Най-високата скорост на космически кораб. Ракети и космически кораби

Нашият читател Никита Агеев пита: какъв е основният проблем на междузвездното пътуване? Отговорът като , ще изисква дълга статия, въпреки че на въпроса може да се отговори с един символ: ° С .

Скоростта на светлината във вакуум c е приблизително триста хиляди километра в секунда и е невъзможно да бъде надвишена. Следователно е невъзможно да се достигнат звездите по-бързо от няколко години (светлината пътува 4,243 години до Проксима Кентавър, така че космическият кораб не може да пристигне дори по-бързо). Ако добавите времето за ускорение и забавяне с ускорение, което е повече или по-малко приемливо за хората, ще получите около десет години до най-близката звезда.

При какви условия се лети?

И този период вече е значително препятствие сам по себе си, дори ако пренебрегнем въпроса „как да ускорим до скорост, близка до скоростта на светлината“. Сега няма космически кораби, които биха позволили на екипажа да живее автономно в космоса толкова дълго време - на астронавтите постоянно се доставят свежи запаси от Земята. Обикновено разговорите за проблемите на междузвездното пътуване започват с по-фундаментални въпроси, но ние ще започнем с чисто приложни проблеми.

Дори половин век след полета на Гагарин инженерите не успяха да създадат пералня и достатъчно практичен душ за космически кораби, а тоалетните, предназначени за безтегловност, се развалят на МКС със завидна редовност. Полет поне до Марс (22 светлинни минути вместо 4 светлинни години) вече представлява нетривиална задача за водопроводните дизайнери: така че за пътуване до звездите ще е необходимо поне да се изобрети космическа тоалетна с двадесет години гаранция и същата пералня.

Водата за миене, миене и пиене също ще трябва да се вземе със себе си или да се използва повторно. Освен въздуха, храната също трябва да се съхранява или отглежда на борда. Експерименти за създаване на затворена екосистема на Земята вече са провеждани, но техните условия все още са много различни от космическите, поне при наличието на гравитация. Човечеството знае как да превърне съдържанието на камерна тенджера в чиста питейна вода, но в този случай е необходимо да можем да направим това при нулева гравитация, с абсолютна надеждност и без камион с консумативи: да вземем камион с филтърни патрони до звездите са твърде скъпи.

Прането на чорапи и предпазването от чревни инфекции може да изглеждат твърде банални, „нефизически“ ограничения за междузвездни полети - всеки опитен пътешественик обаче ще потвърди, че „малки неща“ като неудобни обувки или стомашно разстройство от непозната храна на автономна експедиция могат да се обърнат в заплаха за живота.

Решаването дори на елементарни ежедневни проблеми изисква също толкова сериозна технологична база, колкото и разработването на принципно нови космически двигатели. Ако на Земята износено уплътнение в тоалетно казанче може да се купи в най-близкия магазин за две рубли, то на марсианския кораб е необходимо да се осигури или резерв всекиподобни части, или триизмерен принтер за производство на резервни части от универсални пластмасови суровини.

В американския флот през 2013 г. сериозностартира 3D печат след като оценихме времето и парите, изразходвани за ремонт на военна техника, използвайки традиционни методи в полето. Военните разсъждаваха, че отпечатването на рядко уплътнение за компонент на хеликоптер, който е спрян преди десет години, е по-лесно, отколкото да се поръча част от склад на друг континент.

Един от най-близките съратници на Королев, Борис Черток, пише в мемоарите си „Ракети и хора“, че в определен момент съветската космическа програма се сблъсква с недостиг на щепселни контакти. Надеждни съединители за многожилни кабели трябваше да бъдат разработени отделно.

Освен резервни части за оборудване, храна, вода и въздух, астронавтите ще се нуждаят от енергия. Двигателят и бордовото оборудване ще се нуждаят от енергия, така че проблемът с мощен и надежден източник ще трябва да бъде решен отделно. Слънчевите батерии не са подходящи дори само поради разстоянието от звездите по време на полет, радиоизотопните генератори (те захранват Voyagers и New Horizons) не осигуряват енергията, необходима за голям пилотиран космически кораб, и те все още не са се научили как да направят пълно -модерни ядрени реактори за космоса.

Съветската ядрена сателитна програма беше помрачена от международен скандал след катастрофата на Космос 954 в Канада, както и от поредица от провали с по-малко драматични последици; подобна работа в Съединените щати беше спряна още по-рано. Сега Росатом и Роскосмос възнамеряват да създадат космическа атомна електроцентрала, но това все още са инсталации за полети на къси разстояния, а не многогодишно пътуване до друга звездна система.

Може би вместо ядрен реактор бъдещите междузвездни космически кораби ще използват токамаци. За това колко трудно е поне правилно да се определят параметрите на термоядрената плазма, в MIPT това лято. Между другото, проектът ITER на Земята се развива успешно: дори тези, които са влезли в първата година днес, имат всички шансове да се включат в работата по първия експериментален термоядрен реактор с положителен енергиен баланс.

С какво да летя?

Конвенционалните ракетни двигатели не са подходящи за ускоряване и забавяне на междузвезден кораб. Запознатите с курса по механика, преподаван в MIPT през първия семестър, могат самостоятелно да изчислят колко гориво ще трябва на една ракета, за да достигне поне сто хиляди километра в секунда. За тези, които все още не са запознати с уравнението на Циолковски, веднага ще обявим резултата - масата на резервоарите за гориво се оказва значително по-голяма от масата на Слънчевата система.

Подаването на гориво може да бъде намалено чрез увеличаване на скоростта, с която двигателят излъчва работна течност, газ, плазма или нещо друго, до сноп от елементарни частици. В момента плазмените и йонните двигатели се използват активно за полети на автоматични междупланетни станции в Слънчевата система или за корекция на орбитата на геостационарни спътници, но те имат редица други недостатъци. По-специално, всички такива двигатели осигуряват твърде малка тяга;

Заместник-ректорът на MIPT Олег Горшков е един от признатите експерти в областта на плазмените двигатели. Двигателите от серията SPD се произвеждат в конструкторското бюро Fakel; това са серийни продукти за корекция на орбита на комуникационни спътници.

През 50-те години на миналия век е разработен проект за двигател, който ще използва импулса на ядрен взрив (проектът Орион), но далеч не се е превърнал в готово решение за междузвездни полети. Още по-малко развит е дизайнът на двигател, който използва магнитохидродинамичния ефект, т.е. ускорява се поради взаимодействие с междузвездна плазма. Теоретично, космически кораб може да „всмуче“ плазма вътре и да я изхвърли обратно, за да създаде реактивна тяга, но това създава друг проблем.

Как да оцелеем?

Междузвездната плазма е предимно протони и хелиеви ядра, ако вземем предвид тежките частици. Когато се движат със скорости от порядъка на стотици хиляди километри в секунда, всички тези частици придобиват енергия от мегаелектронволта или дори десетки мегаелектронволта - същото количество, колкото продуктите на ядрените реакции. Плътността на междузвездната среда е около сто хиляди йона на кубичен метър, което означава, че за секунда квадратен метър от корпуса на кораба ще получи около 10 13 протона с енергия от десетки MeV.

Един електронволт, eV,― Това е енергията, която един електрон придобива, когато лети от един електрод към друг с потенциална разлика от един волт. Светлинните кванти имат тази енергия, а ултравиолетовите кванти с по-висока енергия вече са способни да увреждат ДНК молекулите. Радиация или частици с енергия от мегаелектронволта придружава ядрените реакции и освен това самата тя е в състояние да ги предизвика.

Такова облъчване съответства на абсорбирана енергия (ако приемем, че цялата енергия се абсорбира от кожата) от десетки джаули. Освен това тази енергия няма да дойде само под формата на топлина, но може частично да се използва за иницииране на ядрени реакции в материала на кораба с образуването на краткотрайни изотопи: с други думи, облицовката ще стане радиоактивна.

Някои от падащите протони и хелиеви ядра могат да бъдат отклонени настрани от магнитно поле; индуцираното лъчение и вторичното лъчение могат да бъдат защитени от сложна обвивка от много слоеве, но тези проблеми също все още нямат решение. В допълнение, фундаменталните трудности под формата на „кой материал ще бъде най-малко унищожен от облъчване“ на етапа на обслужване на кораба в полет ще се превърнат в особени проблеми - „как да развиете четири 25 болта в отделение с фон от петдесет милисиверта на час.”

Да припомним, че при последния ремонт на телескопа Хъбъл астронавтите първоначално не успяха да развият четирите болта, които закрепиха една от камерите. След консултация със Земята те смениха ключа за ограничаване на въртящия момент с обикновен и приложиха груба сила. Болтовете се разместиха от мястото си, камерата беше успешно сменена. Ако заседналият болт беше отстранен, втората експедиция щеше да струва половин милиард щатски долара. Или изобщо нямаше да се случи.

Има ли заобиколни решения?

В научната фантастика (често повече фантазия, отколкото наука) междузвездното пътуване се осъществява чрез „подпространствени тунели“. Формално, уравненията на Айнщайн, които описват геометрията на пространство-времето в зависимост от масата и енергията, разпределени в това пространство-време, наистина позволяват нещо подобно - само изчислените енергийни разходи са още по-потискащи от оценките на количеството ракетно гориво за полет до Проксима Кентавър. Не само, че се нуждаете от много енергия, но и енергийната плътност трябва да е отрицателна.

Въпросът дали е възможно да се създаде стабилна, голяма и енергийно възможна „червейна дупка“ е свързан с фундаментални въпроси за структурата на Вселената като цяло. Един от неразрешените проблеми във физиката е липсата на гравитация в така наречения Стандартен модел, теория, която описва поведението на елементарните частици и три от четирите фундаментални физически взаимодействия. По-голямата част от физиците са доста скептични, че в квантовата теория на гравитацията ще има място за междузвездни „скокове през хиперпространството“, но, строго погледнато, никой не забранява да се опитва да търси решение за полети до звездите.

Изследването на космоса отдавна е нещо обичайно за човечеството. Но полетите до ниска околоземна орбита и до други звезди са немислими без устройства, които позволяват да се преодолее гравитацията - ракети. Колко от нас знаят: как работи и функционира ракета-носител, къде се извършва изстрелването и каква е скоростта му, която му позволява да преодолее гравитацията на планетата и в безвъздушно пространство. Нека разгледаме по-подробно тези въпроси.

устройство

За да разберете как работи ракетата-носител, трябва да разберете нейната структура. Нека започнем да описваме възлите отгоре надолу.

CAC

Устройството, което изстрелва сателит или товарно отделение в орбита, винаги се отличава от носителя, който е предназначен да транспортира екипажа, по своята конфигурация. Последният има специална система за аварийно спасяване в самия връх, която служи за евакуация на отделението от астронавтите в случай на повреда на ракетата-носител. Тази нестандартна кула, разположена на самия връх, е миниатюрна ракета, която ви позволява да „издърпате“ капсула с хора при извънредни обстоятелства и да я преместите на безопасно разстояние от мястото на инцидента начален етап от полета, където все още е възможно да се извърши спускане на капсулата с парашут. В безвъздушното пространство ролята на SAS става по-малко важна от ракетата носител ще позволи спасяването на астронавтите.

Товарен отсек

Под SAS има отделение, носещо полезен товар: пилотиран автомобил, сателит, товарен отсек. В зависимост от типа и класа на ракетата-носител, масата на извеждания в орбита товар може да варира от 1,95 до 22,4 тона. Целият товар, превозван от кораба, е защитен от предния обтекател, който се изхвърля след преминаване през атмосферните слоеве.

Главен двигател

Хората далеч от космоса смятат, че ако една ракета попадне в безвъздушното пространство, на височина сто километра, където започва безтегловността, тогава нейната мисия е приключила. Всъщност, в зависимост от задачата, целевата орбита на товара, изстрелян в космоса, може да бъде много по-далеч. Например телекомуникационните спътници трябва да бъдат транспортирани в орбита на надморска височина над 35 хиляди километра. За да се постигне необходимото отстраняване, е необходим задвижващ двигател, или както се нарича по друг начин, горна степен. За да достигне планираната междупланетна траектория или траектория на излитане, режимът на скоростта на полета трябва да се променя повече от веднъж, като се извършват определени действия, така че този двигател трябва да се стартира и изключва многократно, това е неговата разлика от други подобни компоненти на ракетата.

Многоетапен

В ракета-носител само малка част от нейната маса е заета от транспортирания полезен товар; останалата част са двигателите и резервоарите за гориво, които са разположени в различни степени на превозното средство. Конструктивна особеност на тези агрегати е възможността за тяхното отделяне след изчерпване на горивото. След което изгарят в атмосферата, без да достигат земята. Вярно, както съобщава новинарският портал reactor.space, през последните години е разработена технология, която позволява отделящите се степени да бъдат върнати невредими в определена точка и отново да бъдат изстреляни в космоса. В ракетната наука при създаването на многостепенни кораби се използват две схеми:

• Първият е надлъжен, което ви позволява да поставите няколко еднакви двигателя с гориво около тялото, които се включват едновременно и синхронно се нулират след употреба.


• Вторият е напречен, което позволява подреждането на стъпалата в нарастващ ред, едно по-високо от друго. В този случай те се включват само след нулиране на долната, изразходвана степен.

Но често дизайнерите дават предпочитание на комбинация от напречен и надлъжен дизайн. Една ракета може да има много степени, но увеличаването на техния брой е рационално до определена граница. Техният растеж води до увеличаване на масата на двигателите и адаптерите, които работят само на определен етап от полета. Следователно съвременните ракети-носители не са оборудвани с повече от четири степени. По принцип резервоарите за етапно гориво се състоят от резервоари, в които се изпомпват различни компоненти: окислител (течен кислород, азотен тетроксид) и гориво (течен водород, хептил). Само с тяхното взаимодействие ракетата може да бъде ускорена до необходимата скорост.

Колко бързо лети една ракета в космоса?

В зависимост от задачите, които ракетата-носител трябва да изпълнява, нейната скорост може да варира, разделена на четири стойности:

• Първият космически. Позволява ви да се издигнете в орбита, където става спътник на Земята. Ако преведем в конвенционални стойности, тя е равна на 8 km/s.


• Вторият космически. Скорост 11,2 км/сек. дава възможност на кораба да преодолее гравитацията, за да изследва планетите от нашата слънчева система.


• Третата е космическа. Придържайки се към скорост от 16 650 км/с. можете да преодолеете гравитацията на слънчевата система и да напуснете нейните граници.


• Четвъртото пространство. Развивайки скорост от 550 км/с. ракетата е способна да лети отвъд галактиката.

Но колкото и високи да са скоростите на космическите кораби, те са твърде ниски за междупланетно пътуване. При тези стойности ще отнеме 18 000 години, за да стигнем до най-близката звезда.

Как се казва мястото, където се изстрелват ракети в космоса?

За успешното завладяване на космоса са необходими специални стартови площадки, откъдето ракетите могат да бъдат изстрелвани в открития космос. В ежедневната употреба те се наричат ​​космодруми. Но това просто име включва цял комплекс от сгради, заемащи огромни територии: стартова площадка, помещения за окончателно тестване и сглобяване на ракетата, сгради за свързани услуги. Всичко това е разположено на разстояние едно от друго, така че в случай на авария да не се повредят други структури на космодрума.

Заключение

Колкото повече се подобряват космическите технологии, толкова по-сложни стават структурата и работата на една ракета. Може би след няколко години ще бъдат създадени нови устройства за преодоляване на гравитацията на Земята. И следващата статия ще бъде посветена на принципите на работа на по-модерна ракета.

С каква скорост лети ракета в космоса?

1. абстрактна наука – създава илюзии у зрителя
2. Ако е в ниска околоземна орбита, тогава 8 км в секунда.
   Ако е навън, тогава 11 км в секунда. така.
3. 33000 км/ч
4. Точно - при скорост от 7,9 км/сек, когато тръгва, тя (ракетата) ще се върти около земята, ако със скорост от 11 км/сек, тогава това вече е парабола, т.е. ще яде малко по-нататък, има вероятност да не се върне
5. 3-5km/s, вземете предвид скоростта на въртене на земята около слънцето
6. Рекордът за скорост на космически кораб (240 хиляди км/ч) е поставен от американо-германската слънчева сонда Хелиос-Б, изстреляна на 15 януари 1976 г.

   Най-високата скорост, с която човек някога е пътувал (39 897 км/ч), е постигната от главния модул на Аполо 10 на височина 121,9 км от повърхността на Земята при завръщането на експедицията на 26 май 1969 г. На борда на космическия кораб бяха командир на екипажа, полковник от военновъздушните сили на САЩ (сега бригаден генерал) Томас Патън Стафорд (р. Уедърфорд, Оклахома, САЩ, 17 септември 1930 г.), капитан 3-ти ранг, ВМС на САЩ Юджийн Андрю Сърнан (р. Чикаго, Илинойс, САЩ, 14 март 1934 г.) и капитан 3-ти ранг на американския флот (сега капитан 1-ви ранг в пенсия) Джон Уот Йънг (р. Сан Франциско, Калифорния, САЩ, 24 септември 1930 г.).

   От жените най-висока скорост (28 115 км/ч) е постигнала младши лейтенант от ВВС на СССР (сега подполковник инженер, летец-космонавт на СССР) Валентина Владимировна Терешкова (родена на 6 март 1937 г.) на съветския космически кораб Восток 6 на 16 юни 1963 г.

7. 8 км/сек за преодоляване на земното притегляне
8. в черна дупка можете да ускорите до подсветлинна скорост
9. Глупости, безмислено научени от училище.
   8 или по-точно 7,9 km/s е първата космическа скорост - скоростта на хоризонтално движение на тяло непосредствено над повърхността на Земята, при което тялото не пада, а остава спътник на Земята с кръгова орбита при тази височина, т.е. над повърхността на Земята (и това не отчита съпротивлението на въздуха). По този начин PKS е абстрактна величина, която свързва параметрите на космическо тяло: радиус и ускорение на свободно падане върху повърхността на тялото и няма практическо значение. На височина 1000 км скоростта на кръгово орбитално движение ще бъде различна.

   Ракетата постепенно увеличава скоростта. Например, ракетата-носител "Союз" има скорост от 1,8 km/s 117,6 s след изстрелването на височина 47,0 km и 3,9 km/s при 286,4 s след полета на височина 171,4 km. След около 8,8 мин. след изстрелване на височина 198,8 km скоростта на космическия кораб е 7,8 km/s.
   А извеждането на орбиталния апарат в ниска околоземна орбита от горната точка на полета на ракетата-носител се осъществява чрез активно маневриране на самия космически кораб. А скоростта му зависи от параметрите на орбитата.

10. Всичко това са глупости. Не скоростта играе важна роля, а тягата на ракетата. На височина 35 км започва пълно ускорение до PKS (първа космическа скорост) до 450 км височина, като постепенно се насочва към посоката на въртене на Земята. По този начин се запазва надморската височина и теглителната сила при преодоляване на плътната атмосфера. Накратко - няма нужда да ускорявате хоризонтална и вертикална скорост едновременно; значително отклонение в хоризонтална посока се получава при 70% от желаната височина.
11. на какво
    космически кораб лети на височина.

11.06.2010 00:10

Американският космически кораб Dawn наскоро постави нов рекорд за скорост от 25,5 хиляди км/ч, изпреварвайки основния си конкурент, сондата Deep Space 1. Това постижение стана възможно благодарение на свръхмощния йонен двигател, инсталиран на устройството. Въпреки това, според експертите НАСА, това далеч не е границата на нейните възможности.

Скоростта на американския космически кораб Dawn достигна рекордна стойност на 5 юни - 25,5 хиляди км/ч. Въпреки това, според учените, в близко бъдеще скоростта на кораба ще достигне 100 хиляди км/ч.

Така, благодарение на уникалния си двигател, Dawn надмина своя предшественик сондата Deep Space 1, експериментален автоматичен космически кораб, изстрелян на 24 октомври 1998 г. с ракета носител. Вярно е, че Deep Space 1 все още запазва титлата на станцията, чиито двигатели са издържали най-дълго. Но Dawn може да изпревари своя „конкурент“ в тази категория още през август.

Основната задача на космическия кораб, изстрелян преди три години, е да изследва астероида 4 Веста, към който устройството ще се доближи през 2011 г., и планетата джудже Церера. Учените се надяват да получат най-точни данни за формата, размера, масата, минералния и елементния състав на тези обекти, разположени между орбитите на Юпитер и Марс. Общото разстояние, което трябва да измине космическият кораб Dawn е 4 милиарда 800 милиона километра.

Тъй като в космоса няма въздух, след като се ускори, корабът продължава да се движи със същата скорост. На Земята това е невъзможно поради забавяне поради триене. Използването на йонни двигатели в безвъздушно пространство позволи на учените да направят процеса на постепенно увеличаване на скоростта на космическия кораб Dawn възможно най-ефективен.

Принципът на работа на иновативния двигател е йонизацията на газа и ускоряването му от електростатично поле. В същото време, поради високото съотношение на заряда към масата, става възможно ускоряването на йоните до много високи скорости. По този начин може да се постигне много висок специфичен импулс в двигателя, което може значително да намали консумацията на реактивната маса на йонизиран газ (в сравнение с химическа реакция), но изисква големи количества енергия.

Трите двигателя на Dawn не работят постоянно, а се включват за кратко в определени моменти от полета. До момента те са работили общо 620 дни и са изразходвали над 165 килограма ксенон. Простите изчисления показват, че скоростта на сондата се увеличава с около 100 км/ч на всеки четири дни. До края на осемгодишната мисия на Dawn (въпреки че експертите не изключват удължаването й) общото време на работа на двигателите ще бъде 2000 дни - почти 5,5 години. Такива показатели обещават скоростта на космическия кораб да достигне 38,6 хиляди км/ч.

Това може да изглежда малко на фона поне на първата космическа скорост, с която са изстреляни изкуствените спътници на Земята, но за междупланетен апарат без външни ускорители, който не извършва специални маневри в гравитационното поле на планетите, този резултат е наистина забележително.

За да преодолее силата на гравитацията и да изведе космически кораб в околоземна орбита, ракетата трябва да лети със скорост най-малко 8 километра в секунда. Това е първата скорост на бягство. Апаратът, на който е дадена първа космическа скорост, след излитане от Земята се превръща в изкуствен спътник, тоест се движи около планетата по кръгова орбита. Ако на апарата се даде скорост, по-малка от първата космическа скорост, тогава той ще се движи по траектория, която се пресича с повърхността на земното кълбо. С други думи, ще падне на Земята.

Но такъв полет изисква много гориво. 3a струя за няколко минути, двигателят изяжда целия си железопътен резервоар и за да даде на ракетата необходимото ускорение, е необходим огромен железопътен влак с гориво.

В космоса няма бензиностанции, така че трябва да вземете цялото си гориво със себе си.

Резервоарите за гориво са много големи и тежки. Когато резервоарите са празни, те стават допълнителна тежест за ракетата. Учените са измислили начин да се отървете от ненужните килограми. Ракетата се сглобява като конструктор и се състои от няколко нива или степени. Всяка степен има собствен двигател и собствено захранване с гориво.

Първата стъпка е най-трудна. Тук се намира най-мощният двигател и най-много гориво. Тя трябва да премести ракетата от мястото й и да й даде нужното ускорение. Когато горивото на първата степен се изразходва, то се отделя от ракетата и пада на земята, което прави ракетата по-лека и не се налага да хаби допълнително гориво, носейки празни резервоари.

След това се включват двигателите на втората степен, която е по-малка от първата, тъй като трябва да изразходва по-малко енергия за повдигане на космическия кораб. Когато резервоарите за гориво са празни, тази степен се „разкопчава“ от ракетата. След това третият, четвъртият ще влезе в игра...

След завършване на последния етап космическият кораб е в орбита. Може да лети около Земята много дълго време, без да губи и капка гориво.

С помощта на такива ракети се изпращат в полет астронавти, спътници и междупланетни автоматични станции.

Знаеше ли...

Първата скорост на бягство зависи от масата на небесното тяло. За Меркурий, чиято маса е 20 пъти по-малка от тази на Земята, тя е равна на 3,5 километра в секунда, а за Юпитер, чиято маса е 318 пъти по-голяма от масата на Земята - почти 42 километра в секунда!