Космос - новая стихия

Покоряя пространства, человек создавал различные средства передвижения по суше, по воде, по воздуху. Он не был ограничен в скорости передвижения, а передвигался с любой доступной ему скоростью. Однако космический корабль существенно отличается от всех движущихся аппаратов. Чтобы космический корабль вышел на орбиту искусственного спутника Земли, ему нужна определенная скорость, т. е. скорость, равная почти 28 000 км/ч. Чтобы сообщить кораблю такую скорость, необходимы мощные двигатели, работающие на реактивном принципе - создающие силу тяги в результате истечения струи газов.

Дело в том, что в космосе движущийся аппарат практически не взаимодействует со средой. Поэтому здесь не применимы те же двигатели, движители, органы управления, что на суше, в воде и воздухе. Чтобы маневрировать, уменьшать или увеличивать скорость, придавать космическому кораблю определенное положение в пространстве, нужно отбрасывать какую-то массу, взятую с собой на борт. Попробуйте, находясь в лодке, бросить тяжелый предмет — лодка тотчас двинется в противоположном направлении. Это и есть реактивный принцип движения.

Сборка космического корабля в монтажно-испытательном корпусе.

Сколько же энергии нужно израсходовать для того, чтобы ракета могла достигнуть нужной скорости полета? Ответ дает теория реактивного движения, созданная русским ученым Константином Эдуардовичем Циолковским.

Источником энергии в реактивном двигателе является топливо. Химическая энергия топлива преобразуется в кинетическую энергию газового потока, истекающего из сопла. Чем большим запасом энергии обладает каждый килограмм топлива и чем совершеннее двигатель, тем большую скорость истечения приобретают продукты сгорания.

Циолковский установил зависимость скорости ракеты от количества заправленного в нее топлива и от скорости истечения продуктов сгорания из сопла двигателя. Эта зависимость выражается формулой Циолковского:

где V — скорость ракеты; W — скорость истечения газа; М₀—начальная масса ракеты; М_к—конечная масса ракеты, т. е. масса ракеты, оставшаяся после израсходования массы топлива М_Т.

Отношение рабочего запаса массы топлива к конечной массе ракеты после израсходования топлива носит название числа Циолковского:

Чем больше топлива находится на борту ракеты, тем больше число Циолковского и соответственно больше достигаемая ракетой скорость. При этом речь идет не об абсолютных запасах топлива, а об отношении массы топлива к массе полезного груза и конструкции ракеты. Чтобы ракета могла достигнуть возможно большей скорости полета и смогла вывести на орбиту наибольшую полезную нагрузку, стремятся сделать ее конструкцию наилегчайшей.

перейти к началу страницы