Скорость ракеты

Закон сохра­нения импульса позволяет оценить скорость ракеты. Предположим сна­чала, что весь газ, образующийся при сгорании топлива, выбрасыва­ется из ракеты сразу, а не посте­пенно, как это происходит в дейст­вительности. Обозначим массу газа через т_г, а скорость газа через v _г. Массу и скорость оболочки обо­значим соответственно т_об и v _об.

Направим координатную ось вдоль направления движения обо­лочки, тогда проекции скоростей га­за и оболочки по модулю будут равны модулям векторов v_r и v_o6, но знаки их противоположны.

Так как сумма импульсов обо­лочки и газа должна быть равна нулю, то нулю должна быть равна и сумма их проекций:

Отсюда находим скорость v_o6 обо­лочки:

: т_об

Из формулы видно, что скорость оболочки тем больше, чем больше скорость выбрасываемого газа и чем больше отношение массы газа к массе оболочки. Если, например, требуется, чтобы скорость оболочки была в 4 раза больше скорости га­зовой струи, нужно, чтобы масса топлива была в 4 раза больше мас­сы оболочки. Оболочка должна со­ставлять лишь одну пятую массы ра­кеты на старте. А ведь «полезная» часть ракеты как раз оболочка!

Мы считали, что весь газ выбра­сывается из ракеты мгновенно. На самом деле он вытекает постепенно, хотя и довольно быстро. Это значит, что после выброса какой-то части газа оболочке приходится «возить» с собой еще не вылетевшую часть топлива. Кроме того, мы не учли, что на ракету действуют сила тя­жести и сила сопротивления воз­духа.

Все это приводит к тому, что отношение —- (массы топлива к массе оболочки) много больше, чем мы получили. Более точный расчет показывает, что при скорости газа 2000 м/с для достижения скорости, равной первой космической, масса топлива должна быть в 55 раз боль­ше массы оболочки. Для межпланет­ных полетов {с возвращением на Землю) масса топлива должна быть в тысячи раз больше массы оболочки.

В отличие от других транспорт­ных средств ракета может дви­гаться, не взаимодействуя ни с ка­кими другими телами, кроме про­дуктов сгорания содержащегося в ней самой топлива. Именно поэтому ракеты используются для запуска искусственных спутников Земли и космических кораблей и для их передвижения в космическом прост­ранстве. Там им не на что опираться и не от чего отталкиваться, как это делают земные средства транспорта.

При необходимости ракету мож­но тормозить. Именно так поступают космонавты, когда, заканчивая космический полет, они тормозят, чтобы вернуться на Землю. Понятно, что для этого газ из сопла должен вылетать в ту же сторону, куда движется ракета.

Идея использования ракет для космических полетов была предло­жена еще в начале нашего столе­тия русским ученым Константином Эдуардовичем Циолков­ским. Приведенное нами значение отношения масс топлива и оболочки было получено по формуле, извест­ной как формула Циолковского.

Идея К. Э. Циолковского была осуществлена советскими учеными под руководством академика Сер­гея Павловича Королева. Первый в истории искусственный спутник Земли с помощью ракеты был запущен в Советском Союзе 4 октября 1957 г.

Первым человеком, который на ИСЗ совершил полет в космическом пространстве, был гражданин Со­ветского Союза Юрий Алексе­евич Гагарин. 12 апреля 1961 г. он облетел земной шар на корабле-спутнике «Восток».

Советские ракеты первыми дос­тигли Луны, первыми облетели Луну и сфотографировали ее невидимую с Земли сторону, первыми достигли планеты Венера и доставили на ее поверхность научные приборы. В 1986 г. два советских космичес­ких корабля «Вега-1» и «Вега-2» с близкого расстояния исследовали комету Галлея, приближающуюся к Солнцу один раз в 76 лет. Ракеты впервые в истории человечества доставили человека на поверхность небесного тела: в 1969—1972 гг. аме­риканские астронавты совершили шесть полетов на Луну с выходом на ее поверхность и длительным (до трех суток) пребыванием на ней. Ими, а также советскими авто­матическими кораблями на Землю доставлены образцы лунного грунта. Наша страна занимает ведущее мес­то в исследовании космического пространства.

Дата добавления: 2014-01-14