искусственным спутником Земли. Если скорость будет меньше, то траектория станет баллистической. Чтобы достигнуть такой высокой скорости, на ракетах-носителях применяют принцип многоступенчатости. Запуск такой ракеты производится с так называемой стартовой установки.
Чтобы снизить стоимость космических полётов, пытаются разработать многоразовый транспортный космический корабль, который может стартовать и приземляться горизонтально, как самолёт. Эти так называемые орбитальные самолёты, которые используют дополнительно воздушно-реактивные двигатели для подъёма.
В космосе каждый рукотворный объект, неважно космический корабль, станция или спутник, нуждаются как минимум в следующих компонентах:
- Тело, которое содержит экипаж или груз.
- Система поддержания жизнедеятельности, включая кислород, воду и пищу.
- Энергоснабжение, как правило, солнечными батареями.
- Система ориентации, которая позволяет кораблю управляться и ориентироваться в пространстве.
- Коммуникационная система для связи с Землёй.
- Система управления, которая контролирует все функции корабля.
- Система охлаждения, чтобы предотвратить перегрев электроники и других систем.
- Система стабилизации для поддержания устойчивости и контроля положения.
Все эти компоненты работают вместе, чтобы обеспечить безопасность и функциональность космического аппарата в условиях космоса.
