Профессии ракетного двигателя

Ю Сушков| опубликовано в номере №873, Октябрь 1963
  • В закладки
  • Вставить в блог

[4 октября 1957 года в СССР произведен успешный запуск первого в мире искусственного спутника Земли.

«...Меня интересует принцип работы движущего механизма ракеты. Если можно, расскажите об этом».

Н. Пенчалова

г. Москва.

В космонавтике нет второстепенного. Здесь все главное. От надежности работы каждого агрегата, каждой детали зависит успех космического эксперимента. И все-таки основным агрегатом ракеты-носителя является ее двигатель. Только создание многоступенчатой ракеты-носителя с мощной двигательной установкой позволило запустить первый искусственный спутник Земли. Только ракеты с «упряжкой» в 20 миллионов лошадиных сил обеспечили вывод на орбиту космических кораблей «Восток». Мощные и экономичные двигатели позволяют ракетам развивать вторую космическую скорость, необходимую для межпланетных полетов. Недаром двигатель называют «сердцем» ракеты.

Особенность ракетных двигателей — чрезвычайно короткое время их работы. Полет к Марсу продлится несколько месяцев, и только несколько минут из этого времени будут работать двигатели ракеты-носителя. Но эти минуты сделают возможным весь дальнейший полет: притяжение Земли, а затем и Солнца преодолевается за счет кинетической энергии, накопленной при разгоне. Разумеется, скорость космического корабля при этом непрерывно уменьшается.

Чем вызвана такая особенность космических полетов? Не лучше ли было бы расходовать топливо понемногу, постепенно, в течение всего полета, удаляясь от Земли с постоянной скоростью?

Очевидно, что при старте с Земли ракетный двигатель должен развивать тягу, которая была бы больше веса ракеты. В противном случае ракета не оторвется от Земли. Чем больше превышение тяги над весом, тем меньше будет израсходовано топлива на то, чтобы преодолеть притяжение Земли. Эту закономерность легко объяснить.

Что определяет превышение тяги над весом? С одной стороны, ускорение ракеты, с другой — расход топлива. Чем быстрее сгорает топливо, тем больше ускорение, тем меньше энергии бесполезно расходуется на подъем над Землей и разгон еще не сгоревших порций топлива. Наиболее выгодно было бы мгновенно сжечь все топливо, как в винтовочном патроне,— выстрелить ракету. В этом случае вся энергия топлива пошла бы только на разгон ракеты, а следовательно, на преодоление ее притяжения Землей.

Но ясно, что выстрелить «из пушки на Луну» можно только в фантастическом романе. В действительности ускорение ракеты ограничено допустимыми перегрузками — кажущимся увеличением веса.

Обычно топливо составляет 80—85 процентов веса каждой ступени ракеты. Следовательно, когда двигатель только начинает работать, вес ракеты в несколько раз больше, чем в момент выключения двигателя. Если тяга все это время остается постоянной, то ускорение, в соответствии со вторым законом Ньютона, непрерывно возрастает. Значит, только в конце работы двигателя перегрузка достигает максимальной величины, а вначале она в несколько раз меньше.

Это явление можно наблюдать во время запуска ракет. Кажется, что после включения двигателя ракета плавно, даже медленно приподнимается над Землей, а затем как бы срывается с места и устремляется ввысь.

Мы рассказали об основной «профессии» ракетного двигателя. Но она не единственная. Ракетный двигатель в космическом полете выполняет еще ряд задач. Он широко применяется для управления полетом ракеты. Допустим, надо изменить ориентацию ракеты, повернуть ее вокруг центра тяжести в нужном направлении, тогда тяга двигателя отклонит ракету в нужную сторону. Иногда для этой цели применяются миниатюрные ракетные двигатели, расположенные вокруг сопла основного двигателя. В других случаях поворот осуществляют с помощью укрепленного на шарнирах основного ракетного двигателя. Отклоняясь в ту или иную сторону, он поворачивает ракету на новый курс. Затем двигатель возвращается в прежнее положение. Тяга проходит теперь точно через центр тяжести ракеты и разгоняет ее в новом направлении.

Ракетный двигатель может быть использован и для управления космическим кораблем после его отделения от последней ступени ракеты-носителя.

При отделении от ранеты вследствие целого ряда причин корабль может начать вращаться. Поэтому одна из первоочередных задач системы управления — стабилизировать положение корабля в пространстве.

Рули, подобные самолетным, не способны управлять кораблем в безвоздушном пространстве. Только ракетный двигатель может развивать в космосе силу тяги, способную не только изменить скорость, но и направление полета космического корабля, перевести корабль-спутник с эллиптической орбиты на круговую, направить его по траектории снижения в заданный район земного шара. Иначе говоря, управлять космическим кораблем — это значит, во-первых, сохранять его положение в пространстве и по желанию поворачивать вокруг центра тяжести в нужную сторону; во-вторых, изменять скорость и направление полета корабля, переводить его с одной орбиты на другую. Проблема управления решена советскими конструкторами, создавшими космический корабль «Восток».

Маневрируя в космосе с помощью двигателей, корабль переходит на траекторию снижения при посадке.

Для этого нужно замедлить скорость полета. Тормозная двигательная установка развивает тягу против движения корабля-спутника. Согласованная работа систем стабилизации и ориентации обеспечивает решение этой задачи.

А на заключительном этапе посадки на Земле гашение скорости осуществляется за счет сопротивления атмосферного воздуха. Но, скажем, на Луне такая возможность исключена: там нет воздуха. Если не применять никаких специальных средств торможения, то скорость встречи космического аппарата с поверхностью Луны составит 2,5—3 километра в секунду. Очевидно, чтобы сохранить аппарат во время прилунения, нужно будет погасить его скорость. Единственное средство в этом случае — ракетный двигатель.

Космические аппараты делают очень надежными, безотказными в работе. Но если даже возникает аварийная ситуация, на обитаемых кораблях предусматривают средства спасения космонавтов. Одно из них — ракетный двигатель.

  • В закладки
  • Вставить в блог
Представьтесь Facebook Google Twitter или зарегистрируйтесь, чтобы участвовать в обсуждении.

В 11-м номере читайте об истории  российско-британский отношений начиная с XVI-го века, о жизни творчестве оригинального, ни на кого не похожего прозаика Юрия Олеши, о том, как же на самом деле складывались   отношения  роман Матильды Кшесинской и Николая II-го, о Российском детском фонде, которому в этом году исполняется 30 лет, об Уоллис Симпсон -  героине й самой романтической истории XX века,   окончание .  нового  остросюжетного роман Ольги Торощиной «Все ради тебя – ВИКА» и многое другое…



Виджет Архива Смены

в этом номере

Над веком

Рассказ

Вчера, сегодня, завтра

Размышления спортивного журналиста