РАКЕТА-ПРООБРАЗ КОСМІЧНОГО КОРАБЛЯ
Наразі загальновизнано, що двигуном космічного корабля буде ракета. Такий корабель може рухатися у безповітряному просторі. Для пасажирів рух ракети безпечний: на відміну гарматного снаряда ракета набирає швидкість поступово.
Швидкість польоту не більше атмосфери може бути порівняно невеликий; тому корабель з ракетним двигуном нічого очікувати відчувати великого опору повітря, і нагрівання внаслідок тертя повітря виявиться незначним.
За допомогою ракетного двигуна можна прискорити або уповільнити рух корабля в безповітряному просторі і, коли це потрібно, змінити напрямок польоту.
Який принцип руху ракети?
Відомо, що під час пострілу рушниця штовхає стрілка в плече. Відбувається це тому, що гази, що утворюються при згорянні пороху, однаково давлять і на кулю і на рушницю. Але оскільки маса рушниці значно більша, ніж маса кулі, вона відштовхується з невеликою швидкістю. Це пояснюється одним із основних законів механіки — законом рівності дії та протидії реакції. Рух, спричинений дією сили реакції, називають реактивним рухом.
Порохові ракети, подібні до тих, що пускають під час салютів, не годяться як двигун для космічного корабля. При згорянні пороху утворюється дуже високий тиск. Щоб витримати такий тиск, ракета має бути надміцною, а отже, і дуже важкою. Крім того, витрата пороху під час польоту ракети не піддається регулюванню, як не регулюється полум'я свічки. Не можна припинити горіння пороху та зупинити двигун у разі потреби.
Цих недоліків позбавлені рідинні ракети, які широко застосовуються в сучасній техніці.
Як видно із рис. 4, рідинна ракета має два баки: в одному знаходитьсяпальне, наприклад етиловий спирт, в іншому – окислювач, наприклад, рідкий кисень.
Два насоси, що рухаються турбіною, поступово переганяють обидві рідини в спеціальну камеру,
ДЛЯ ОКИСЛЮВАЧА, БАК
ДЛЯ ГАРЮЧОГО, НАСОС
ДЛЯ ГАРЮЧОГО, НАСОС
ДЛЯ ОКИ ГГ 'ТЕЛЯ
Стійкість руху як порохових, і рідинних ракет забезпечується повітряними стабілізаторами і кермами.
Мал. 4. Рідина ракета.
Але ракета вирвалася з меж земної атмосфери. Решту шляху вона пролетить у безповітряному просторі. Повітряні стабілізатори та керма більше не придатні для її керування. Як же вдається повернути ракету чи відновити порушений напрямок її польоту? Вирішення цього питання було дано К. Е. Ціолковським. Він запропонував помістити кермо в струмені газів, що вивергаються з ракети. Такі, як їх називають, газові керма зможуть застосовуватись для зміни напрямку ракети у безповітряному просторі.
Від чого залежить швидкість ракети?
У безповітряному просторі, далеко від небесних тіл, ракета рухається тим швидше, чим більше вона витратила палива і з чим більшою швидкістю викидаються з неї гази. Тому застосовують такі палива, що дають найбільшу швидкість витікання газів. З цього погляду дуже вигідний водень із киснем.
У рідинних ракетних двигунах як паливо застосовуються також гас, бензин, скипидар, парафін та ін.
Окислювачем можуть бути хлорна кислота, перекис водню та інших.
Усі такі термохімічні палива дають швидкість закінчення газів близько 2,5 кілометра на секунду. Є підстави вважати, що її вдасться збільшити до чотирьох кілометрів на секунду.
Є ще інший рис 5 Складова ракета, спосіб збільшення швидкості ракети та її «стелі». Для цього ракету потрібно розігнати за допомогою іншої, допоміжної ракети. Коли допоміжна ракета відпрацювала, вона автоматично відчіплюється та спускається на парашуті. Потім запускається головна ракета. Таким чином, у момент запуску вона вже знаходиться на деякій висоті і має певну швидкість, що дозволить їй піднятися вище звичайної ракети. Така складна ракета називається складовою (ступінчастою) (рис. 5). Збільшивши кількість ступенів (допоміжних ракет), можна домогтися подальшого збільшення швидкості ракети і висоти (або дальності), що досягається нею.
Практика останніх років показала, що як допоміжні ракети вигідно вживати порохові ракети, тому що їх сила тяги в порівнянні з власною вагою дуже велика. Очевидно, ці ракети зможуть служити для початкового розгону космічного корабля.
Щоб ще більше прискорити витікання газів, потрібно перейти від звичайного палива до ядерного. Що таке ядерне пальне таякі його переваги?
Нині фізика успішно вирішила проблему перетворення одних хімічних елементів на інші. Ці перетворення супроводжуються деяких випадках виділенням ядерної (атомної) енергії. Речовину, що виділяє таку енергію, називають ядерним пальним. Особливістю цього пального є те, що в малій його кількості міститься величезна енергія.
Хоча процес виділення ядерної енергії протікає дуже швидко, він піддається управлінню.
Атомна ракета діє за таким принципом. У невелику посудину, що нагадує камеру згоряння рідинної ракети, надходить рідкий водень (чи якась інша рідина). Ядерна енергія, що виділяється у вигляді тепла, миттєво нагріває водень до високої температури. При цьому він переходить у газоподібний стан і під величезним тиском прямує назовні. При використанні атомної енергії струмінь газів вивергатиметься зі швидкістю до кількох десятків кілометрів на секунду. А чим вища швидкість витікання газів, тим менше палива потрібне для здійснення міжпланетного польоту. У цьому велика перевага атомної ракети.
Принципово, атомна ракета нічим суттєвим відрізняється від звичайних ракет. Але її створенню перешкоджає низку технічних труднощів. Так, наприклад, потрібно «приборкати» надвисокі температури та тиски, що виникають в атомній ракеті, інакше їх не витримає жоден метал. Необхідно також вжити заходів для захисту людей від радіоактивних випромінювань, що супроводжують виділення атомної енергії. Для цього потрібен матеріал, що поглинає такі випромінювання і водночас досить легкий, оскільки будь-який додатковий вантаж сильно відбивається на радіусі дії ракети.