Tulong sa Tele2, mga taripa, mga tanong

Pamamaraan para sa 4 na aralin
"Mga Batayan ng astronautics"

Ang layunin ng aralin: ang pagbuo ng kaalaman tungkol sa teoretikal at praktikal na pundasyon ng astronautics.

Mga Layunin sa pag-aaral:

Pangkalahatang edukasyon: ang pagbuo ng mga konsepto:

Sa teoretikal at praktikal na mga kinakailangan, mga gawain at pamamaraan ng pananaliksik sa kalawakan;
- tungkol sa koneksyon ng astronautics sa astronomy, physics at iba pang natural at mathematical sciences at sa teknolohiya;
- tungkol sa paraan ng astronautics - space flying vehicles (SV);
- tungkol sa mga pangunahing uri ng jet rocket engine (solid propellant rocket engine, liquid propellant rocket engine, ERE, YARD);
- tungkol sa mga trajectory, bilis at tampok ng paggalaw ng spacecraft, mga tampok ng interplanetary at interstellar navigation.

Pang-edukasyon: ang pagbuo ng pang-agham na pananaw sa mundo ng mga mag-aaral sa kurso ng kakilala sa kasaysayan ng kaalaman ng tao. Makabayan na edukasyon kapag nakikilala ang natitirang papel ng agham at teknolohiya ng Russia sa pagbuo ng mga kosmonautika. Polytechnic education at labor education sa pagtatanghal ng impormasyon tungkol sa praktikal na aplikasyon ng astronautics.

Pagbuo: ang pagbuo ng mga kasanayan upang malutas ang mga problema para sa aplikasyon ng mga batas ng paggalaw ng mga cosmic na katawan, mga formula ni Tsiolkovsky at mga bilis ng espasyo upang ilarawan ang paggalaw ng spacecraft.

Ang mga mag-aaral ay dapat alam:

Sa cosmonautics (paksa, gawain at pamamaraan ng kosmonautical na pananaliksik, ang koneksyon nito sa iba pang mga agham);
- tungkol sa mga paraan ng astronautics: ang mga pangunahing uri ng spacecraft, ang kanilang disenyo at katangian;
- tungkol sa mga pangunahing uri ng mga rocket engine, ang kanilang disenyo at katangian
- Ang formula ng Tsiolkovsky, mga formula at mga halaga ng I, II, III cosmic velocities (para sa Earth);
- tungkol sa mga landas ng paglipad ng spacecraft at ang kaugnayan sa pagitan ng hugis ng kanilang mga orbit at ang bilis ng paggalaw.

Ang mga mag-aaral ay dapat magagawang: upang malutas ang mga problema sa aplikasyon ng Tsiolkovsky formula at ang mga batas ng paggalaw ng mga cosmic na katawan upang makalkula ang mga katangian ng paggalaw ng spacecraft.

Mga visual aid at demonstrasyon:

Mga Filmstrips: "Mga elemento ng mekanika ng paglipad sa kalawakan".
Mga pelikula: "Mga artipisyal na satellite ng Earth"; "Mga flight sa kalawakan".
mga mesa: "Mga flight sa kalawakan"; "Pananaliksik sa Kalawakan".
Mga device at tool: isang aparato para sa pagpapakita ng paggalaw ng mga satellite.

Takdang aralin:

1) Pag-aralan ang materyal ng mga aklat-aralin:
- B.A. Vorontsov-Velyaminova: §§ 14(4), 16(4).
- E.P. Levitan: §§ 7-11 (pagsusuri).
- A.V. Zasova, E.V. Kononovich: § labing-isa; pagsasanay 11 (3, 4)

2) Kumpletuhin ang mga gawain mula sa koleksyon ng mga gawain Vorontsov-Velyaminov B.A. : 174; 179; 180; 186.

3) Maghanda ng mga ulat at mensahe para sa aralin na "Kasaysayan ng mga astronautika".

Lesson plan

Mga yugto ng aralin		Mga paraan ng pagtatanghal	Oras, min
	Aktwalisasyon ng paksa ng aralin	Kwento
	Pagbuo ng mga konsepto tungkol sa teoretikal at praktikal na mga kinakailangan, mga gawain at pamamaraan ng pananaliksik sa kosmonautical	Lektura	7-10
	Ang pagbuo ng mga konsepto tungkol sa mga paraan ng astronautics at ang mga pangunahing uri ng mga rocket engine	Lektura	10-12
	Pagbuo ng mga konsepto tungkol sa mga trajectory, bilis at tampok ng paggalaw ng spacecraft, mga tampok ng interplanetary at interstellar navigation	Lektura	10-12
	Pagtugon sa suliranin
	Pagbubuod ng materyal na sakop, pagbubuod ng aralin, takdang-aralin

Paraan ng paglalahad ng materyal

Ang araling ito ay pinakamahusay na ginawa sa anyo ng isang lecture, kung saan ang systematization, generalization at pagbuo ng "pre-scientific" astronautical na kaalaman ng mga mag-aaral at impormasyon sa astronautics at jet propulsion, na pinag-aralan nila sa natural na kasaysayan, natural na agham at pisika ang mga kurso para sa buong panahon ng pag-aaral, ay isinasagawa. Iminumungkahi ng mga may-akda ng manwal na i-confine ang ating sarili sa pagsusuri ng mga tanong tungkol sa mga orbit at bilis ng mga satellite, mga flight ng spacecraft patungo sa Buwan, at ang pinakasimpleng mga trajectory ng mga paglipad sa pagitan ng mga planeta. Isinasaalang-alang namin na kinakailangan upang madagdagan at palawakin ang materyal na ito, upang bigyan ng teorya ito sa paraang, bilang resulta ng pagsasanay, ang mag-aaral ay nakakakuha ng isang holistic na pag-unawa sa teoretikal at praktikal na mga pundasyon ng astronautics. Ang pagtatanghal ng materyal ay dapat na nakabatay sa dati nang pinag-aralan na materyal sa pisika (ang mga pundasyon ng klasikal na mekanika: mga batas ni Newton, ang batas ng unibersal na grabitasyon, ang batas ng konserbasyon ng momentum, jet propulsion) at astronomy (astrometry at celestial mechanics: Kepler's laws , impormasyon tungkol sa cosmic velocities, orbits ng cosmic bodies at perturbations ). Ang makabayang aspeto ng edukasyon ay natanto sa pagtutuon ng pansin ng mga mag-aaral sa mga tagumpay ng domestic science at teknolohiya, ang kontribusyon ng mga siyentipikong Ruso sa paglitaw, pagbuo at pag-unlad ng rocket science at astronautics. Dapat na iwasan ang mga makasaysayang detalye at iwanan para sa susunod na sesyon.

Cosmonautics - mga paglipad sa kalawakan; isang hanay ng mga sangay ng agham at teknolohiya na nagbibigay ng pagsasaliksik at pagpapaunlad ng mga outer space at space object at ang kanilang mga sistema gamit ang iba't ibang spacecraft (SCV): rockets, artificial Earth satellite (AES), automatic interplanetary stations (AMS), spacecraft (SC), pinamamahalaan o kinokontrol mula sa lupa.

Ang teoretikal na pundasyon ng astronautics ay nabuo sa pamamagitan ng:

1. Astronomy (astrometry, celestial mechanics at astrophysics).

2. Teorya ng mga flight sa kalawakan - cosmodynamics - ang inilapat na bahagi ng celestial mechanics, pagsisiyasat sa mga trajectory ng paglipad, mga parameter ng mga orbit ng spacecraft, atbp.

3. Rocket technology, na nagbibigay ng solusyon sa mga problemang pang-agham at teknikal sa paglikha ng mga space rocket, engine, control system, komunikasyon at paglilipat ng impormasyon, kagamitang pang-agham, atbp.

4. Space biology at medisina.

Ang pangunahing at hanggang sa kasalukuyan ang tanging paraan ng transportasyon sa outer space ay ang rocket. Ang mga batas ng rocket motion ay hinango batay sa mga batas ng klasikal na mekanika: kinematics at dynamics (Newton's II law, the law of conservation of momentum, atbp.).

Ang pormula ng K. E. Tsiolkovsky ay naglalarawan ng paggalaw ng isang rocket sa kalawakan nang hindi isinasaalang-alang ang impluwensya ng mga panlabas na kondisyon at nailalarawan ang mga mapagkukunan ng enerhiya ng rocket:

, - Numero ng Tsiolkovsky, saan m 0 - inisyal, m k ay ang huling masa ng rocket, w ay ang bilis ng ejected mass na may kaugnayan sa rocket (jet velocity), g- acceleration ng gravity.

kanin. 73

Ilunsad ang sasakyan (LV) - isang multi-stage ballistic missile para sa paglulunsad ng kargamento sa kalawakan (ISZ, AMS, KK, atbp.). Ang mga rocket carrier ay karaniwang 2-4 stage rockets, na nagbibigay ng payload I - II space velocity (Fig. 73).

Rocket engine (RD) - isang jet engine na idinisenyo para sa mga rocket at hindi gumagamit ng kapaligiran para sa operasyon. Sa RD, hindi lamang ang enerhiya na ibinibigay sa makina (kemikal, solar, nukleyar, atbp.) ay na-convert sa kinetic energy ng paggalaw ng working fluid ng makina, kundi pati na rin ang puwersang nagtutulak ng thrust ay direktang nilikha sa ang anyo ng isang reaksyon ng jet ng gumaganang likido na umaagos palabas ng makina. Kaya, ang RD ay, kumbaga, isang kumbinasyon ng makina mismo at ng propeller.

Ang tiyak na thrust ng RD ay tinutukoy ng formula: .

Sa kasalukuyan, ang mga kemikal na RD lamang ang nakahanap ng malawak na aplikasyon.

Ang solid propellant rocket engine (SRM) ay ginamit nang humigit-kumulang 2000 taon - malawak sa rocket artillery at limitado sa astronautics. Ang thrust range ng solid propellant rocket motors ay mula gramo hanggang daan-daang tonelada (para sa malalakas na rocket engine). Ang gasolina sa anyo ng mga singil (sa simula - itim na pulbos, na may huli XIX siglo - walang usok na pulbos, mula sa kalagitnaan ng ikadalawampu siglo - mga espesyal na komposisyon) ay ganap na inilagay sa silid ng pagkasunog. Pagkatapos ng start-up, kadalasang nagpapatuloy ang pagkasunog hanggang sa ganap na maubos ang gasolina; ang pagbabago sa thrust ay hindi kinokontrol. Ito ang pinakasimpleng disenyo at operasyon, ngunit may ilang mga disadvantages: mababang tiyak na thrust, solong paglunsad, atbp. Ito ay naka-install sa ilang mga sasakyan sa paglulunsad ng USA ("Scout", "Tor", "Titan"), France at Japan. Ginagamit din ito bilang mga sistema ng preno, rescue, corrective, atbp. (Fig. 74).

Liquid propellant rocket engine (LPRE) - isang rocket engine na pinapagana ng likidong rocket fuel. Iminungkahi ni K. E. Tsiolkovsky noong 1903. Ang pangunahing makina ng modernong teknolohiya sa espasyo. Thrust mula sa mga fraction ng isang gramo hanggang sa daan-daang tonelada. Ayon sa kanilang layunin, ang mga rocket engine ay nahahati sa pangunahing (martsa), preno, corrective, atbp. Ang mga sumusunod ay ginagamit bilang gasolina: mula sa mga oxidizer - likidong oxygen, nitrogen tetroxide, hydrogen peroxide; mula sa mga nasusunog - kerosene, hydrazine, likidong ammonia, likidong hydrogen. Ang pinaka-promising na kumbinasyon ng likidong hydrogen at oxygen (LV "Enerhiya") (Larawan 75).

Upang madagdagan ang tiyak na tulak, ang paggamit ng enerhiyang nuklear ay nangangako. Mga eksperimentong sample ng nuclear rocket engine ( BAKURAN) ay binuo mula noong kalagitnaan ng 60s sa USSR at USA. Sa kasalukuyan, ang Russia ang tanging estado na may nagmamartsa na NRE (Larawan 76).

Patuloy ang pag-unlad mga electric taxiway(ERD) - electrothermal, electromagnetic, ionic. Ang mga unang eksperimentong modelo ng electric propulsion ay nilikha sa USSR noong 1929-30; Sa kasalukuyan, ang mga ERE ay ginagamit bilang mga orientation engine para sa spacecraft sa Russia at United States. Ang marching ion engine ay naka-install sa AMS, na inilunsad noong huling bahagi ng 90s. sa USA (Larawan 77).

Mula sa punto ng view ng mekanika ng paglipad sa kalawakan, ang mga taxiway ay nahahati sa:

1. Propulsion system na may limitadong exhaust velocity w » 3 - 30 km/s, na tinutukoy ng pinakamataas na temperatura ng jet (kemikal, nuklear, atbp.). Gumagana ang mga ito sa loob ng maikling panahon (minuto, segundo) sa atmospera at mag-vacuum sa maliliit na aktibong bahagi ng trajectory ng paglipad (daan-daang kilometro).

2. Mga sistema ng limitadong kapangyarihan na may hiwalay na mapagkukunan ng enerhiya, kung saan nakasalalay ang kanilang kahusayan (electrical, atbp.).

3. Mga sistemang may limitadong thrust (paglalayag at radioisotope).

Sa mga aktibong yugto ng paglipad, ang paggalaw ng spacecraft ay nakasalalay sa pagpapatakbo ng mga makina nito; sa mga passive na bahagi ng mga trajectory, ang paggalaw ng spacecraft ay apektado ng mga puwersa ng atraksyon mula sa mga cosmic na katawan, ang presyon ng liwanag at solar wind, at sa itaas na mga layer ng atmospera - sa pamamagitan ng aerodynamic friction forces.

Ang mga pangunahing katangian ng passive motion ng spacecraft ay maaaring matukoy sa pamamagitan ng paglutas ng problema sa 2-katawan.

Sa gitnang larangan ng gravitational ng malalaking cosmic body, gumagalaw ang spacecraft sa mga orbit ng Keplerian, at:

1. Ang trajectory ng spacecraft ay rectilinear sa kaso kapag ang paunang bilis nito ay u 0 = 0 at ang spacecraft ay bumagsak ng pantay na pinabilis patungo sa sentro ng atraksyon.

2. Ang spacecraft ay gumagalaw sa mga elliptical trajectories kapag ang paunang bilis ay nakadirekta sa isang anggulo sa gitna ng atraksyon, sa . Sa mga elliptical orbit sa paligid ng Earth, ang mga satellite nito, modernong spacecraft at mga istasyon ng orbital, pati na rin ang AMS, na umiikot sa mga planeta na kanilang pinag-aaralan, ay gumagalaw.

3. Sa kahabaan ng parabolic trajectories para sa u 0 = u II , kapag ang panghuling bilis ng spacecraft sa isang walang katapusan na malayong punto sa espasyo ay katumbas ng zero.

4. Sa kahabaan ng hyperbolic trajectories (u 0 > u II), halos hindi makilala sa mga rectilinear na may malaking distansya mula sa sentro ng atraksyon.

Ang mga trajectory ng mga interplanetary flight ay naiiba sa anyo, tagal ng paglipad, mga gastos sa enerhiya at iba pang mga kadahilanan depende sa layunin at mga tampok ng paglipad sa kalawakan. Ito ay kagiliw-giliw na tandaan na ang spacecraft ay halos hindi gumagalaw sa isang tuwid na linya: ang kanilang mga tilapon (maliban sa ilang mga idealized na kaso) ay mga segment ng mga kurba ng pangalawang order (bilog, ellipse, parabola at hyperbola) na nagkokonekta sa mga orbit ng mga cosmic na katawan o mga katawan kanilang sarili.

Mayroong 3 passive segment ng mga trajectory ng interplanetary flight: 1) sa loob ng "sphere of action" ng Earth, kung saan ang paggalaw ng spacecraft ay tinutukoy lamang ng puwersa ng gravity ng earth; 2) mula sa hangganan ng globo ng pagkilos ng Earth hanggang sa hangganan ng globo ng pagkilos ng cosmic body - ang layunin ng paglipad, ang pinakamahaba at pinakamahabang, kung saan ang paggalaw ng spacecraft ay tinutukoy ng pagkahumaling ng ang araw; 3) sa loob ng saklaw ng cosmic body - ang layunin ng paglipad.

Nabanggit na sa itaas na upang makaalis sa sphere of influence ng Earth, ang spacecraft ay dapat na may bilis na u > u II; . Ang karagdagang bilis na dapat makuha ng isang spacecraft sa orbit ng isang artipisyal na satellite upang makaalis sa globo ng pagkilos ng Earth ay tinatawag na exit speed u sa. , saan r- distansya mula sa kosmikong katawan, R dÅ - radius ng globo ng pagkilos ng Earth ( R dÅ = 925000 km).

Kapag naglulunsad ng isang spacecraft mula sa ibabaw ng Earth, kinakailangang isaalang-alang:

1) ang bilis at direksyon ng pag-ikot ng Earth sa paligid ng axis nito;
2) ang bilis at direksyon ng pag-ikot ng Earth sa paligid ng Araw (u Å = 29.785 km/s).

Ang paglulunsad ng mga satellite na umiikot sa direksyon na kabaligtaran sa direksyon ng pag-ikot ng Earth sa paligid ng axis nito, na nangangailangan ng malaking gastos sa enerhiya, ay napaka-komplikado; mas mahirap maglunsad ng spacecraft kasama ang isang trajectory na hindi namamalagi sa eroplano ng ecliptic.

Kung ang bilis ng paglabas ay tumutugma sa direksyon sa bilis ng Earth v Å, ang orbit ng spacecraft, maliban sa perihelion, ay nasa labas ng orbit ng Earth (Larawan 79c).
Sa kabilang direksyon ng bilis u sa ang orbit ng spacecraft, maliban sa aphelion, ay nasa loob ng orbit ng Earth (Larawan 79a).
Sa parehong direktiba at pagkakapantay-pantay ng mga bilis u sa= u Å nagiging tuwid ang orbit ng SC, kung saan babagsak ang SC sa Araw sa loob ng humigit-kumulang 64 na araw (Larawan 79d).
Para sayo sa= 0 ang SC orbit ay tumutugma sa orbit ng Earth (Larawan 79b).

Ang mas mataas ang bilis u sa spacecraft, mas malaki ang eccentricity ng elliptical orbit nito. Sa pamamagitan ng medyo simpleng mga kalkulasyon, natutukoy ang halaga v sa, kinakailangan para ang perihelion o aphelion ng mga orbit ng spacecraft ay nasa orbit ng panlabas o panloob na mga planeta, .

Ang mga landas ng paglipad ng spacecraft, sabay-sabay na hawakan ang mga orbit ng Earth at mga katawan ng kalawakan - ang mga target ng paglipad sa pagitan ng planeta, ay tinatawag Hohmann trajectory(bilang parangal sa German scientist na si W. Homann na nagkalkula sa kanila).

Para sa mga panlabas na planeta: . Para sa mga panloob na planeta: , saan r ay ang average na distansya ng isang planetary body mula sa Araw.

Ang tagal ng paglipad kasama ang Hohmann trajectory ay kinakalkula ng formula: average na araw ng araw.

Kapag kinakalkula ang tilapon ng isang paglipad sa pagitan ng mga planeta kasama ang mga tilapon ng Hohmann, kinakailangang isaalang-alang ang kamag-anak na posisyon (paunang pagsasaayos) ng Earth, ang Araw at ang target na planeta, ang mga katangian at tampok ng paggalaw ng mga planeta sa kanilang mga orbit. . Halimbawa, ang isang flight sa Mars kasama ang pinakamaikling Hohmann trajectory ay aabot lamang ng 69.9 d , sa Jupiter - 1.11 taon, sa Pluto - 19.33 taon. Gayunpaman, ang aktwal na pinakamainam na posisyon sa isa't isa ng Earth, ang Araw, at ang mga planetang ito ay napakabihirang nangyayari, at upang bawasan ang oras ng paglipad, kinakailangan na dagdagan ang iyong sa, na nangangailangan ng karagdagang pagkonsumo ng enerhiya. Samakatuwid, bukod sa iba pang mga kadahilanan, ang mga manned flight sa mga planeta ng solar system ay mas mahal at mas mahirap kaysa sa pag-aaral ng mga planeta na ito sa tulong ng AMS, na maaaring lumipad sa kanilang mga target kasama ang pinaka-ekonomiko na mga trajectory sa loob ng maraming taon. Isinasaalang-alang ang epekto ng mga kaguluhan mula sa mga planeta at Araw, ang AMS at spacecraft ay dapat magkaroon ng mga makina upang itama ang tilapon ng paggalaw.

Sa pag-abot sa sphere of action ng target na planeta, upang makapasok sa isang elliptical o circular orbit sa paligid nito, dapat bawasan ng spacecraft ang bilis sa halagang mas mababa sa II space para sa planetang ito.

Sa interplanetary navigation, malawakang ginagamit ang spacecraft maneuver sa gravitational field ng mga planeta. solar system.

Kapag gumagalaw sa gitnang gravitational field ng isang napakalaking cosmic body, ang spacecraft ay apektado ng puwersa ng pagkahumaling mula sa katawan na ito, na nagbabago sa bilis at direksyon ng paggalaw ng spacecraft. Ang direksyon at magnitude ng acceleration ng spacecraft ay depende sa kung gaano kalapit ang spacecraft na lumilipad mula sa cosmic body at sa angle j sa pagitan ng mga direksyon ng pagpasok at paglabas ng spacecraft sa globo ng pagkilos ng katawan na ito.

Ang bilis ng spacecraft ay nagbabago sa pamamagitan ng:

Ang spacecraft ay nakakakuha ng pinakamalaking acceleration kapag gumagalaw sa isang trajectory na dumadaan sa pinakamababang distansya mula sa space body, kung ang bilis ng spacecraft na pumapasok sa sphere of action ay katumbas ng I space velocity u I sa ibabaw ng katawan na ito, habang .

Kapag lumilipad sa paligid ng Buwan, ang isang spacecraft ay maaaring tumaas ang bilis nito ng 1.68 km / s, kapag lumilipad sa paligid ng Venus - ng 7.328 km / s, kapag lumilipad sa paligid ng Jupiter - ng 42.73 km / s. Ang bilis ng paglabas ng spacecraft mula sa sphere of action ng planeta ay maaaring tumaas nang malaki sa pamamagitan ng pag-on sa mga makina sa sandali ng periapsis passage.

Sa fig. 80-81 ang ilang mga kalkuladong trajectory ng mga paglipad sa pagitan ng mga planeta ay ibinigay.

Astronautics- isang sangay ng astronautics na nag-aaral ng mga problema ng interstellar flight. Sa kasalukuyan, pinag-aaralan niya ang pangunahing mga teoretikal na problema ng mga mekanika ng paglipad, dahil ang modernong agham ay walang impormasyon upang malutas ang mga teknikal na isyu ng pag-abot sa mga bituin.

Para sa isang interstellar flight, ang spacecraft ay dapat lumampas sa sphere of action ng Araw, katumbas ng 9 × 10 12 km. Ang mga distansya ng interstellar ay napakalaki: sa pinakamalapit na bituin 270,000 AU; mayroon lamang mga 50 bituin sa loob ng isang globo na nakapaligid sa Araw na may radius na 10 pc.

Sa kasalukuyan, ang Pioneer 10 at -11 at Voyager 1 at -2 na spacecraft ay lumipad sa labas ng solar system, na aalisin sa layo na 1 light year sa libu-libong taon.

Hindi angkop o hindi gaanong nagagamit ang mga kasalukuyang at kahit na may pag-asa na mga uri ng taxiway para sa mga interstellar flight, dahil hindi sila makapagbibigay ng spacecraft acceleration sa mga bilis na higit sa 0.1 ng bilis ng liwanag. mula sa .

Ang tanging teoretikal na posibleng paglipad patungo sa pinakamalapit na mga bituin ay ang mga "one-way" na flight ng mga awtomatikong interstellar probes (AMZ) o mga manned flight na may layuning kolonisasyon ng mga angkop na planeta na may mga tripulante sa isang estado ng "reversible death" (hibernation) o may isang pagbabago ng mga henerasyon sa loob ng barko, na nangangailangan ng paglutas ng maraming problema. mga teknikal lamang, ngunit pati na rin sa etika, sikolohikal, biological na mga problema (ang mga tripulante ay hindi na babalik sa Earth; kakailanganin nilang gugulin ang halos lahat ng kanilang buhay o maging ang kanilang buong buhay na may pagbabago ng mga henerasyon sa loob ng barko; ito ay kinakailangan upang lumikha ng isang ganap na saradong spacecraft ecosystem, atbp.); bago pa man magsimula, ang mga obserbasyon sa astronomya ng terrestrial ay dapat magbigay ng mga garantiya para sa pagkakaroon ng mga terrestrial na planeta na may angkop na mga kondisyon para sa buhay na malapit sa bituin - ang target ng paglipad (kung hindi man ang paglipad ay nawawalan ng kahulugan).

Ang "asul na pangarap" ng modernong astronautics ay isang theoretically ideal na quantum (photon) RD na may w = c - ang tanging angkop para sa mga interstellar flight sa loob ng Galaxy (Larawan 78).

Ang paggalaw ng mga pisikal na katawan na may mga tulin na malapit sa bilis ng liwanag ay isinasaalang-alang sa pangkalahatang teorya ng relativity (GR), na pinag-aaralan ang mga spatio-temporal na pattern ng anumang pisikal na proseso.

Sa balangkas ng pangkalahatang relativity, ang pormula ng Tsiolkovsky ay pangkalahatan at kinuha ang anyo: ,

saan z- Numero ng Tsiolkovsky, m 0 - inisyal, m 1 - ang huling masa ng spacecraft, u 1 - ang huling bilis ng spacecraft sa frame ng sanggunian ng lupa, w - ang bilis ng jet stream na nauugnay sa barko.

Kahit na ang isang photon starship ay hindi maabot ang bilis ng liwanag para sa w = c , sa abot ng: .

Ang paglipad sa bilis na mas mataas kaysa sa bilis ng liwanag ayon sa modernong agham ay imposible para sa anumang materyal na bagay. Gayunpaman (theoretically) ang isang starship ay maaaring maglakbay nang malapit sa bilis ng liwanag, .

Ang mga opsyon sa Interstellar flight ay:

1. Flight sa 3 yugto: acceleration ng spacecraft sa pinakamataas na bilis; paglipad sa pamamagitan ng pagkawalang-kilos na ang mga makina ay naka-off; pagbabawas ng bilis sa zero na bilis.
2. Paglipad sa 2 yugto na may patuloy na pagbilis: ang unang kalahati ng landas ng spacecraft ay nagpapataas ng bilis sa pagbilis g ~ gÅ\u003d 10 m / s 2, at pagkatapos ay nagsisimula sa pagpepreno na may parehong acceleration.

Ayon sa mga pangunahing probisyon ng pangkalahatang relativity para sa isang tagamasid na nakasakay sa isang spacecraft, kapag papalapit sa bilis ng liwanag, ang lahat ng mga pisikal na proseso ay bumagal ng isang factor ng 1, at ang mga distansya sa direksyon ng paggalaw ng spacecraft ay bababa ng parehong kadahilanan: espasyo at oras, kumbaga, "compress". Sa frame ng sanggunian ng barko, ito ay hindi gumagalaw, at may kaugnayan sa Earth at sa target ng paglipad ay lilipat ito nang may bilis u £ c.

Ang tamang (barko) oras ng paglipad at ang independiyenteng oras na lumipas mula sa sandali ng paglunsad sa Earth ay kinakalkula gamit ang iba't ibang mga formula: , saan At - mga function ng hyperbolic cosine at hyperbolic sine, r- distansya sa target ng flight.

Sa patuloy na pagbilis g\u003d 10 m / s 2 flight sa star ng Centauri ay aabot ng 3.6 taon ayon sa mga orasan ng barko, 4.5 taon ayon sa mga orasan sa lupa; ang paglipad sa gitna ng Galaxy ay aayon sa orasan ng barko T sa= 19.72 taon, terrestrial T Е= 27000 taon; isang paglipad patungo sa M31 galaxy ("Andromeda Nebula"), ang pinakamalapit sa mga spiral galaxy, ay kukuha, ayon sa pagkakabanggit, T sa= 28 taon at T Е= 3.5 milyong taon!

Ganito ang kabayaran para sa mga interstellar flight ayon sa "kambal na kabalintunaan": ang mga astronaut na umikot sa kalahati ng Galaxy at may edad na ng mga dekada ay babalik sa Earth libu-libo at milyon-milyong taon pagkatapos ng simula. Bilang karagdagan sa mga puro etikal na problema ng mga dayuhan mula sa malayong nakaraan na bumalik mula sa, sa katunayan, isang "one-way na paglipad" sa mundo ng hinaharap, mayroong isang mahalagang problema sa halaga ng impormasyong inihatid ng mga astronaut: sa panahon ng paglipad, ang agham sa Earth ay hindi tumitigil!

Ang mga problema sa enerhiya ng mga interstellar flight ay napakahalaga: kung ang enerhiya ay humigit-kumulang 8.4 × 10 0.2 mula sa ang kinakailangang enerhiya ay 10 15 kWh - lahat ng enerhiya na nabuo ng mga power plant ng Earth sa loob ng 10 taon. Ang pagtaas sa bilis ng hanggang 0.4 s ay nangangailangan ng pagtaas sa pagkonsumo ng enerhiya ng 16 na beses sa 100% na kahusayan ng engine! Ang mga reserbang gasolina para sa thermonuclear RD ay higit sa 99% ng masa ng spacecraft. Upang ma-synthesize ang antimatter para sa isang paglipad ng isang photonic starship, kinakailangan ang ganoong dami ng enerhiya na hindi maaaring ipahiwatig ng modernong agham ang pinagmulan nito sa mga limitasyon ng solar system.

Kaya, ayon sa mga batas ng pisika sa kasalukuyang antas ng pag-unlad ng sibilisasyon ng daigdig, ang mga paglipad ng interstellar manned spacecraft ay halos imposible. Ang mga pag-aaral ng mga kalapit na bituin sa pamamagitan ng interstellar unmanned AMS ay lubos na posible (sa kasalukuyan, ang mga proyekto ay ginagawa sa United States at Russia upang ilunsad ang AMS sa Proxima Centauri, Barnard's Star, at ilang iba pang mga bagay sa kalagitnaan ng ika-21 siglo). Ang pagkakaroon ng ilang sampu-sampung tonelada ng payload mass, ang AMZ ay bibilis sa bilis na 0.1-0.2 mula sa solar, radioisotope o thermonuclear rocket engine, ang oras ng paglipad ay sampu o kahit daan-daang taon.

Ang pinag-aralan na materyal ay naayos sa kurso ng paglutas ng mga problema:

Pagsasanay 10:

1. Bakit mas madaling maglunsad ng spacecraft papuntang Pluto kaysa sa Araw?

2. Posible bang ang isang sitwasyon, na minamahal sa science fiction noong 60s, kapag ang isang spacecraft na may nabigong makina ay naaakit at nahulog sa Araw?

3. Saan at bakit mas kumikita ang paghahanap ng mga spaceport: sa mga pole o sa ekwador ng Earth?

4. Tukuyin ang bilis ng spacecraft na umaalis sa solar system. Gaano katagal ito lilipad sa pinakamalapit sa mga bituin?

5. Bakit ang kawalan ng timbang ay makikita sa loob ng spacecraft sa passive part ng flight trajectory?

6. Ano ang bilis ng pag-ikot ng AMS sa isang pabilog na orbit sa paligid ng Jupiter sa layo: a) 2000 km; b) 10,000 km mula sa planeta?

7. Iguhit sa pagguhit ang pagsasaayos ng Earth, ang Araw at Mars, na isinasaalang-alang ang kanilang mga orbit na pabilog, sa panahon ng paglipad ng Soviet AMS "Mars-2" at "Mars-3", na umabot sa Mars noong 11/21/1971 at 12/2/1971 pagkatapos ng 192 at 188 araw ng paglipad, kung ang pagsalungat ng mga planeta ay naganap noong Agosto 10, 1971.

Ayon kay V.V. Radzievsky, ang atensyon ng mga guro at mag-aaral ay dapat ituon sa "napakalaking praktikal na kahalagahan ng astronomiya na may kaugnayan sa aktibong paggalugad ng kalawakan, ang papel ng mga astronautika sa paglutas ng mga problema sa kapaligiran ng polusyon sa kapaligiran (paglipat ng mga negosyong nagpaparumi sa atmospera sa kalawakan, paglabas ng nakakapinsalang basura ng produksyon sa kalawakan, mga prospect ng demograpiko) ... Kinakailangan na palakasin ang mga elemento ng astronautics sa mismong programa, ipakilala ang mga tanong: ang batas ng konserbasyon ng enerhiya sa problema sa 2-katawan (elementaryong konklusyon) ...

Noong 60-80s, nagturo ang mga paaralan ng Unyong Sobyet opsyonal na kurso IMPYERNO. Marlensky "Mga Batayan ng Cosmonautics" (IX grade, 70 oras ng pagsasanay, 2 oras bawat linggo) . Ang impormasyon tungkol sa istraktura, nilalaman at pagpaplano ng mga klase nito ay maaaring maging kapaki-pakinabang para sa isang modernong guro ng pisika at astronomiya upang magamit ang nauugnay na materyal sa mga aralin sa pisika at astronomiya (lalo na sa mga klase sa pisika at matematika) at mga ekstrakurikular na aktibidad:

1) Kasaysayan ng astronautics(2 oras) (Ang unang kamangha-manghang mga proyekto ng paglipad sa kalawakan. KE Tsiolkovsky - ang tagapagtatag ng siyentipikong kosmonautika. Ang mga pangunahing yugto sa pag-unlad ng teknolohiya ng rocket. Ang paglulunsad ng unang satellite ng Sobyet at ang simula ng panahon ng kalawakan. Paglipad sa kalawakan ng tao) .

2) Ang paggalaw at pag-aayos ng mga rocket(4 na oras) (Ang prinsipyo ng pagpapatakbo ng rocket. Ang konsepto ng mga mekanika ng mga katawan ng variable na masa. Ang formula ni Tsiolkovsky. Ang mga pangunahing bahagi at numerical na katangian ng isang single-stage rocket. Multi-stage rockets. Rocket engine at fuels). Magsimula sa pamamagitan ng pag-uulit ng batas ng konserbasyon ng momentum; umaasa dito upang pag-aralan ang isang single-pulse mass ejection mula sa isang rocket. Isaalang-alang ang isang serye ng mga sunud-sunod na ejections at ipakita na ang net velocity ng isang rocket sa unidirectional ejections ay katumbas ng kabuuan ng mga velocities na natatanggap nito sa bawat mass ejection. Iulat ang formula ni Tsiolkovsky (nang walang detalyadong derivation, ngunit may detalyadong pagsusuri pisikal na kahulugan at paglutas ng mga kaugnay na problema). Isaalang-alang ang paggalaw ng isang rocket mula sa punto ng view ng mga batas ng dinamika, depende sa reaktibong puwersa. Ipakita sa eksperimento ang paglitaw ng isang reaktibong puwersa gamit ang mga halimbawa ng mga umaagos na water jet at ipakita kung paano mababago ang thrust force (ibinigay ang isang diagram ng pagkakabit). Upang ipaalam sa mga mag-aaral ang mga numerical na katangian ng single-stage at multi-stage na paglulunsad ng mga sasakyan. Mag-alok (sa bahay) upang bumuo ng mga proyekto ng misayl na may iba't ibang mga katangian, i-disassemble sa susunod na aralin. Ang gawain ng RD ay pinag-aaralan sa sa mga pangkalahatang tuntunin. Ang mga scheme ng kanilang pag-aayos, supply ng gasolina at mga graph ng mga pagbabago sa mga katangian (bilis, temperatura at presyon ng mga produkto ng pagkasunog kasama ang axis ng RD) ay isinasaalang-alang. Bigyang-pansin ang pangunahing data ng RD at propellant kumpara sa mga heat engine at ground transport fuel. Kapaki-pakinabang na ipakita ang mga gumaganang modelo ng mga rocket.

3) Libreng paggalaw ng isang rocket sa isang gravitational field(8 oras) (Central gravitational field. 2-body problem. Ang batas ng konserbasyon ng mekanikal na enerhiya kapag gumagalaw sa isang gravitational field. Gravitational parameter. Ang formula para sa velocity ng isang katawan na gumagalaw sa isang elliptical orbit. Trajectories ng paggalaw sa isang gravitational field (Keplerian orbits). Mga batas ni Kepler. Circular velocity, release velocity, hyperbolic excess of velocity. Ang konsepto ng perturbed motion. Saklaw ng aksyon. Weightlessness). Ulitin ang batas ng unibersal na grabitasyon na may kaugnayan sa 2 materyal na punto at pag-aralan ang pormula nito nang detalyado; ipahiwatig ang posibilidad na kumatawan sa napakalaking cosmic na katawan sa anyo ng mga materyal na punto. Ang isang ideya ay nabuo tungkol sa gravitational field bilang isang larangan ng mga sentral na pwersa at ang mga katangian nito: free fall acceleration (nagbibigay-daan sa iyo upang matukoy ang mga epekto ng puwersa ng gitnang larangan sa mga katawan na ipinakilala sa iba't ibang puntos field) at potensyal (upang matukoy ang mga gastos sa enerhiya para sa iba't ibang paggalaw ng mga katawan sa larangang ito). Bigyang-katwiran ang pagpili ng zero value ng gravitational potential para sa walang katapusang malalayong mga punto. Sa kasong ito, ang gravitational potential ng lahat ng cosmic body ay binibilang mula sa zero level at madali silang maihahambing. Ang paghahambing ng mga potensyal na gravitational ng mga punto sa ibabaw ng mga planeta, maaaring hatulan ng isa ang dami ng trabaho upang alisin ang isang katawan mula sa isang partikular na punto hanggang sa infinity (ipinapakilala ang konsepto ng cosmic velocity II). Ang solusyon ng problema sa 2-katawan ay batay sa mga batas ng konserbasyon ng enerhiya at angular momentum (kinakailangan upang mabuo ang konsepto ng batas ng konserbasyon ng angular momentum batay sa pagpapakita ng Zhukovsky bench, ang kahulugan ng konsepto ng angular momentum at ilang mga eksperimento)

4) Propulsion ng isang rocket sa ilalim ng impluwensya ng thrust(6 na oras.) (Ipinapasok ang isang spacecraft sa orbit. Pagkawala ng bilis. Paunang at kabuuang katangian ng mga bilis. Kontrol ng isang spacecraft. Pagwawasto ng trajectory. G-forces sa paglipad. Ang konsepto ng space navigation. Inertial, astro- at radio navigation. Oryentasyon at pagpapapanatag ng isang spacecraft). lima) Mga artipisyal na satellite ng lupa(8 oras) (AES orbits. Pagkagambala ng mga orbit na dulot ng hindi sphericity ng Earth, atmospheric drag, attraction ng Buwan at Araw. Paggalaw ng isang AES na may kaugnayan sa ibabaw ng Earth. Paglulunsad ng AES sa orbit. Multipulse maneuvers . Nagpupulong sa orbit. Naghihintay na mga orbit. Mga transition ng Hohmann. Docking. Mga istasyon ng orbital na Nagde-de-orbit Pangunahing mga pisikal na phenomena sa muling pagpasok ng Ballistic at glider descents 6) Mga paglipad sa Buwan at mga planeta(8 oras) (Trajectories ng mga flight papuntang Buwan. Artipisyal na satellite ng buwan. Landing on the Moon. Flight trajectories papunta sa mga planeta. Optimal trajectories. Launch windows. Trajectory corrections. planeta, paggamit ng atmosphere para sa landing, entry corridor, matigas at malambot na landing). 7) Mga kondisyon ng paglipad sa kalawakan(2 oras) (Radiation hazard. Meteor hazard. Paraan ng proteksyon. Life support sa spacecraft. Space psychology. Ritmo ng buhay sa spacecraft. Impluwensya ng kawalan ng timbang at labis na karga sa katawan). 8) Siyentipiko at praktikal na paggamit ng astronautics(6 na oras) (Mga tagumpay ng USSR sa paggamit ng espasyo. Siyentipikong kagamitan ng mga artipisyal na satellite, spacecraft at AMS. Pananaliksik sa Earth, malapit sa Earth na espasyo, ang Buwan, mga planeta, interplanetary space sa pamamagitan ng astronautics. Praktikal na paggamit ng astronautics: sa geodesy, meteorology, para sa nabigasyon, komunikasyon, paggalugad ng mga mapagkukunan ng lupa). siyam) Mga prospect para sa astronautics(2 oras) (Mga proyekto para sa karagdagang paglipad sa kalawakan sa solar system. Mga proyekto para sa paggalugad ng Buwan at mga planeta. Posibilidad ng mga interstellar flight). 10 oras ng praktikal na trabaho (kabilang ang astronomical observation).

<< Предыдущая наблюдения - лабораторные работы - практические работы - учебная программа - учебные пособия - лекции - педагогический эксперимент - дидактика - контрольные работы - задача
Tingnan din: Lahat ng publikasyon sa parehong paksa >>

Panimula.

Ang sangkatauhan ay palaging nangangarap na maglakbay sa kalawakan. Ang iba't ibang paraan upang makamit ang layuning ito ay inaalok ng mga manunulat - science fiction, mga siyentipiko, mga nangangarap. Ngunit sa loob ng maraming siglo, wala ni isang siyentipiko, ni isang manunulat ng science fiction ang makakaimbento ng tanging paraan sa pagtatapon ng tao, sa tulong kung saan posible na mapagtagumpayan ang puwersa ng grabidad at lumipad sa kalawakan. Halimbawa, ang bayani ng kuwento ng Pranses na manunulat na si Cyrano de Bergerac, na isinulat noong ika-17 siglo, ay nakarating sa buwan sa pamamagitan ng paghagis ng isang malakas na magnet sa ibabaw ng bakal na kariton kung saan siya mismo. Ang kariton ay tumaas nang mas mataas at mas mataas sa ibabaw ng Earth, na naaakit sa magnet, hanggang sa umabot ito sa Buwan, sinabi ni Baron Munchausen na umakyat siya sa Buwan kasama ang tangkay ng butil.

Sa kauna-unahang pagkakataon, ang pangarap at adhikain ng maraming tao sa unang pagkakataon ay maaaring mailapit sa katotohanan ng siyentipikong Ruso na si Konstantin Eduardovich Tsiolkovsky (1857-1935), na nagpakita na ang tanging aparato na may kakayahang pagtagumpayan ang gravity ay isang rocket, siya. unang nagpakita ng siyentipikong patunay ng posibilidad ng paggamit ng rocket upang lumipad sa kalawakan , sa kabila ng atmospera ng mundo at sa iba pang mga planeta ng solar system. Tinawag ni Tsoilkovsky ang isang rocket na isang apparatus na may jet engine na gumagamit ng gasolina at oxidizer dito.

Ang isang jet engine ay isang makina na may kakayahang i-convert ang kemikal na enerhiya ng gasolina sa kinetic energy ng isang gas jet, at sa parehong oras ay nakakakuha ng bilis sa kabaligtaran ng direksyon.

Sa anong mga prinsipyo at pisikal na batas nakabatay ang pagkilos ng isang jet engine?

Tulad ng alam mo mula sa kurso ng pisika, ang isang putok mula sa isang baril ay sinamahan ng pag-urong. Ayon sa mga batas ni Newton, ang isang bala at isang baril ay magkakalat sa magkaibang direksyon na may parehong bilis kung sila ay may parehong masa. Ang itinapon na masa ng mga gas ay lumilikha ng isang reaktibong puwersa, dahil sa kung saan ang paggalaw ay maaaring matiyak kapwa sa hangin at sa walang hangin na espasyo, ito ay kung paano nangyayari ang pag-urong. Kung mas malaki ang puwersa ng pag-urong na nararamdaman ng ating balikat, mas malaki ang masa at bilis ng mga umaagos na gas, at, dahil dito, mas malakas ang reaksyon ng baril, mas malaki ang puwersa ng reaktibo. Ang mga phenomena na ito ay ipinaliwanag ng batas ng konserbasyon ng momentum:

• ang vector (geometric) na kabuuan ng mga impulses ng mga katawan na bumubuo sa isang saradong sistema ay nananatiling pare-pareho para sa anumang mga paggalaw at pakikipag-ugnayan ng mga katawan ng system.

Ang maximum na bilis na maaaring bumuo ng isang rocket ay kinakalkula gamit ang Tsiolkovsky formula:

, saan

Ang v max ay ang pinakamataas na bilis ng rocket,

v 0 - paunang bilis,

v r ay ang bilis ng pag-agos ng mga gas mula sa nozzle,

m ay ang unang masa ng gasolina,

Ang M ay ang masa ng walang laman na rocket.

Ang ipinakita na formula ng Tsiolkovsky ay ang pundasyon kung saan nakabatay ang buong pagkalkula ng mga modernong missile. Ang numero ng Tsiolkovsky ay ang ratio ng masa ng gasolina sa masa ng rocket sa pagtatapos ng operasyon ng engine - sa bigat ng isang walang laman na rocket.

Kaya, natuklasan na ang pinakamataas na bilis ng rocket ay nakasalalay sa bilis ng pag-agos ng mga gas mula sa nozzle. At ang bilis ng mga maubos na gas ng nozzle, sa turn, ay depende sa uri ng gasolina at ang temperatura ng gas jet. Kaya kung mas mataas ang temperatura, ang mas bilis. Pagkatapos para sa isang tunay na rocket kailangan mong piliin ang pinaka mataas na calorie na gasolina na nagbibigay ng pinakamalaking halaga ng init. Ang pormula ay nagpapakita na, bukod sa iba pang mga bagay, ang bilis ng isang rocket ay nakasalalay sa paunang at panghuling masa ng rocket, sa kung anong bahagi ng bigat nito ang nahuhulog sa gasolina, at kung anong bahagi - sa walang silbi (sa mga tuntunin ng bilis ng paglipad) na mga istruktura: katawan, mekanismo, atbp. d.

Ang pangunahing konklusyon mula sa formula ng Tsiolkovsky na ito para sa pagtukoy ng bilis ng isang space rocket ay na sa walang hangin na espasyo ang rocket ay bubuo ng mas malaki ang bilis, mas malaki ang bilis ng pag-agos ng mga gas at mas malaki ang bilang ng Tsiolkovsky.

Device ballistic missile.

Isipin natin sa pangkalahatan ang isang modernong ultra-long-range missile.

Ang nasabing rocket ay dapat na multi-level. Ang isang combat charge ay inilalagay sa bahagi ng ulo nito, sa likod nito ay mga control device, tank at isang makina. Ang bigat ng paglunsad ng rocket ay lumampas sa bigat ng kargamento ng 100-200 beses, depende sa gasolina! Kaya, ang isang tunay na rocket ay dapat tumimbang ng ilang daang tonelada, at ang haba ay dapat na hindi bababa sa maabot ang taas ng isang sampung palapag na gusali. Ang isang bilang ng mga kinakailangan ay ipinapataw sa disenyo ng rocket. Kaya, ito ay kinakailangan, halimbawa, na ang thrust force ay dumaan sa gitna ng gravity ng rocket. Ang misayl ay maaaring lumihis mula sa inilaan na kurso o kahit na magsimulang umikot kung ang mga tinukoy na kondisyon ay hindi natutugunan.

Fig.1 Ang panloob na istraktura ng rocket.

Maaari mong ibalik ang tamang kurso sa tulong ng mga timon. Sa rarefied air, gumagana ang mga gas rudder, na nagpapalihis sa direksyon ng gas jet, na iminungkahi ni Tsiolkovsky. Gumagana ang aerodynamic rudder kapag lumilipad ang rocket sa makapal na hangin.

Ang mga modernong ballistic missiles ay higit na pinapagana ng mga likidong propellant na makina. Ang kerosene, alkohol, hydrazine, aniline ay karaniwang ginagamit bilang panggatong, at ang nitric at perchloric acid, likidong oxygen at hydrogen peroxide ay ginagamit bilang mga oxidizer. Ang pinaka-aktibong oxidizer ay fluorine at likidong ozone, ngunit bihira itong ginagamit dahil sa kanilang matinding pagsabog.

Ang makina ay ang pinakamahalagang elemento ng isang rocket. Ang pinakamahalagang elemento ng engine ay ang combustion chamber at nozzle. Sa mga silid ng pagkasunog, dahil sa ang katunayan na ang temperatura ng pagkasunog ng gasolina ay umabot sa 2500-3500 TUNGKOL SA C, partikular na ang mga materyales na lumalaban sa init at mga sopistikadong paraan ng paglamig ay dapat gamitin. Ang ganitong mga temperatura ay hindi makatiis sa mga ordinaryong materyales.

Ang ibang mga unit ay napakakomplikado din. Halimbawa, ang mga bomba na dapat magbigay ng oxidizer at gasolina sa mga combustion chamber injectors, na nasa V-2 rocket, isa sa una, ay may kakayahang magbomba ng 125 kg ng gasolina bawat segundo.

Sa ilang mga kaso, sa halip na mga conventional cylinders, ang mga cylinder na may compressed air o ilang iba pang gas ay ginagamit na maaaring maglipat ng gasolina mula sa mga tangke at itaboy ito sa combustion chamber.

Ang mga gas rudder ay kailangang gawin mula sa graphite o keramika, kaya ang mga ito ay napakarupok at malutong, kaya ang mga modernong designer ay nagsisimulang iwanan ang paggamit ng mga gas rudder, pinapalitan ang mga ito ng ilang karagdagang mga nozzle o pinipihit ang pinakamahalagang nozzle. Sa katunayan, sa simula ng paglipad, na may mataas na density ng hangin, ang bilis ng rocket ay mababa, kaya ang mga timon ay hindi kinokontrol, at kung saan ang rocket ay nakakakuha ng mataas na bilis, ang density ng hangin ay mababa.

Sa rocket ng Amerika, na itinayo ayon sa proyekto ng Avangard, ang makina ay nasuspinde sa mga bisagra, at maaari itong mapalihis ng 5-7 TUNGKOL SA. Ang kapangyarihan ng bawat susunod na yugto at ang oras ng pagkilos nito ay mas mababa, dahil ang bawat yugto ng rocket ay nagpapatakbo sa ganap na magkakaibang mga kondisyon, na tumutukoy sa istraktura nito, at samakatuwid ang disenyo ng rocket mismo ay maaaring maging mas simple.

Ang isang ballistic missile ay inilunsad mula sa isang espesyal na aparato sa paglulunsad. Kadalasan ito ay isang openwork metal mast o kahit na isang tore, malapit sa kung saan ang rocket ay pinagsama-samang piraso na may mga crane. Ang mga seksyon ng naturang tore ay matatagpuan sa tapat ng mga hatch ng inspeksyon na kinakailangan para sa pag-check at pag-debug ng mga kagamitan. Ang toresilya ay umatras kapag ang rocket ay na-refuel.

Ang rocket ay naglulunsad nang patayo at pagkatapos ay nagsimulang tumagilid nang dahan-dahan at sa lalong madaling panahon ay naglalarawan ng halos mahigpit na elliptical na tilapon. Karamihan sa landas ng paglipad ng naturang mga rocket ay nasa taas na higit sa 1000 km sa itaas ng Earth, kung saan halos walang air resistance. Papalapit sa target, ang atmospera ay nagsisimula nang hustong pabagalin ang paggalaw ng rocket, habang ang shell nito ay nagiging napakainit, at kung hindi gagawin ang mga hakbang, ang rocket ay maaaring bumagsak, at ang karga nito ay maaaring sumabog nang maaga.

Ang ipinakita na paglalarawan ng isang intercontinental ballistic missile ay hindi na napapanahon at tumutugma sa antas ng pag-unlad ng agham at teknolohiya noong dekada 60, ngunit, dahil sa limitadong pag-access sa mga modernong materyal na pang-agham, hindi posible na magbigay ng tumpak na paglalarawan ng pagpapatakbo ng isang modernong ultra-long-range na intercontinental ballistic missile. Sa kabila nito, itinampok ng gawain ang mga pangkalahatang katangian na likas sa lahat ng mga rocket. Ang gawain ay maaari ding maging interesado upang makilala ang kasaysayan ng pag-unlad at paggamit ng inilarawan na mga missile.

Deryabin V. M. Mga batas sa konserbasyon sa pisika. – M.: Enlightenment, 1982.

Gelfer Ya. M. Mga batas sa konserbasyon. – M.: Nauka, 1967.

Katawan K. Mundong walang anyo. – M.: Mir, 1976.

Ensiklopedya ng mga bata. - M .: Publishing house ng USSR Academy of Sciences, 1959.

Ang teksto ay isang panayam ni A.L. Chizhevsky kay K.E. Tsiolkovsky. Sinipi mula sa orihinal na publikasyon sa journal na "Chemistry and Life" (No. 1, 1977).

Ako ang purest materialist. Wala akong kinikilala kundi bagay.

K.E. Tsiolkovsky

Ang sangkatauhan ay walang kamatayan.

K.E. Tsiolkovsky

... Minsan, pagpasok ko sa silid, natagpuan ko si K.E. Tsiolkovsky sa malalim na pag-iisip. Nakasuot siya ng light-colored na blouse, na hindi nakabutton ang kwelyo, at nakaupo sa kanyang upuan, malalim na pinapasok ito. Hindi niya agad napansin na umakyat ako ng hagdan at nilapitan siya.

"Nakialam ako," flashed through my head. Ngunit iniabot ni Konstantin Eduardovich ang kanyang kamay sa akin at sinabi:

Umupo, Alexander Leonidovich. Ito ay iniisip kong walang kabuluhan tungkol sa mga bagay na hindi maipaliwanag ...

Nag-hello kami at magkatabi ako sa upuan.

Paano ito - hindi maipaliwanag? Nagtanong ako. - Anong uri ng mga himala? Para sa akin, lahat ng bagay na umiiral sa mundo ay napapailalim sa paliwanag.

Siyempre, mula sa pananaw ng tao. Para dito binigyan siya ng utak, kahit na hindi perpekto, lalo na sa ilang ...

Hindi, Alexander Leonidovich, hindi ito ganap na totoo. Ang utak, totoo, maaaring tumagos sa maraming bagay, ngunit hindi sa lahat, malayo sa lahat ... May mga limitasyon din ito ...

Kaya't alam ito ng mga sinaunang tao, - napansin ko, - napakalaki ng ating kamangmangan, ngunit kakaunti ang ating nalalaman.

Hindi, ito ay isang tanong ng isang ganap na naiibang kategorya. Ang tanong na ito mismo ay hindi maaaring ibigay, dahil ito ang tanong ng lahat ng mga katanungan...

I.e? Hindi kita maintindihan…

Napakasimple. May mga tanong na masasagot natin - kung hindi eksakto, ngunit kasiya-siya para sa ngayon. May mga katanungan na maaari nating pag-usapan, na maaari nating talakayin, pagtalunan, hindi pagsang-ayon, ngunit may mga tanong na hindi natin maaaring itanong sa iba, o maging sa ating sarili, ngunit tiyak na itatanong natin sa ating sarili sa mga sandali ng pinakamalaking pag-unawa sa mundo. Ang mga tanong na ito ay: bakit lahat ng ito? Kung tinanong natin ang ating sarili ng ganitong uri, kung gayon hindi lamang tayo mga hayop, ngunit mga taong may utak kung saan mayroong hindi lamang mga reflexes ni Sechenov at Pavlovian drool, ngunit iba pa, isang bagay na ganap na naiiba mula sa alinman sa mga reflexes o drool ... bagay. , puro sa utak ng tao, sa ilang espesyal na paraan, anuman ang primitive na mekanismo ni Sechenov at Pavlov? Sa madaling salita, hindi ba may mga elemento ng pag-iisip at kamalayan sa bagay sa utak, na binuo sa milyun-milyong taon at walang reflex apparatus, kahit na ang pinaka-kumplikado?.. Oo, sir, Alexander Leonidovich, sa sandaling tanungin mo ang iyong sarili ng isang tanong ng ganitong uri, pagkatapos ay nakatakas ka mula sa tradisyunal na bisyo at pumailanlang sa walang katapusang kataasan: bakit lahat ng ito - bakit mahalaga, halaman, hayop, tao at ang kanyang utak - ay mahalaga din - na nangangailangan ng sagot sa tanong na: bakit lahat ng ito? Bakit umiiral ang mundo, ang Uniberso, ang Cosmos? Para saan? Para saan?

Ang bagay ay iisang umiiral, anuman ang paggalaw o paggalaw nito sa kalawakan. Pinag-uusapan ko ang tungkol sa panlabas na paggalaw, tulad ng paggalaw ng aking kamay gamit ang hearing aid, o ang paggalaw ng Earth sa orbit nito. Ang paggalaw na ito ay hindi tumutukoy sa bagay at maaaring mapabayaan. Ang malalim na kaalaman sa istruktura ng bagay ay hindi pa magagamit sa atin. Ngunit magkakaroon ng isang pagbabago kapag ang sangkatauhan ay lumapit sa "esoteric" na kaalamang ito. Pagkatapos ay lalapit ito sa tanong na: bakit? Ngunit para dito, bilyun-bilyong taon ng edad ng kalawakan ang dapat lumipas ...

Maraming tao ang nag-iisip na abala ako sa rocket at nag-aalala tungkol sa kapalaran nito dahil sa rocket mismo. Ito ang magiging pinakamalalim na pagkakamali. Ang mga rocket para sa akin ay isang paraan lamang, isang paraan lamang ng pagtagos sa kailaliman ng kalawakan, ngunit hindi ito mismo ang katapusan. Ang mga taong hindi pa lumaki sa gayong pag-unawa sa mga bagay ay nag-uusap tungkol sa kung ano ang wala, na gumagawa sa akin ng isang uri ng isang panig na technician, at hindi isang palaisip. Sa kasamaang palad, marami sa mga nagsasalita o nagsusulat tungkol sa isang rocket ship ang nag-iisip. Hindi ako nakikipagtalo na napakahalaga na magkaroon ng mga rocket ship, dahil makakatulong sila sa sangkatauhan na kumalat sa buong mundo. At alang-alang sa resettlement na ito, abala ako. Magkakaroon ng ibang paraan ng paglipat sa kalawakan - tatanggapin ko rin ito ... Ang buong punto ay nasa resettlement mula sa Earth at sa settlement ng Cosmos. Dapat tayong pumunta sa, wika nga, cosmic philosophy! Sa kasamaang palad, hindi ito iniisip ng aming mga pilosopo. At ibang tao, kung hindi mga pilosopo, ang dapat humarap sa isyung ito. Ngunit hindi nila gusto, o hindi naiintindihan ang malaking kahalagahan ng isyu, o natatakot lamang. At posible iyon! Isipin ang isang pilosopo na natatakot! Democritus, na duwag! Hindi maiisip!

Mga sasakyang panghimpapawid, mga rocket, ang pangalawang batas ng thermodynamics - ito ang negosyo ng ating panahon, ngunit sa gabi ay nabubuhay tayo ng ibang buhay, kung itatanong natin sa ating sarili ang sumpain na tanong na ito. Sinasabing ang pagtatanong ng ganyan ay walang kabuluhan, nakakapinsala at hindi makaagham. Sinasabi nila na ito ay kahit na kriminal. Sumasang-ayon ako sa interpretasyong ito... Buweno, kung siya, ang tanong na ito, ay tatanungin pa rin... Ano ang dapat gawin? Umatras, lumubog sa mga unan, magpakalasing sa iyong sarili, bulagin ang iyong sarili? At tinanong ito hindi lamang dito sa silid ni Tsiolkovsky, ngunit ang ilang mga ulo ay puno nito, puspos nito - at sa loob ng higit sa isang siglo, hindi isang milenyo ... Ang tanong na ito ay hindi nangangailangan ng alinman sa mga laboratoryo, o nakatayo, o mga akademya ng Atenas. . Walang sinuman ang nakalutas nito: alinman sa agham, o relihiyon, o pilosopiya. Siya ay nakatayo sa harap ng sangkatauhan - malaki, walang hangganan, tulad ng buong mundo, at sumisigaw: bakit? bakit? Ang iba - pag-unawa - ay tahimik lang.

Oo, oo, sabi ko. - Walang sagot sa tanong na ito. Ngunit marahil ikaw, Konstantin Eduardovich, ay may naisip?

Nagalit si Tsiolkovsky. Dumating sa kanyang mga kamay ang auditory horn.

Makaisip ng? Paano mo itatanong? Hindi, Alexander Leonidovich, hindi mo masasabi iyan. Ang gurong ito, tulad ng lahat ng maliliit sa mundong ito, - at itinuro ni Konstantin Eduardovich ang kanyang dibdib, - walang makakasagot sa tanong na ito ... Walang iba kundi ilang mga hula, marahil maaasahan!

Una sa lahat, upang masagot ang anumang tanong, kailangan mong malinaw na bumalangkas nito, - sabi ko.

Well, kahit ano. Maaari kong bumalangkas ang tanong na ito, nananatiling hindi malinaw: maaari ba ang isang tao totoo at tumpak bumalangkas ito. Hindi ko alam ito, kahit na gusto kong malaman, siyempre. Ang tanong ay bumababa sa parehong bagay: bakit at bakit umiiral ang mundong ito, at, siyempre, lahat tayo, iyon ay, ang kakanyahan ng bagay. Ang tanong na ito ay simple, ngunit kanino natin ito maitatanong? Sa ating sarili? Ngunit ito ay walang saysay! Libu-libong pilosopo, siyentipiko, relihiyosong pigura sa loob ng ilang libong taon, sa isang paraan o iba pa, ay sinubukang lutasin ito, ngunit sa wakas ay kinilala ito bilang hindi malulutas. Ang katotohanang ito ay hindi naging mas madali para sa mga nagtatanong sa kanilang sarili ng tanong na ito. Siya ay nagdurusa pa rin, nagdurusa dahil sa kanyang kamangmangan, ang ilang mga tao ay nagsasabi pa na ang ganitong uri ng tanong ay "hindi makaagham" (unawain ito: hindi makaagham!), dahil walang sinuman kahit na mula sa pinakamatalinong tao ang makakasagot nito. Sila lang, ito pinakamatalinong tao, ay hindi ipinaliwanag kung bakit ito ay hindi makaagham. Naisip ko ito: anumang tanong ay maaaring maging siyentipiko kung ito ay sasagutin nang maaga o huli. Ang "hindi makaagham" ay tumutukoy sa lahat ng mga tanong na hindi pa nasasagot. Ngunit unti-unting nalulutas ng tao ang ilang mga bugtong ng ganitong uri. Halimbawa, sa isang daan o isang libong taon malalaman natin kung paano nakaayos ang atom, kahit na malamang na hindi natin malalaman kung ano ang "kuryente", kung saan ang lahat ng mga atomo, lahat ng bagay, iyon ay, ang buong mundo, kalawakan, at iba pa ay binuo. Pagkatapos ang agham sa loob ng maraming millennia ay lulutasin ang tanong kung ano ang "kuryente". Nangangahulugan ito na gaano man kahirap ang agham na subukan, ang kalikasan sa lahat ng oras ay naglalagay dito ng mga bago at bagong mga gawain na may pinakamalaking kumplikado! Kapag nilutas ang isyu ng atom o kuryente, isang bagong tanong ang lilitaw tungkol sa isang bagay na hindi maintindihan ng isip ng tao ... At iba pa. Ito ay lumalabas na alinman sa isang tao ay hindi lumaki upang malutas ang mga naturang problema, o ang kalikasan ay tuso sa kanya, natatakot sa kanya, kaya't hindi niya alam ang higit sa kung ano ang kinakailangan ng charter. At wala rin kaming alam na kapaki-pakinabang tungkol sa batas na ito. Muli, "madilim sa ulap." Kaya't ang isang bagay ay kumakapit sa isa pa, ngunit sa katotohanan lumalabas na tayo ay nakatayo sa harap ng isang hindi malalampasan na pader ng kawalan ng katiyakan.

Nabasa mo lamang ang simula ng artikulo ni K.E. Tsiolkovsky.

Masayang pagbabasa!

§ 1. Mga tampok ng mga trajectory ng paglipad ng tao
§ 2. Direktang paglipad Earth - Moon - Earth (ang unang bersyon ng lunar expedition)
§ 3. Pagpupulong sa kalawakan at pag-install ng barko (pangalawang bersyon ng lunar expedition)
§ 4. Paghihiwalay at pagtatagpo sa isang lunar orbit (ang ikatlong bersyon ng lunar expedition)
§ 5. Mga ekspedisyon sa ilalim ng programang Apollo
§ 6. Lunar transport space system
§ 7. Lunar cargo ships na may mababang thrust
§ 8. Circumlunar orbital station
§ 9. Mga prospect para sa paggamit ng buwan

Ikaapat na bahagi
INTERPLANETARY FLIGHTS

Kabanata 13 Interplanetary flight na may mataas na thrust
§ 1. Mga pangunahing tampok ng paglipad sa pagitan ng mga planeta
§ 2. Paggalaw sa loob ng sphere of action ng Earth
§ 3. Heliocentric motion sa labas ng sphere of influence ng Earth
§ 4. Hohmann at parabolic flight
§ 5. Paggalaw sa loob ng saklaw ng target na planeta
§ 6. Interplanetary perturbation maniobra
§ 7. Mga artipisyal na satellite ng mga planeta
§ 8. Mga kaguluhan sa mga interplanetary trajectories
§ 9. Pagwawasto ng mga interplanetary trajectories

Kabanata 14 Interplanetary flight na may mababang thrust
§ 1. Trajectory ng pag-abot sa mga planeta
§ 2. Mga paglipad patungo sa mga orbit ng mga artipisyal na satellite ng mga planeta
§ 3. Solar sail
§ 4. Pagbuo ng spacecraft na may mababang thrust engine

G lava 15. Pagsusuri ng interplanetary space
§ 1. Single-pulse orbit ng mga artipisyal na planeta
§ 2. Mga paglipad sa labas ng eroplano ng ecliptic
§ 3. Pag-ikot sa eroplano ng orbit sa tulong ng solar electric propulsion system
§ 4. Dalawang-momentum na orbit ng mga artipisyal na planeta
§ 5. Pagdaraan sa kawalang-hanggan
§ 6. Pagdadala ng isang artipisyal na planeta sa punto ng libration
§ 7. Siyentipikong kahalagahan ng mga artipisyal na planeta

Kabanata 16 Mga flight papuntang Mars
§ 1. Mga trajectory sa kaso ng isang pinasimple na modelo ng mga planetary orbit
§ 2. Impluwensiya ng eccentricity at inclination ng orbit ng Mars
§ 3. Mga kondisyong heograpikal para sa paglulunsad sa Mars
§ 4. Paglapag sa Mars
§ 5. Mga artipisyal na satellite ng Mars
§ 6. Mga paglipad sa mga satellite ng Mars - Phobos at Deimos
§ 7. Flyby ng Mars na may pagbabalik sa Earth
§ 8. Ginalugad ng mga awtomatikong istasyon ang Mars
§ 9. Mga resulta ng paggalugad ng Mars

G lava 17. Mga flight papuntang Venus
§ 1. Pag-abot sa Venus
§ 2. Landing at artipisyal na satellite ng Venus
§ 3. Flyby ng Venus
§ 4. Ginalugad ng mga awtomatikong istasyon ang Venus
§ 5. Mga resulta ng pananaliksik sa Venus

Kabanata 18 Mga flight papuntang Mercury
§ 1. Pag-abot sa Mercury
§ 2. Landing at artipisyal na satellite ng Mercury
§ 3. Paglipad patungong Mercury na may nauugnay na paglipad ng Venus
§ 4. Paglipad na may solar-electric propulsion
§ 5. Mga resulta ng pagsisiyasat ng Mercury

Kabanata 19
§ 1. Mga planeta na hindi katulad ng sa atin
§ 2. Mga direktang flight
§ 3. Mga paglipad sa Jupiter at Saturn sa pamamagitan ng mga terrestrial na planeta
§ 4. Perturbation maneuvers sa spheres of action ng mga planeta ng Jupiter group
§ 5. Sa pamamagitan ng Jupiter - sa Araw at malayo sa eroplano ng ecliptic
§ 6. Artipisyal na satellite ng Jupiter
§ 7. Mga artipisyal na satellite ng iba pang mga planeta ng pangkat ng Jupiter
§ 8. Landings sa mga natural na satellite
§ 9. Pagsusuri sa mga atmospera ng mga planetang Jovian. Landing sa Pluto
§ 10. Mga flight na may mababang thrust
§ 11. Paggalugad ng Jupiter at Saturn
§ 12. Mga resulta ng pananaliksik sa mga sistema ng Jupiter at Saturn

Kabanata 20 Lumilipad sa mga asteroid
§ 1. Flyby ng isang asteroid
§ 2. Pagpupulong sa isang asteroid
§ 3. Pagpasok sa orbit sa paligid ng isang asteroid
§ 4. Landing sa isang asteroid at bumalik sa Earth

Kabanata 21 Lumilipad sa mga kometa
§ 1. Pulse flight
§ 2. Mga flight na may mababang thrust
§ 3. Mga operasyon malapit sa nucleus ng isang kometa

Kabanata 22 Mga ekspedisyon sa pagitan ng planeta
§ 1. Sila ay ipinagpaliban lamang
§ 2. Mga tampok ng interplanetary expeditions
§ 3. Pagbaba sa Earth kapag bumalik mula sa isang ekspedisyon
§ 4. Walang tigil na manned flybys ng mga planeta
§ 5. Mga ekspedisyon na may mga paghinto sa panahon ng direktang simetriko na paglipad
§ 6. Mga ekspedisyon na may mga daanang pabalik na hindi simetriko sa mga daanan ng pagdating
§ 7. Mga operasyon sa circumplanetary orbit, flyby trajectory at surface
§ 8. Mga ekspedisyon sa mga asteroid
§ 9. Paggamit ng mga barko na may mababang thrust
§ 10. Kaunti tungkol sa hinaharap

Ang salitang cosmos ay kasingkahulugan ng salitang uniberso. Kadalasan ang espasyo ay medyo conventionally nahahati sa malapit sa espasyo, na maaaring galugarin sa kasalukuyang panahon sa tulong ng mga artipisyal na Earth satellite, spacecraft, interplanetary station at iba pang paraan, at malayong espasyo - lahat ng iba pa, incommensurably mas malaki. Sa katunayan, ang malapit na espasyo ay tumutukoy sa solar system, at ang malayong espasyo ay tumutukoy sa malawak na kalawakan ng mga bituin at kalawakan.

Ang literal na kahulugan ng salitang "cosmonautics", na kumbinasyon ng dalawa mga salitang Griyego- "paglangoy sa uniberso." Sa karaniwang paggamit, ang salitang ito ay nangangahulugang isang kumbinasyon ng iba't ibang sangay ng agham at teknolohiya na nagsisiguro sa paggalugad at paggalugad ng kalawakan at mga celestial na katawan sa tulong ng spacecraft - mga artipisyal na satellite, mga awtomatikong istasyon para sa iba't ibang layunin, mga manned spacecraft.

Ang Cosmonautics, o, kung minsan ay tinatawag itong, astronautics, ay pinagsasama ang mga paglipad patungo sa kalawakan, isang hanay ng mga sangay ng agham at teknolohiya na nagsisilbing galugarin at gumamit ng kalawakan sa interes ng mga pangangailangan ng sangkatauhan gamit ang iba't ibang paraan ng kalawakan. Ang Oktubre 4, 1957 ay itinuturing na simula ng panahon ng kalawakan ng sangkatauhan - ang petsa kung kailan inilunsad ang unang artipisyal na Earth satellite sa Unyong Sobyet.

Ang teorya ng paglipad sa kalawakan, na isang lumang pangarap ng sangkatauhan, ay naging isang agham bilang isang resulta ng mga pangunahing gawa ng mahusay na siyentipikong Ruso na si Konstantin Eduardovich Tsiolkovsky. Pinag-aralan niya ang mga pangunahing prinsipyo ng rocket ballistics, nagmungkahi ng isang scheme para sa isang liquid-propellant rocket engine, at nagtatag ng mga pattern na tumutukoy sa reaktibong kapangyarihan ng isang makina. Gayundin, iminungkahi ang mga iskema ng mga sasakyang pangkalawakan at ibinigay ang mga prinsipyo ng pagdidisenyo ng mga rocket na ngayon ay malawakang ginagamit sa pagsasanay. Sa loob ng mahabang panahon, hanggang sa sandaling ang mga ideya, pormula at mga guhit ng mga mahilig at siyentipiko ay nagsimulang maging mga bagay na ginawa "sa metal" sa mga bureaus ng disenyo at sa mga tindahan ng mga pabrika, teoretikal na pundasyon Ang mga astronautika ay nakasalalay sa tatlong haligi: 1) ang teorya ng paggalaw ng spacecraft; 2) teknolohiya ng rocket; 3) ang kabuuan ng astronomical na kaalaman tungkol sa Uniberso. Kasunod nito, isang malawak na hanay ng mga bagong pang-agham at teknikal na disiplina ang isinilang sa kailaliman ng mga astronautika, tulad ng teorya ng mga sistema ng kontrol para sa mga bagay sa kalawakan, pag-navigate sa kalawakan, teorya ng komunikasyon sa kalawakan at mga sistema ng paghahatid ng impormasyon, biology sa kalawakan at gamot, atbp. Ngayon, kapag mahirap para sa atin na isipin ang mga astronautika nang walang mga disiplinang ito, kapaki-pakinabang na tandaan na teoretikal na batayan Ang mga cosmonautics ay itinatag ni K. E. Tsiolkovsky sa panahon na ang mga unang eksperimento lamang ang ginagawa sa paggamit ng mga radio wave at ang radyo ay hindi maituturing na isang paraan ng komunikasyon sa kalawakan.

Sa loob ng maraming taon, ang pagbibigay ng senyas sa tulong ng mga sinag ng sikat ng araw na sinasalamin patungo sa Earth sa pamamagitan ng mga salamin na nakasakay sa isang interplanetary ship ay seryosong itinuturing bilang isang paraan ng komunikasyon. Ngayon, kapag nakasanayan na nating hindi mabigla sa alinman sa live na coverage ng telebisyon mula sa ibabaw ng Buwan, o mga litrato sa radyo na kuha malapit sa Jupiter o sa ibabaw ng Venus, mahirap itong paniwalaan. Samakatuwid, maaari itong maitalo na ang teorya ng mga komunikasyon sa espasyo, sa kabila ng lahat ng kahalagahan nito, ay hindi pa rin ang pangunahing link sa kadena ng mga disiplina sa kalawakan. Ang teorya ng paggalaw ng mga bagay sa kalawakan ay nagsisilbing isang pangunahing link. Maaari itong ituring na teorya ng mga paglipad sa kalawakan. Ang mga espesyalista na kasangkot sa agham na ito mismo ay tumatawag dito nang iba: inilapat na celestial mechanics, celestial ballistics, space ballistics, cosmodynamics, space flight mechanics, ang teorya ng paggalaw ng mga artipisyal na celestial na katawan. Ang lahat ng mga pangalang ito ay may parehong kahulugan, eksaktong ipinahayag ng huling termino. Ang cosmodynamics, samakatuwid, ay bahagi ng celestial mechanics - isang agham na nag-aaral sa paggalaw ng anumang celestial na katawan, parehong natural (mga bituin, Araw, mga planeta, kanilang mga satellite, kometa, meteoroid, cosmic dust) at artipisyal (awtomatikong spacecraft at manned ships) . Ngunit mayroong isang bagay na nagpapaiba sa cosmodynamics mula sa celestial mechanics. Ipinanganak sa dibdib ng celestial mechanics, ginagamit ng cosmodynamics ang mga pamamaraan nito, ngunit hindi umaangkop sa tradisyonal na balangkas nito.

Ang mahalagang pagkakaiba sa pagitan ng inilapat na celestial mechanics at classical na mechanics ay ang huli ay hindi at hindi maaaring makisali sa pagpili ng mga orbit ng celestial body, habang ang una ay nakikibahagi sa pagpili mula sa isang malaking bilang ng mga posibleng trajectory upang makamit ang isa o isa pa. celestial body isang tinukoy na trajectory na isinasaalang-alang ang marami, madalas na magkasalungat na mga kinakailangan. Ang pangunahing kinakailangan ay ang pinakamababang bilis kung saan bumibilis ang spacecraft sa paunang aktibong yugto ng paglipad at, nang naaayon, ang pinakamababang masa ng sasakyang paglulunsad o itaas na yugto ng orbital (kapag nagsisimula sa malapit na orbit ng Earth). Tinitiyak nito ang pinakamataas na kargamento at samakatuwid ay ang pinakamalaking pang-agham na kahusayan ng paglipad. Isinasaalang-alang din ang mga kinakailangan para sa kadalian ng kontrol, mga kondisyon ng komunikasyon sa radyo (halimbawa, sa oras na ang istasyon ay pumasok sa planeta sa panahon ng paglipad nito), mga kondisyon siyentipikong pananaliksik(paglapag sa araw o gabi na bahagi ng planeta), atbp. Ang Cosmodynamics ay nagbibigay sa mga taga-disenyo ng pagpapatakbo ng espasyo ng mga pamamaraan para sa pinakamainam na paglipat mula sa isang orbit patungo sa isa pa, mga pamamaraan para sa pagwawasto sa tilapon. Sa kanyang larangan ng pangitain ay isang orbital maneuvering na hindi alam ng mga klasikal na celestial mechanics. Ang Cosmodynamics ay ang pundasyon ng pangkalahatang teorya ng paglipad sa kalawakan (tulad ng aerodynamics ang pundasyon ng teorya ng paglipad sa kapaligiran ng mga eroplano, helicopter, airship at iba pang sasakyang panghimpapawid). Ibinabahagi ng Cosmodynamics ang papel na ito sa rocket dynamics - ang agham ng rocket motion. Ang parehong mga agham, malapit na magkakaugnay, ay sumasailalim sa teknolohiya sa kalawakan. Parehong mga seksyon teoretikal na mekanika, na mismo ay isang hiwalay na sangay ng pisika. Bilang isang eksaktong agham, ang cosmodynamics ay gumagamit ng mga pamamaraan ng pananaliksik sa matematika at nangangailangan ng isang lohikal na magkakaugnay na sistema ng presentasyon. Ito ay hindi para sa wala na ang mga pundasyon ng celestial mechanics ay binuo pagkatapos ng mahusay na pagtuklas ng Copernicus, Galileo at Kepler sa pamamagitan ng tiyak na mga siyentipiko na gumawa ng pinakamalaking kontribusyon sa pag-unlad ng matematika at mekanika. Ito ay sina Newton, Euler, Clairaut, D'Alembert, Lagrange, Laplace. At sa kasalukuyan, ang matematika ay tumutulong upang malutas ang mga problema ng celestial ballistics at, sa turn, ay tumatanggap ng isang impetus sa pag-unlad nito salamat sa mga gawain na itinakda ng cosmodynamics bago ito.

Ang klasikal na celestial mechanics ay puro teoretikal na agham. Ang kanyang mga konklusyon ay natagpuan ang walang pagbabago na kumpirmasyon sa data ng mga obserbasyon sa astronomiya. Ang cosmodynamics ay nagdala ng eksperimento sa celestial mechanics, at ang celestial mechanics sa unang pagkakataon ay naging isang experimental science, katulad sa bagay na ito, halimbawa, sa isang sangay ng mechanics bilang aerodynamics. Ang di-sinasadyang pasibo na katangian ng klasikal na celestial na mechanics ay pinalitan ng aktibo, nakakasakit na diwa ng celestial ballistics. Ang bawat bagong tagumpay ng astronautics ay, sa parehong oras, katibayan ng kahusayan at katumpakan ng mga pamamaraan ng cosmodynamics. Ang cosmodynamics ay nahahati sa dalawang bahagi: ang teorya ng paggalaw ng sentro ng masa ng isang spacecraft (ang teorya ng mga trajectory sa kalawakan) at ang teorya ng paggalaw ng isang spacecraft na may kaugnayan sa sentro ng masa (ang teorya ng "rotational motion").

mga rocket engine

Ang pangunahing at halos ang tanging paraan ng transportasyon sa espasyo ng mundo ay isang rocket, na unang iminungkahi para sa layuning ito noong 1903 ni K. E. Tsiolkovsky. Ang mga batas ng rocket propulsion ay isa sa mga pundasyon ng teorya ng paglipad sa kalawakan.

Ang Astronautics ay may malaking arsenal ng mga rocket propulsion system batay sa paggamit ng iba't ibang uri ng enerhiya. Ngunit sa lahat ng mga kaso, ang rocket engine ay gumaganap ng parehong gawain: sa isang paraan o iba pa ay naglalabas ito mula sa rocket ng isang tiyak na masa, ang supply nito (ang tinatawag na working fluid) ay nasa loob ng rocket. Ang isang tiyak na puwersa ay kumikilos sa ejected mass mula sa gilid ng rocket, at ayon sa ikatlong batas ng mekanika ni Newton - ang batas ng pagkakapantay-pantay ng aksyon at reaksyon - ang parehong puwersa, ngunit salungat na direksyon, ay kumikilos sa rocket mula sa gilid ng pinalabas na masa. Ang huling puwersang ito na nagtutulak sa rocket ay tinatawag na thrust. Ito ay intuitively malinaw na ang thrust force ay dapat na mas malaki, mas malaki ang mass sa bawat yunit ng oras ay ejected mula sa rocket at mas malaki ang bilis na maaaring imparted sa ejected masa.

Ang pinakasimpleng scheme ng rocket device:

Sa yugtong ito sa pag-unlad ng agham at teknolohiya, mayroong mga rocket engine batay sa iba't ibang mga prinsipyo ng operasyon.

Thermochemical rocket engine.

Ang prinsipyo ng pagpapatakbo ng mga thermochemical (o simpleng kemikal) na mga makina ay hindi kumplikado: bilang isang resulta ng isang kemikal na reaksyon (bilang isang panuntunan, isang reaksyon ng pagkasunog), isang malaking halaga ng init ang pinakawalan at ang mga produkto ng reaksyon ay pinainit sa isang mataas na temperatura, mabilis na lumalawak, ay pinalabas mula sa rocket sa isang mataas na bilis. Ang mga kemikal na makina ay nabibilang sa isang mas malawak na klase ng mga thermal (heat exchange) na mga makina, kung saan ang pag-expire ng gumaganang likido ay isinasagawa bilang resulta ng pagpapalawak nito sa pamamagitan ng pag-init. Para sa mga naturang makina, ang bilis ng tambutso ay higit sa lahat ay nakasalalay sa temperatura ng lumalawak na mga gas at sa kanilang average na molekular na timbang: mas mataas ang temperatura at mas mababa ang molekular na timbang, mas malaki ang bilis ng tambutso. Ang mga liquid propellant rocket engine, solid propellant rocket engine, air-jet engine ay gumagana sa prinsipyong ito.

Nuclear thermal engine.

Ang prinsipyo ng pagpapatakbo ng mga makinang ito ay halos kapareho ng prinsipyo ng pagpapatakbo ng mga makinang kemikal. Ang pagkakaiba ay nakasalalay sa katotohanan na ang gumaganang likido ay pinainit hindi dahil sa sarili nitong kemikal na enerhiya, ngunit dahil sa "dayuhang" init na inilabas sa panahon ng intranuclear reaction. Ayon sa prinsipyong ito, ang mga pulsating nuclear heat engine, nuclear heat engine batay sa thermonuclear fusion, sa radioactive decay ng isotopes, ay dinisenyo. Gayunpaman, ang panganib ng radioactive contamination ng atmospera at ang pagtatapos ng isang kasunduan sa pagtigil ng mga nuclear test sa atmospera, sa kalawakan at sa ilalim ng tubig, ay humantong sa pagtigil ng pagpopondo para sa mga proyektong ito.

Mga makinang pampainit na may panlabas na pinagmulan enerhiya.

Ang prinsipyo ng kanilang operasyon ay batay sa pagkuha ng enerhiya mula sa labas. Ayon sa prinsipyong ito, ang isang solar thermal engine ay dinisenyo, ang pinagmumulan ng enerhiya kung saan ay ang Araw. Ang mga sinag ng araw na puro sa tulong ng mga salamin ay ginagamit upang direktang init ang gumaganang likido.

Mga electric rocket engine.

Ang malawak na klase ng mga makina na ito ay pinagsasama-sama ang iba't ibang uri ng mga makina na kasalukuyang ginagawa nang napakatindi. Ang pagpapabilis ng gumaganang likido sa isang tiyak na bilis ng pag-expire ay isinasagawa sa pamamagitan ng elektrikal na enerhiya. Ang enerhiya ay nakukuha mula sa isang nuclear o solar power plant na matatagpuan sa isang spacecraft (sa prinsipyo, kahit na mula sa isang kemikal na baterya). Ang mga scheme ng binuo electric motors ay lubhang magkakaibang. Ito ay mga electrothermal engine, electrostatic (ion) engine, electromagnetic (plasma) engine, electric engine na may paggamit ng gumaganang likido mula sa itaas na kapaligiran.

mga rocket sa kalawakan

Ang isang modernong space rocket ay isang kumplikadong istraktura, na binubuo ng daan-daang libo at milyon-milyong mga bahagi, na ang bawat isa ay gumaganap ng nilalayon nitong papel. Ngunit mula sa punto ng view ng mga mekanika ng pagpabilis ng rocket sa kinakailangang bilis, ang buong paunang masa ng rocket ay maaaring nahahati sa dalawang bahagi: 1) ang masa ng gumaganang likido at 2) ang huling masa na natitira pagkatapos ng pagbuga ng ang gumaganang likido. Ang huli na ito ay madalas na tinutukoy bilang "tuyo" na masa, dahil ang gumaganang likido sa karamihan ng mga kaso ay isang likidong gasolina. Ang "tuyo" na masa (o, kung gusto mo, ang masa ng isang "walang laman" na rocket, na walang gumaganang likido) ay binubuo ng masa ng istraktura at ang masa ng kargamento. Sa pamamagitan ng disenyo, dapat maunawaan ng isa hindi lamang ang sumusuportang istraktura ng rocket, ang shell nito, atbp., kundi pati na rin ang propulsion system kasama ang lahat ng mga yunit nito, ang control system, kabilang ang mga kontrol, nabigasyon at kagamitan sa komunikasyon, atbp. - sa isang salita, lahat ng bagay kung ano ang nagsisiguro sa normal na paglipad ng rocket. Ang payload ay binubuo ng mga siyentipikong kagamitan, isang radiotelemetry system, ang katawan ng spacecraft na inilulunsad sa orbit, ang crew at life support system ng spacecraft, atbp. Ang kargamento ay isang bagay na kung wala ang rocket ay makakagawa ng isang normal na paglipad.

Ang acceleration ng rocket ay pinapaboran ng katotohanan na habang ang gumaganang fluid ay naubusan, ang masa ng rocket ay bumababa, dahil sa kung saan, na may parehong thrust, ang jet acceleration ay patuloy na tumataas. Ngunit, sa kasamaang-palad, ang rocket ay hindi binubuo lamang ng isang gumaganang likido. Habang nauubos ang gumaganang likido, ang mga walang laman na tangke, mga labis na bahagi ng shell, atbp., ay nagsisimulang pasanin ang rocket ng patay na timbang, na nagpapahirap sa pagpapabilis. Maipapayo sa ilang mga punto na paghiwalayin ang mga bahaging ito mula sa rocket. Ang isang rocket na binuo sa ganitong paraan ay tinatawag na isang composite rocket. Kadalasan, ang isang composite rocket ay binubuo ng mga independiyenteng yugto ng rocket (dahil dito, ang iba't ibang mga rocket system ay maaaring gawin mula sa mga indibidwal na yugto) na konektado sa serye. Ngunit posible ring ikonekta ang mga hakbang nang magkatulad, magkatabi. Sa wakas, may mga proyekto ng composite rockets kung saan ang huling yugto ay pumapasok sa nauna, na nakapaloob sa loob ng nauna, atbp.; sa parehong oras, ang mga yugto ay may isang karaniwang makina at hindi na independiyenteng mga rocket. Ang isang makabuluhang disbentaha ng huling pamamaraan ay na pagkatapos ng paghihiwalay ng ginugol na yugto, ang jet acceleration ay tumataas nang husto, dahil ang makina ay nananatiling pareho, ang thrust samakatuwid ay hindi nagbabago, at ang pinabilis na masa ng rocket ay bumababa nang husto. Pinapalubha nito ang katumpakan ng paggabay ng misayl at nagpapataw ng mas mataas na mga kinakailangan sa lakas ng istraktura. Kapag ang mga yugto ay konektado sa serye, ang bagong lumipat sa entablado ay may mas kaunting thrust at ang acceleration ay hindi nagbabago nang biglaan. Habang tumatakbo ang unang yugto, maaari nating isaalang-alang ang natitirang mga yugto kasama ang tunay na kargamento bilang payload ng unang yugto. Matapos ang paghihiwalay ng unang yugto, ang pangalawang yugto ay nagsisimulang gumana, na, kasama ang mga kasunod na yugto at ang tunay na kargamento, ay bumubuo ng isang independiyenteng rocket ("ang unang sub-rocket"). Para sa ikalawang yugto, lahat ng kasunod na yugto, kasama ang tunay na kargamento, ay gumaganap ng papel ng kanilang sariling kargamento, atbp. Ang bawat sub-rocket ay nagdaragdag ng sarili nitong perpektong bilis sa magagamit na bilis, at bilang resulta, ang panghuling perpektong bilis ng ang multi-stage rocket ay ang kabuuan ng perpektong bilis ng mga indibidwal na sub-rocket.

Ang rocket ay napaka "mahal" sasakyan. Ang mga spacecraft launcher ay "transport" pangunahin ang gasolina na kailangan upang patakbuhin ang kanilang mga makina at ang kanilang sariling disenyo, na pangunahing binubuo ng mga lalagyan ng gasolina at isang sistema ng pagpapaandar. Ang kargamento ay bumubuo lamang ng isang maliit na bahagi (1.5-2.0%) ng masa ng paglulunsad ng rocket.

Ang isang composite rocket ay nagbibigay-daan sa mas makatwirang paggamit ng mga mapagkukunan dahil sa ang katunayan na sa paglipad ang yugto na naubos ang gasolina nito ay pinaghihiwalay, at ang natitirang bahagi ng rocket fuel ay hindi ginugol sa pagpapabilis ng istraktura ng ginugol na yugto, na naging hindi na kailangan para sa pagpapatuloy ng byahe.

Mga pagpipilian sa rocket. Mula kaliwa hanggang kanan:

1. Isang yugto ng rocket.
2. Dalawang yugto na rocket na may transverse separation.
3. Dalawang yugto ng misayl na may paayon na paghihiwalay.
4. Rocket na may mga panlabas na tangke ng gasolina, nababakas pagkatapos maubos ang gasolina sa mga ito.

Sa istruktura, ang mga multi-stage na rocket ay ginawa gamit ang transverse o longitudinal na paghihiwalay ng mga yugto.

Sa pamamagitan ng isang nakahalang paghihiwalay, ang mga yugto ay inilalagay sa itaas ng isa at gumagana nang sunud-sunod sa isa't isa, na i-on lamang pagkatapos ng paghihiwalay ng nakaraang yugto. Ang ganitong pamamaraan ay ginagawang posible na lumikha ng mga sistema, sa prinsipyo, na may anumang bilang ng mga hakbang. Ang kawalan nito ay nakasalalay sa katotohanan na ang mga mapagkukunan ng kasunod na mga yugto ay hindi magagamit sa gawain ng nauna, bilang isang passive na pasanin para dito.

Sa paayon na paghihiwalay, ang unang yugto ay binubuo ng ilang magkatulad na mga rocket (sa pagsasagawa, mula dalawa hanggang walo), na matatagpuan simetriko sa paligid ng katawan ng ikalawang yugto, upang ang resulta ng mga puwersa ng thrust ng unang yugto ng mga makina ay nakadirekta sa axis. ng simetrya ng pangalawa, at gumagana nang sabay-sabay. Ang ganitong pamamaraan ay nagpapahintulot sa makina ng pangalawang yugto na gumana nang sabay-sabay sa mga makina ng una, kaya pinapataas ang kabuuang thrust, na kung saan ay kinakailangan lalo na sa panahon ng pagpapatakbo ng unang yugto, kapag ang masa ng rocket ay maximum. Ngunit ang isang rocket na may longitudinal na paghihiwalay ng mga yugto ay maaari lamang maging dalawang yugto.

Mayroon ding pinagsamang scheme ng paghihiwalay - longitudinal-transverse, na nagpapahintulot sa iyo na pagsamahin ang mga pakinabang ng parehong mga scheme, kung saan ang unang yugto ay hinati nang pahaba mula sa pangalawa, at ang paghihiwalay ng lahat ng kasunod na mga yugto ay nangyayari nang transversely. Ang isang halimbawa ng naturang diskarte ay ang domestic launch vehicle na Soyuz.

Ang natatanging pamamaraan ng isang dalawang yugto na rocket na may paayon na paghihiwalay ay mayroon sasakyang pangkalawakan Ang Space Shuttle, ang unang yugto kung saan ay binubuo ng dalawang panig na solid-propellant boosters, sa ikalawang yugto, ang bahagi ng gasolina ay nakapaloob sa mga tangke ng orbiter (talagang magagamit muli ng spacecraft), at karamihan sa mga ito ay nasa isang nababakas na panlabas na gasolina. tangke. Una, ang propulsion system ng orbiter ay kumonsumo ng gasolina mula sa panlabas na tangke, at kapag ito ay naubos, ang panlabas na tangke ay itatapon at ang mga makina ay patuloy na umaandar sa gasolina na nasa mga tangke ng orbiter. Ang ganitong pamamaraan ay ginagawang posible na gumawa ng maximum na paggamit ng propulsion system ng orbiter, na nagpapatakbo sa buong paglulunsad ng spacecraft sa orbit.

Sa pamamagitan ng isang nakahalang paghihiwalay, ang mga hakbang ay magkakaugnay sa pamamagitan ng mga espesyal na seksyon - mga adaptor - mga istruktura ng tindig ng isang cylindrical o conical na hugis (depende sa ratio ng mga diameter ng mga hakbang), ang bawat isa ay dapat makatiis sa kabuuang bigat ng lahat ng kasunod na mga hakbang, pinarami sa pamamagitan ng maximum na halaga ng labis na karga na naranasan ng rocket sa lahat ng mga seksyon, kung saan ang adaptor na ito ay bahagi ng rocket. Sa paayon na paghihiwalay, ang mga power band (harap at likuran) ay nilikha sa katawan ng pangalawang yugto, kung saan ang mga bloke ng unang yugto ay nakakabit.

Ang mga elemento na nag-uugnay sa mga bahagi ng isang composite rocket ay nagbibigay dito ng katigasan ng isang one-piece na katawan, at kapag ang mga yugto ay pinaghiwalay, dapat nilang agad na ilabas ang itaas na yugto. Karaniwan ang mga hakbang ay konektado gamit ang pyrobolts. Ang isang pyrobolt ay isang pangkabit na bolt, sa baras kung saan ang isang lukab ay nilikha malapit sa ulo, na puno ng isang mataas na paputok na may isang electric detonator. Kapag ang isang kasalukuyang pulso ay inilapat sa electric detonator, ang isang pagsabog ay nangyayari, na sinisira ang bolt shaft, bilang isang resulta kung saan ang ulo nito ay lumalabas. Ang dami ng mga pampasabog sa pyrobolt ay maingat na dosed upang, sa isang banda, ito ay garantisadong mapunit ang ulo, at, sa kabilang banda, hindi makapinsala sa rocket. Kapag ang mga yugto ay pinaghiwalay, ang mga electric detonator ng lahat ng pyrobolts na nagkokonekta sa mga hiwalay na bahagi ay sabay-sabay na ibinibigay sa isang kasalukuyang pulso, at ang koneksyon ay inilabas.

Susunod, ang mga hakbang ay dapat na diborsiyado sa isang ligtas na distansya mula sa bawat isa. (Ang pagsisimula ng makina sa itaas na yugto malapit sa ibaba ay maaaring masunog ang tangke ng gasolina nito at sumabog ang natitirang gasolina, na makakasira sa itaas na yugto o madidistable ang paglipad nito.) Sa walang laman, minsan ginagamit ang mga auxiliary na maliliit na solidong rocket na motor.

Sa mga liquid-propellant na rocket, ang parehong mga makina ay nagsisilbi ring "pag-uulan" ng gasolina sa mga tangke sa itaas na yugto: kapag ang mas mababang yugto ng makina ay pinatay, ang rocket ay lumilipad sa pamamagitan ng pagkawalang-kilos, sa isang estado ng libreng pagkahulog, habang ang likidong gasolina ay nasa ang mga tangke ay nasa suspensyon, na maaaring humantong sa pagkabigo kapag sinimulan ang makina. Ang mga pandiwang pantulong na makina ay nagbibigay ng isang bahagyang pagbilis sa mga yugto, sa ilalim ng impluwensya kung saan ang gasolina ay "naninirahan" sa ilalim ng mga tangke.

Ang pagtaas ng bilang ng mga yugto ay nagbibigay lamang ng positibong epekto hanggang sa isang tiyak na limitasyon. Ang mas maraming mga yugto, mas malaki ang kabuuang masa ng mga adaptor, pati na rin ang mga makina na tumatakbo sa isang bahagi lamang ng paglipad, at, sa ilang mga punto, ang isang karagdagang pagtaas sa bilang ng mga yugto ay nagiging hindi produktibo. Sa modernong kasanayan sa agham ng rocket, higit sa apat na hakbang, bilang panuntunan, ay hindi ginagawa.

Mahalaga rin ang mga isyu sa pagiging maaasahan kapag pumipili ng bilang ng mga hakbang. Ang mga pyrobolts at auxiliary solid propellant rocket engine ay mga disposable na elemento, ang operasyon nito ay hindi masusuri bago ang paglulunsad ng rocket. Samantala, ang pagkabigo ng isang pyrobolt lamang ay maaaring humantong sa isang emergency na pagwawakas ng rocket flight. Ang pagtaas sa bilang ng mga disposable na elemento na hindi napapailalim sa functional verification ay binabawasan ang pagiging maaasahan ng buong rocket sa kabuuan. Pinipilit din nito ang mga designer na umiwas din isang malaking bilang hakbang.

bilis ng espasyo

Napakahalagang tandaan na ang bilis na binuo ng rocket (at kasama nito ang buong spacecraft) sa aktibong seksyon ng landas, ibig sabihin, sa medyo maikling seksyon na iyon habang tumatakbo ang rocket engine, ay dapat makamit nang napakataas. .

Ilagay natin ang ating rocket sa libreng espasyo at i-on ang makina nito. Ang makina ay lumikha ng thrust, ang rocket ay nakatanggap ng ilang acceleration at nagsimulang kunin ang bilis, gumagalaw sa isang tuwid na linya (kung ang thrust force ay hindi nagbabago sa direksyon nito). Anong bilis ang makukuha ng rocket sa sandaling bumaba ang masa nito mula sa unang m 0 hanggang sa huling halaga m k ? Kung ipagpalagay natin na ang bilis ng pag-agos w ng sangkap mula sa rocket ay hindi nagbabago (ito ay sinusunod nang tumpak sa mga modernong rocket), kung gayon ang rocket ay bubuo ng isang bilis v, na ipinahayag bilang Ang formula ni Tsiolkovsky, na tumutukoy sa bilis na nabuo ng sasakyang panghimpapawid sa ilalim ng impluwensya ng thrust ng rocket engine, na hindi nagbabago sa direksyon, sa kawalan ng lahat ng iba pang pwersa:

kung saan ang ln ay nagsasaad ng natural at ang log ay ang decimal logarithm

Ang bilis na kinakalkula ng Tsiolkovsky formula ay nagpapakilala sa mga mapagkukunan ng enerhiya ng rocket. Ito ay tinatawag na ideal. Nakikita namin na ang perpektong bilis ay hindi nakasalalay sa pangalawang pagkonsumo ng masa ng nagtatrabaho na katawan, ngunit nakasalalay lamang sa bilis ng pag-agos w at sa numerong z = m 0 / m k, na tinatawag na mass ratio o numero ng Tsiolkovsky.

Mayroong konsepto ng tinatawag na cosmic velocities: ang una, pangalawa at pangatlo. Ang unang cosmic speed ay ang bilis kung saan ang isang katawan (spacecraft) na inilunsad mula sa Earth ay maaaring maging satellite nito. Kung hindi natin isasaalang-alang ang impluwensya ng atmospera, pagkatapos ay kaagad sa ibabaw ng antas ng dagat ang unang cosmic velocity ay 7.9 km / s at bumababa sa pagtaas ng distansya mula sa Earth. Sa taas na 200 km mula sa Earth, ito ay katumbas ng 7.78 km/s. Sa pagsasagawa, ang unang cosmic velocity ay ipinapalagay na 8 km/s.

Upang madaig ang gravity ng Earth at maging, halimbawa, isang satellite ng Araw o maabot ang ibang planeta sa solar system, ang isang katawan (spacecraft) na inilunsad mula sa Earth ay dapat umabot sa pangalawang cosmic velocity, na ipinapalagay na pantay. hanggang 11.2 km / s.

Ang katawan (spacecraft) ay dapat magkaroon ng pangatlong cosmic velocity malapit sa ibabaw ng Earth sa kaso kapag kinakailangan na madaig nito ang atraksyon ng Earth at ng Araw at umalis sa solar system. Ang ikatlong bilis ng pagtakas ay ipinapalagay na 16.7 km/s.

Ang mga cosmic velocities ay napakalaki sa kanilang kahalagahan. Ang mga ito ay ilang sampu-sampung beses na mas mabilis kaysa sa bilis ng tunog sa hangin. Mula lamang dito ay malinaw kung anong mga kumplikadong gawain ang kinakaharap sa larangan ng astronautics.

Bakit bilis ng espasyo napakalaki at bakit hindi nahuhulog sa Earth ang spacecraft? Kakaiba talaga: ang araw malalaking pwersa pinapanatili ng gravity ang Earth at lahat ng iba pang planeta ng solar system malapit dito, hindi pinapayagan silang lumipad palayo sa kalawakan. Mukhang kakaiba na ang Earth sa paligid mismo ay may hawak ng Buwan. Ang mga puwersa ng gravitational ay kumikilos sa pagitan ng lahat ng mga katawan, ngunit ang mga planeta ay hindi nahuhulog sa Araw dahil sila ay gumagalaw, ito ang sikreto.

Ang lahat ay nahuhulog sa Earth: mga patak ng ulan, mga snowflake, isang bato na nahuhulog mula sa isang bundok, at isang tasa na nabaligtad mula sa mesa. At si Luna? Umiikot ito sa mundo. Kung hindi dahil sa mga puwersa ng grabidad, lipad ito nang tangential patungo sa orbit, at kung bigla itong huminto, mahuhulog ito sa Earth. Ang buwan, dahil sa atraksyon ng Earth, ay lumilihis mula sa isang rectilinear path, sa lahat ng oras, parang, "bumabagsak" sa Earth.

Ang paggalaw ng Buwan ay nangyayari sa isang tiyak na arko, at hangga't kumikilos ang gravity, ang Buwan ay hindi mahuhulog sa Earth. Ito ay pareho sa Earth - kung ito ay tumigil, ito ay mahuhulog sa Araw, ngunit hindi ito mangyayari sa parehong dahilan. Dalawang uri ng paggalaw - isa sa ilalim ng impluwensya ng gravity, ang isa dahil sa pagkawalang-kilos - ay idinagdag at bilang isang resulta ay nagbibigay ng isang curvilinear motion.

Ang batas ng unibersal na grabitasyon, na nagpapanatili sa uniberso sa balanse, ay natuklasan ng Ingles na siyentipiko na si Isaac Newton. Nang ilathala niya ang kanyang natuklasan, sinabi ng mga tao na siya ay baliw. Tinutukoy ng batas ng grabitasyon hindi lamang ang paggalaw ng Buwan, ang Earth, kundi pati na rin ang lahat ng mga celestial na katawan sa solar system, pati na rin ang mga artipisyal na satellite, mga istasyon ng orbital, interplanetary spacecraft.

Mga batas ni Kepler

Bago isaalang-alang ang mga orbit ng spacecraft, isaalang-alang ang mga batas ni Kepler na naglalarawan sa kanila.

Si Johannes Kepler ay may pakiramdam ng kagandahan. Sa lahat ng kanyang pang-adultong buhay sinubukan niyang patunayan na ang solar system ay isang uri ng mystical work of art. Noong una, sinubukan niyang ikonekta ang device nito sa limang regular na polyhedra ng classical ancient Greek geometry. (Ang isang regular na polyhedron ay isang three-dimensional na pigura, na ang lahat ng mga mukha ay regular na mga polygon na pantay-pantay sa isa't isa.) Sa panahon ng Kepler, anim na planeta ang kilala, na dapat ay ilagay sa umiikot na "mga kristal na globo". Nagtalo si Kepler na ang mga sphere na ito ay nakaayos sa paraang ang regular na polyhedra ay akma sa pagitan ng mga katabing globo. Sa pagitan ng dalawang panlabas na globo - Saturn at Jupiter - inilagay niya ang isang kubo na nakasulat sa panlabas na globo, kung saan, sa turn, ang panloob na globo ay nakasulat; sa pagitan ng mga spheres ng Jupiter at Mars - isang tetrahedron (isang regular na tetrahedron), atbp. Anim na spheres ng mga planeta, limang regular na polyhedra na nakasulat sa pagitan nila - ito ay tila, pagiging perpekto mismo?

Sa kasamaang palad, nang ihambing ang kanyang modelo sa mga naobserbahang orbit ng mga planeta, napilitan si Kepler na aminin na ang aktwal na pag-uugali ng mga celestial na katawan ay hindi umaangkop sa maayos na balangkas na binalangkas niya. Ang tanging nabubuhay na resulta ng udyok ng kabataan ni Kepler ay isang modelo ng solar system, na ginawa mismo ng siyentipiko at ipinakita bilang regalo sa kanyang patron, si Duke Frederick von Württemburg. Sa napakagandang ginawang metal na artifact na ito, ang lahat ng mga orbital sphere ng mga planeta at ang regular na polyhedra na nakasulat sa mga ito ay mga guwang na lalagyan na hindi nakikipag-usap sa isa't isa, na sa mga pista opisyal ay dapat na puno ng iba't ibang mga inumin upang gamutin ang mga panauhin ng duke. .

Pagkatapos lamang lumipat sa Prague at maging isang katulong sa sikat na Danish na astronomer na si Tycho Brahe na natagpuan ni Kepler ang mga ideya na tunay na nagpapanatili sa kanyang pangalan sa mga talaan ng agham. Kinokolekta ni Tycho Brahe ang data mula sa mga obserbasyon ng astronomya sa buong buhay niya at nag-ipon ng napakaraming impormasyon tungkol sa paggalaw ng mga planeta. Pagkamatay niya, dumaan sila kay Kepler. Ang mga rekord na ito, sa pamamagitan ng paraan, ay may mahusay na komersyal na halaga sa oras na iyon, dahil magagamit ang mga ito upang i-compile ang mga na-update na astrological horoscope (ngayon, mas gusto ng mga siyentipiko na manatiling tahimik tungkol sa seksyong ito ng maagang astronomiya).

Habang pinoproseso ang mga resulta ng mga obserbasyon ni Tycho Brahe, nakatagpo si Kepler ng isang problema na, kahit na sa mga modernong computer, ay maaaring mukhang mahirap hawakan sa ilan, at si Kepler ay walang pagpipilian kundi gawin ang lahat ng mga kalkulasyon nang manu-mano. Siyempre, tulad ng karamihan sa mga astronomo sa kanyang panahon, pamilyar na si Kepler sa Copernican heliocentric system at alam na ang Earth ay umiikot sa Araw, bilang ebidensya ng modelo sa itaas ng solar system. Ngunit paano eksaktong umiikot ang Earth at iba pang mga planeta? Isipin natin ang problema tulad ng sumusunod: ikaw ay nasa isang planeta, na, una, umiikot sa paligid ng axis nito, at pangalawa, umiikot sa Araw sa isang orbit na hindi mo alam. Sa pagtingin sa kalangitan, nakikita natin ang iba pang mga planeta na gumagalaw din sa mga orbit na hindi natin alam. At ang gawain ay upang matukoy, ayon sa data ng mga obserbasyon na ginawa sa aming pag-ikot sa paligid ng axis nito sa paligid ng Araw ang globo, ang geometry ng mga orbit at ang bilis ng ibang mga planeta. Ito ang, sa huli, nagawa ni Kepler, pagkatapos nito, batay sa mga resulta na nakuha, hinihinuha niya ang kanyang tatlong batas!

Inilalarawan ng unang batas ang geometry ng mga trajectory ng mga planetary orbit: ang bawat planeta ng solar system ay umiikot sa paligid ng isang ellipse, sa isa sa mga nakatutok kung saan ay ang Araw. Mula sa kursong geometry ng paaralan - ang isang ellipse ay isang hanay ng mga puntos sa isang eroplano, ang kabuuan ng mga distansya mula sa kung saan sa dalawang nakapirming punto - foci - ay katumbas ng isang pare-pareho. O kung hindi man - isipin ang isang seksyon ng lateral surface ng kono sa pamamagitan ng isang eroplano sa isang anggulo sa base nito, hindi dumadaan sa base - ito ay isang ellipse din. Ang unang batas ni Kepler ay nagsasaad lamang na ang mga orbit ng mga planeta ay mga ellipse, sa isa sa mga pokus kung saan matatagpuan ang Araw. Ang mga eccentricities (degree of elongation) ng mga orbit at ang kanilang pag-alis mula sa Araw sa perihelion (ang pinakamalapit na punto sa Araw) at apohelion (ang pinakamalayo na punto) ay iba para sa lahat ng mga planeta, ngunit ang lahat ng elliptical orbit ay may isang bagay na karaniwan - ang Araw ay matatagpuan sa isa sa dalawang foci ng ellipse. Matapos suriin ang data ng pagmamasid ni Tycho Brahe, napagpasyahan ni Kepler na ang mga planetary orbit ay isang hanay ng mga nested ellipse. Bago sa kanya, hindi ito nangyari sa sinuman sa mga astronomo.

Ang makasaysayang kahalagahan ng unang batas ni Kepler ay hindi maaaring labis na tantiyahin. Bago sa kanya, naniniwala ang mga astronomo na ang mga planeta ay eksklusibong gumagalaw sa mga pabilog na orbit, at kung hindi ito umaangkop sa saklaw ng mga obserbasyon, ang pangunahing pabilog na paggalaw ay dinagdagan ng maliliit na bilog na inilarawan ng mga planeta sa paligid ng mga punto ng pangunahing pabilog na orbit. Pangunahin itong pilosopikal na posisyon, isang uri ng hindi mapag-aalinlanganang katotohanan, hindi napapailalim sa pagdududa at pagpapatunay. Nagtalo ang mga pilosopo na ang makalangit na istraktura, hindi katulad ng makalupa, ay perpekto sa pagkakatugma nito, at dahil ang pinakaperpekto ng mga geometric na hugis ay isang bilog at isang globo, na nangangahulugan na ang mga planeta ay gumagalaw sa isang bilog. Ang pangunahing bagay ay, sa pagkakaroon ng access sa malawak na data ng pagmamasid ni Tycho Brahe, nagawa ni Johannes Kepler na lampasan ang pilosopikal na pagkiling na ito, dahil hindi ito tumutugma sa mga katotohanan - tulad ng nangahas si Copernicus na alisin ang Earth mula sa gitna ng uniberso , nahaharap sa mga argumento na sumasalungat sa patuloy na geocentric na mga ideya, na binubuo rin sa "maling pag-uugali" ng mga planeta sa kanilang mga orbit.

Ang pangalawang batas ay naglalarawan ng pagbabago sa bilis ng mga planeta sa paligid ng Araw: ang bawat planeta ay gumagalaw sa isang eroplanong dumadaan sa gitna ng Araw, at para sa pantay na mga yugto ng panahon, ang radius vector na nagkokonekta sa Araw at planeta ay naglalarawan ng pantay na mga lugar. Kung mas malayo sa Araw ang elliptical orbit ay tumatagal sa planeta, mas mabagal ang paggalaw, mas malapit sa Araw - mas mabilis ang paggalaw ng planeta. Ngayon isipin ang isang pares ng mga segment ng linya na nagkokonekta sa dalawang posisyon ng planeta sa orbit na may pokus ng ellipse na naglalaman ng Araw. Kasama ang segment ng ellipse na nakahiga sa pagitan nila, bumubuo sila ng isang sektor, ang lugar ng kung saan ay tiyak ang parehong "lugar na pinutol ng segment ng linya." Iyan ang sinasabi ng pangalawang batas. Kung mas malapit ang planeta sa Araw, mas maikli ang mga segment. Ngunit sa kasong ito, upang masakop ng sektor ang isang pantay na lugar sa pantay na oras, ang planeta ay dapat maglakbay ng mas malaking distansya sa orbit, na nangangahulugan na ang bilis ng paggalaw nito ay tumataas.

Ang unang dalawang batas ay tumatalakay sa mga detalye ng orbital trajectory ng isang planeta. Ginagawang posible ng ikatlong batas ni Kepler na ihambing ang mga orbit ng mga planeta sa isa't isa: ang mga parisukat ng mga panahon ng rebolusyon ng mga planeta sa paligid ng Araw ay nauugnay bilang mga cube ng mga semi-major axes ng mga orbit ng mga planeta. Sinasabi nito na kung mas malayo sa Araw ang isang planeta, mas matagal ang kinakailangan upang makagawa ng isang kumpletong rebolusyon sa orbit nito at mas matagal, nang naaayon, ang "taon" ay tumatagal sa planetang ito. Ngayon alam natin na ito ay dahil sa dalawang salik. Una, kung mas malayo ang planeta mula sa Araw, mas mahaba ang perimeter ng orbit nito. Pangalawa, habang tumataas ang distansya mula sa Araw, bumababa rin ang linear velocity ng planeta.

Sa kanyang mga batas, sinabi lamang ni Kepler ang mga katotohanan, na pinag-aralan at na-generalize ang mga resulta ng mga obserbasyon. Kung tinanong mo siya kung ano ang sanhi ng ellipticity ng mga orbit o ang pagkakapantay-pantay ng mga lugar ng mga sektor, hindi ka niya sasagutin. Sumunod lang ito sa kanyang pagsusuri. Kung tinanong mo siya tungkol sa orbital motion ng mga planeta sa ibang star system, hindi ka rin niya masasagot. Kailangan niyang magsimulang muli - mag-ipon ng data ng pagmamasid, pagkatapos ay pag-aralan ang mga ito at subukang tukuyin ang mga pattern. Ibig sabihin, wala siyang dahilan para maniwala na ang isa pang planetary system ay sumusunod sa parehong mga batas gaya ng solar system.

Ang isa sa mga pinakadakilang tagumpay ng klasikal na mekanika ng Newtonian ay tiyak na nagbibigay ito ng isang pangunahing katwiran para sa mga batas ni Kepler at iginiit ang kanilang pagiging pangkalahatan. Lumalabas na ang mga batas ni Kepler ay maaaring hango sa mga batas ng mekanika ni Newton, batas ng unibersal na grabitasyon ni Newton at ang batas ng konserbasyon ng angular momentum sa pamamagitan ng mahigpit na mga kalkulasyon sa matematika. At kung gayon, makatitiyak tayo na ang mga batas ni Kepler ay nalalapat nang pantay-pantay sa anumang sistema ng planeta saanman sa uniberso. Ang mga astronomo na naghahanap ng mga bagong planetary system sa kalawakan (at marami na sa kanila) ay gumagamit ng mga equation ni Kepler nang paulit-ulit, bilang isang bagay, upang kalkulahin ang mga parameter ng mga orbit ng malalayong planeta, bagaman hindi nila maobserbahan. direkta sa kanila.

Ang ikatlong batas ni Kepler ay gumanap at gumaganap pa rin ng mahalagang papel sa modernong kosmolohiya. Sa pagmamasid sa malalayong mga kalawakan, ang mga astrophysicist ay nagrerehistro ng mga mahihinang signal na ibinubuga ng mga atomo ng hydrogen na nag-oorbit nang napakalayo mula sa sentro ng galactic - mas malayo kaysa sa karaniwang mga bituin. Gamit ang Doppler effect sa spectrum ng radiation na ito, tinutukoy ng mga siyentipiko ang mga bilis ng pag-ikot ng hydrogen periphery ng galactic disk, at mula sa kanila - ang mga angular na bilis ng mga kalawakan sa kabuuan. Ang mga gawa ng siyentipiko na matatag na naglagay sa atin sa landas tungo sa tamang pag-unawa sa istruktura ng ating solar system, at ngayon, mga siglo pagkatapos ng kanyang kamatayan, ay may mahalagang papel sa pag-aaral ng istraktura ng malawak na Uniberso.

Mga orbit

Ang pinakamahalaga ay ang pagkalkula ng mga trajectory ng paglipad ng spacecraft, kung saan ang pangunahing layunin ay dapat ituloy - maximum na pagtitipid ng enerhiya. Kapag kinakalkula ang landas ng paglipad ng isang spacecraft, kinakailangan upang matukoy ang pinaka-kanais-nais na oras at, kung maaari, ang lugar ng paglulunsad, isaalang-alang ang mga epekto ng aerodynamic na nagreresulta mula sa pakikipag-ugnayan ng spacecraft sa kapaligiran ng Earth sa panahon ng pagsisimula at pagtatapos, at marami pang iba.

Maraming mga modernong spacecraft, lalo na ang mga may isang crew, ay may medyo maliit na onboard rocket engine, ang pangunahing layunin nito ay ang kinakailangang pagwawasto ng orbit at pagpepreno sa panahon ng landing. Kapag kinakalkula ang tilapon ng paglipad, ang mga pagbabagong nauugnay sa pagsasaayos ay dapat isaalang-alang. Karamihan sa tilapon (sa katunayan, ang buong tilapon, maliban sa aktibong bahagi nito at mga panahon ng pagwawasto) ay isinasagawa nang naka-off ang mga makina, ngunit, siyempre, sa ilalim ng impluwensya ng mga gravitational field ng mga celestial na katawan.

Ang trajectory ng spacecraft ay tinatawag na orbit. Sa panahon ng libreng paglipad ng spacecraft, kapag ang mga onboard jet engine nito ay pinatay, ang paggalaw ay nangyayari sa ilalim ng impluwensya ng mga puwersa ng gravitational at inertia, at ang pangunahing puwersa ay ang pang-akit ng Earth.

Kung ang Earth ay itinuturing na mahigpit na spherical, at ang pagkilos ng gravitational field ng Earth ay ang tanging puwersa, kung gayon ang paggalaw ng spacecraft ay sumusunod sa mga kilalang batas ng Kepler: ito ay nangyayari sa isang nakapirming (sa ganap na espasyo) na eroplano na dumadaan sa gitna ng ang Earth - ang eroplano ng orbit; ang orbit ay may hugis ng isang ellipse o isang bilog (isang espesyal na kaso ng isang ellipse).

Ang mga orbit ay nailalarawan sa pamamagitan ng isang bilang ng mga parameter - isang sistema ng mga dami na tumutukoy sa oryentasyon ng orbit ng isang celestial body sa kalawakan, ang laki at hugis nito, pati na rin ang posisyon sa orbit ng isang celestial body sa ilang nakapirming sandali. Ang hindi nababagabag na orbit kung saan gumagalaw ang katawan alinsunod sa mga batas ni Kepler ay tinutukoy ng:

1. Orbital inclination (i) sa reference plane; maaaring magkaroon ng mga halaga mula 0° hanggang 180°. Ang inclination ay mas mababa sa 90° kung, sa isang observer na matatagpuan sa north ecliptic pole o sa north celestial pole, ang katawan ay lumilitaw na kumikilos nang pakaliwa, at higit sa 90° kung ang katawan ay gumagalaw sa kabaligtaran na direksyon. Tulad ng inilapat sa Solar System, ang eroplano ng orbit ng Earth (ang eroplano ng ecliptic) ay kadalasang pinipili bilang reference plane, para sa mga artipisyal na satellite ng Earth, ang eroplano ng ekwador ng Earth ay karaniwang pinipili bilang reference plane, para sa satellite ng iba pang mga planeta ng Solar System, ang eroplano ng ekwador ng kaukulang planeta ay karaniwang pinipili bilang reference plane.
2. Pataas na node longitude (Ω)- isa sa mga pangunahing elemento ng orbit, na ginagamit para sa matematikal na paglalarawan ng hugis ng orbit at ang oryentasyon nito sa espasyo. Tinutukoy ang punto kung saan ang orbit ay nag-intersect sa base plane sa timog-hilagang direksyon. Para sa mga katawan na umiikot sa Araw, ang pangunahing eroplano ay ang ecliptic, at ang zero point ay ang Unang punto ng Aries (ang vernal equinox).
3. (mga) pangunahing ehe ay kalahati ng pangunahing axis ng ellipse. Sa astronomiya, nailalarawan nito ang average na distansya ng isang celestial body mula sa focus.
4. Eccentricity- numerical na katangian ng conic section. Ang eccentricity ay invariant sa ilalim ng mga galaw ng eroplano at mga pagbabago sa pagkakatulad at nailalarawan ang "compression" ng orbit.
5. argumentong periapsis- ay tinukoy bilang anggulo sa pagitan ng mga direksyon mula sa attracting center hanggang sa pataas na node ng orbit at sa periapsis (ang punto ng orbit ng satellite na pinakamalapit sa attracting center), o ang anggulo sa pagitan ng linya ng mga node at linya ng asides. Binibilang ito mula sa sentrong pang-akit sa direksyon ng paggalaw ng satellite, kadalasang pinipili sa loob ng 0°-360°. Upang matukoy ang pataas at pababang mga node, ang isang tiyak na (tinatawag na base) na eroplano na naglalaman ng nakakaakit na sentro ay pinili. Bilang base, kadalasang ginagamit nila ang ecliptic plane (ang paggalaw ng mga planeta, kometa, asteroid sa paligid ng Araw), ang eroplano ng ekwador ng planeta (ang paggalaw ng mga satellite sa paligid ng planeta), atbp.
6. Karaniwang anomalya para sa isang katawan na gumagalaw sa kahabaan ng isang hindi nababagabag na orbit - ang produkto ng average na paggalaw nito at ang agwat ng oras pagkatapos maipasa ang periapsis. Kaya, ang ibig sabihin ng anomalya ay ang angular na distansya mula sa periapsis ng isang hypothetical body na gumagalaw sa isang pare-pareho ang angular velocity na katumbas ng mean motion.

Mayroong iba't ibang uri ng mga orbit - equatorial (inclination "i" = 0°), polar (inclination "i" = 90°), sun-synchronous orbits (parametro ng orbit ay tulad na ang satellite ay dumadaan sa anumang punto sa ibabaw ng mundo sa humigit-kumulang sa parehong lokal na solar time), low-orbit (altitude mula 160 km hanggang 2000 km), medium-orbital (altitude mula 2000 km hanggang 35786 km), geostationary (altitude 35786 km), high-orbital (altitude na higit sa 35786 km). ).