|
Меню сайта
Статистика
|
ПОЛЕТ В КОСМОСЕ. Формула ЦиолковскогоПОЛЕТ В КОСМОСЕ. Формула ЦиолковскогоВ 1903 г. в Петербурге была опубликована статья Константина Эдуардовича Циолковского «Исследования мировых пространств реактивными приборами». В статье доказывалось, что единственный летательный аппарат, способный проникнуть за атмосферу и покинуть Землю, — это ракета. Циолковский разработал теорию ракеты, дал ей математический расчет, указал наиболее выгодное топливо для нее, произвел расчет «ракетных поездов» (многоступенчатых ракет) и пришел к выводу о целесообразности искусственных спутников как стартовых площадок для ракет, отправляющихся к планетам солнечной системы. Почему же только ракета может покинуть Землю? Давно утратили значение дирижабли и воздушные шары — летательные аппараты легче воздуха. Огромные, неуклюжие, боящиеся ветра и с трудом поддающиеся управлению, они не годились для покорения воздушной стихии. Но, может быть, на них можно просто подняться ввысь и улететь, например, к Луне? Нет, наполненный газом шар всплывает в воздушном океане, как кусок дерева в воде. На высоте нескольких десятков километров плотность воздуха падает, и шар становится тяжелее воздуха. А за атмосферой шару просто не в чем плавать. Люди давно поняли это и принялись совершенствовать летательные аппараты тяжелее воздуха — самолеты. Принцип планирования, скольжения по воздуху подсказали людям птицы, которые тоже тяжелее воздуха. Но крыло может быть полезным только в воздушной стихии. Летательные аппараты, опирающиеся на подъемную силу крыла, беспомощны в сильно разреженной атмосфере. Остается одно — обратиться к реактивным двигателям. Выстрел из ружья сопровождается отдачей. Если бы вес пули равнялся весу ружья, они разлетались бы с одинаковой скоростью на равные расстояния. Отдача произойдет и при холостом выстреле, правда, значительно меньшая, но не потому, что струя пороховых газов оттолкнется от воздуха; отдача произошла бы и на Луне, где воздуха нет. Раскаленные газы, вытекающие из ракет,— это мельчайшие частицы, имеющие массу и вес. Каждая молекула подобна пуле. Разница в весе и в массе, между молекулой и ракетой, конечно, огромна, но количество непрерывно отбрасываемых частиц газа колоссально, так что скорость ракеты может приблизиться к скорости газов и даже превысить ее. Отбрасываемые газы и создают реактивную силу, благодаря которой ракета может двигаться и в воздухе, и в безвоздушном пространстве. Она как бы «отталкивается» от струи газов. Чем больше вес и скорость истекающих газов, тем больше реактивная сила, толкающая ракету. Любая ракета состоит из корпуса, двигателя и отсека с полезным грузом. Большая часть корпуса заполнена топливом. Двигатель в основном состоит из камеры сгорания и сопла, которому по ряду причин придается форма раструба. Горючее может располагаться прямо в корпусе или в отдельных баках. Сопло — это выходное отверстие для газов, образующихся при сгорании топлива. Циолковский вывел математическую формулу, позволяющую рассчитать максимальную скорость, которую может развить ракета:
Эта скорость зависит в первую очередь, конечно, от скорости истечения газов (с) из сопла ракеты, а скорость газов — от вида топлива и температуры в камере сгорания. Значит, для ракеты нужно наиболее калорийное топливо, т.е. топливо, дающее при сгорании наибольшее количество тепла. Из формулы следует, что скорость зависит также от начальной (М1) и конечной (M2) массы ракеты, т. е. от того, какая часть массы ракеты приходится на горючее, а какая на конструкцию — корпус, механизмы управления, рули, камеру сгорания и сопло. На формуле Циолковского зиждется весь расчет современных ракет. Один из основных элементов этой формулы — отношение общей стартовой массы ракеты к массе ракеты в конце работы двигателя (Z) — в честь великого ученого назван числом Циолковского. Из этой формулы следует вывод: в безвоздушном пространстве скорость ракеты тем больше, чем больше скорость истечения газов при той же массе топлива и чем больше отношение начальной массы (веса) ракеты к конечной, т. е. число Циолковского. Чтобы уменьшить конечную массу ракеты, Циолковский предложил разбить ракету на несколько самостоятельных ракет. Ракетный «поезд» будет двигаться сначала с помощью самой нижней ракеты, которая разгонит его до определенной скорости и после того, как топливо выгорит, будет отброшена. Вторая ступень еще больше увеличит скорость и также отделится от ракеты. Масса (вес) ракеты будет уменьшаться, а скорость — расти. На первый взгляд может показаться, что выгодно делать в ракете как можно больше ступеней. Но расчет убеждает, что это не так: после шести ступеней максимальная скорость практически остается постоянной. Циолковский, на много лет опередив своих современников, предсказал на точном языке математики, как человек овладеет безбрежными далями космического пространства. Он указал конкретный путь, по которому должна идти техника межпланетных сообщений.
|
ПОИСК
Block title
|
