Как ракеты летают: Почему ракеты-носители летают строго по дуге

Как летает космическая ракета? (Продолжение) / Хабр

Здравствуйте, дорогие любители острых космических ощущений (хабровчане)!

В предыдущей своей публикации я посчитал траекторию космической ракеты «РН Союз», сравнив результаты с телеметрией из видеоролика на Ютуб. Расчёты были произведены без учёта силы сопротивления атмосферы, что в итоге привело к существенным расхождениям с реальностью (если конечно же верить той самой телеметрии из видеоролика). Разумеется, мне стало интересно, а что если учесть это сопротивление? Как оно повлияет на траекторию и другие параметры полёта космической ракеты? Попробуем по порядку в этом разобраться.

Благодарю пользователя в комментариях, это дополнительно послужило мотивацией к данному исследованию, спасибо!

Если коротко, то моё исследование можно описать так — увяз коготок, вся птичка пропала. Хотелось обойтись какими-нибудь упрощёнными вычислениями, но, как уж получилось.

Для тех, кто не прочитал начало, оно тут https://habr. com/ru/post/649961/

Постановка задачи

Физическая модель, системы координат и допущения, принятые в предыдущей публикации остаются справедливыми и для текущих расчётов, за исключением сопротивления атмосферы. Напомню, ракета имеет три ступени. Соответственно, полёт разделяется на три этапа: полёт с момента старта до отстыковки первой ступени, с момента отстыковки первой ступени до момента отстыковки второй ступени, и с момента отстыковки второй ступени до момента отстыковки третьей ступени. Изменения в вычислениях коснутся только первого этапа полёта, то есть от старта до момента отстыковки первой ступени. На этом участке полёта ракета преодолевает наиболее плотные слои атмосферы и испытывает вместе с этим наибольшее сопротивление трения. Забегая вперёд, из вычислений получилось, что в конце работы первой ступени сила сопротивления атмосферы, действующая на ракету (высота 45 км, скорость 1700 м/с), составляет около 5 тонн-сил!

Напишем уравнение динамики с учётом силы сопротивления:

где m — масса ракеты, — вектор ускорения, — вектор силы тяги двигателей, — вектор силы тяжести, — сила сопротивления атмосферы.

Разделив обе части на массу ракеты и сделав необходимые подстановки (см. первую публикацию), получим:

Аэродинамическое сопротивление

Теперь давайте разберёмся, что такое .

Аэродинамическое сопротивление вычисляется по формуле:

где — коэффициент лобового аэродинамического сопротивления, — плотность атмосферы, — скорость движения в среде, — характерная площадь.

Сначала разберёмся с плотностью атмосферы.

Как известно, плотность атмосферы вслед за давлением убывает с высотой. Но не всё так просто. Плотность атмосферы также зависит и от температуры, которая тоже убывает с высотой. Но и это ещё не всё. Мы собираемся лететь так высоко, что будем пересекать такие слои атмосферы, где температура не изменяется или даже возрастает.

Теперь в правильных терминах.

Введём параметр — градиент температуры. Не надо пугаться, в нашем случае это просто положительное или отрицательное число, которое характеризует быстроту и направление изменения температуры в i — том слое атмосферы. Нумерация слоёв начинается с самого нижнего слоя — тропосферы. Если градиент отрицательный, то температура атмосферы убывает, если положительный — возрастает. Атмосфера Земли хорошо изучена и градиенты температуры слоёв измерены и известны. Вот они:

Таким образом, зная эту таблицу, можем вычислить температуру на любой высоте по следующей формуле:

где — высота начала слоя (например, для первого слоя ).

Изобразим эту зависимость графически:

Давление для каждого слоя соответственно вычисляется по формулам:

если градиент температуры

если градиент температуры

Плотность есть некоторая функция температуры и давления , где температура и давление в свою очередь являются функциями высоты. Плотность вычисляется по формуле:

где — молярная масса воздуха, — универсальная газовая постоянная.

Зависимость плотности от высоты будет выглядеть следующим образом:

Итак, с плотностью воздуха разобрались. Теперь вернёмся к формуле аэродинамического сопротивления и посмотрим на ещё один интересный параметр — — аэродинамический коэффициент сопротивления. Наш полёт происходит на разной высоте, с разной скоростью. Поэтому этот коэффициент так же как и плотность воздуха не может считаться константой. Если рассматривать большой диапазон скорости летательного аппарата, например от близких к нулю значений, до нескольких Махов, а это как раз наш случай, то окажется, что коэффициент значительно изменяется, и мы не можем этого не учитывать. В данном случае этот коэффициент будет зависеть от числа Маха, то есть от скорости полёта ракеты. Число Маха, в свою очередь, зависит от скорости звука, а скорость звука зависит от температуры среды, в которой он распостраняется. А, как мы выяснили раньше, температура среды изменяется с высотой. Давайте попробуем это записать:

Разберём по порядку все зависимости. Для начала займёмся функцией — зависимостью коэффициента сопротивления от числа Маха. После продолжительных исследований литературы на эту тему я решил найти готовый, наиболее подходящий под задачу полёта ракеты вариант, нежели самому проводить расчёты этой зависимости. Коэффициент сопротивления сильно зависит от формы обтекаемого газом тела, его геометрических параметров, плюс отдельно считаются боковые блоки, элементы аэродинамики и т. д. Методика таких расчётов довольно объёмна и муторна, приводить её здесь я посчитал излишним. Поэтому привожу то, что нашёл уже посчитанным для реальной ракеты. Вот оно:

Интересно то, что при приближении скорости к числу Маха и его пересечении коэффициент сопротивления резко возрастает. Происходит так называемый скачок уплотнения. После этого при дальнейшем возрастании скорости коэффициент несколько уменьшается.

Со следующей зависимостью — всё просто: число Маха есть отношение скорости движения в среде к скорости звука — .

Зависимость скорости звука в воздухе от температуры тоже известна, её можно найти в любом справочнике по физике:

Теперь напишем формулу для вычисления силы сопротивления воздуха с учётом всех выше приведённых расчётов:

Подставим силу сопротивления в основное уравнение динамики и распишем его на оси координат:

Или в производных:

Таким образом, задача сводится к решению системы дифференциальных уравнений вида:

что мы и сделаем численным методом с помощью программы.

Входные данные

Параметры ракеты (в основном, массовые характеристики) были уточнены. Поэтому есть расхождения между траекториями без учёта сопротивления воздуха в предыдущей публикации и в этой. В данный момент они являются более точными. Ссылки на источники будут ниже.

Результаты вычислений

Результаты весьма интересны. Честно говоря, они меня впечатлили. Я не думал что атмосфера настолько сильно влияет на траекторию полёта и конечные орбитальные параметры. Разницу траекторий без учёта силы сопротивления и с учётом этой силы Вы можете видеть на этом изображении:

Давайте сравним полученные данные.

В момент перед отстыковкой первой ступени:

В момент перед отстыковкой второй ступени:

В момент перед отстыковкой третьей ступени:

Хотел бы привести ещё один график, который мы немного проанализируем:

Это зависимость сопротивления атмосферы от высоты.

Ну во-первых, сразу бросается в глаза значение максимума — 740 кН, это 75 тонн-сил! Да, уже на высоте чуть больше 10 км ракета набирает такую скорость, что сила сопротивления воздуха составляет такую большую величину, даже с учётом того, что атмосфера на этой высоте значительно разреженная. Для сравнения, когда ракета стартует, избыток тяги (разница между тягой двигателей и весом ракеты) составляет 1130 кН. То есть сила сопротивления на максимуме составляет две трети от тяги на старте!

Также интересно, насколько быстро нарастает сила сопротивления, но это и не удивительно. Ракета — тело переменной массы. Ракета теряет массу, ускорение стремительно возрастает. Эффекта добавляет здесь ещё тот факт, что двигатели существенно прибавляют мощности с ростом высоты (тяга в ваккууме больше, чем на уровне моря).

Ещё один интересный результат — сопротивление атмосферы в момент отстыковки первой ступени. Казалось бы, высота уже 45 км, атмосфера крайне разреженная. Но не тут то было, получите: 46 кН (4,7 тонн-сил)! Неожиданно, правда? Но если учесть, что в этот момент ракета летит со скоростью 1722 м/с, что уже является даже не сверхзвуковой, а гиперзвуковой скоростью (> 5 Маха), то можно в это поверить. К тому же если сравнить с тягой двигателя в этот момент, а осталась у нас только вторая ступень, вполне приемлемо:

95% тяги остаётся, потери на сопротивление всего 5%, и оно продолжает уменьшаться, мы же взлетаем.

Ну и в завершении обратим внимание на то место, которое обозначено красным овалом. Там явно прослеживается излом. Давайте посмотрим, что в этот момент происходит со скоростью:

Зелёный график — зависимость скорости от высоты, чёрный — зависимость силы сопротивления от высоты. Ось абсцисс выдержана в одном масштабе. а ось ординат теперь это значение скорости. Отсюда видно, что в момент излома скорость составляет почти 400 м/с. Что это за скорость? Вычислим число Маха для данной высоты. На высоте, соответствующей излому (~8 км) скорость звука составляет примерно 308 м/с

Теперь обратимся к графику зависимости аэродинамического коэффициента сопротивления от числа Маха:

Данное зачение числа Маха соответствует резкому прекращению возрастания коэффициента сопротивления. Физически это означает, что ракета в данный момент закончила преодолевать трансзвуковой барьер (0,8 < M < 1,2).

На этом всё, спасибо за внимание!

Ссылка на программу здесь, бранч soyz

Использованные источники:

Параметры РН Союз

Аэродинамический коэффициент сопротивления

Параметры атмосферы

Зависимость скорости звука от температуры: справочник по физике.

Ракеты не летают по понедельникам: страшные приметы, в которые верят космонавты

https://ru.sputnik.kz/20191103/kosmodrom-bajkonur-kosmonavty-primety-11929199.html

Ракеты не летают по понедельникам: страшные приметы, в которые верят космонавты

Ракеты не летают по понедельникам: страшные приметы, в которые верят космонавты

Почему космонавты считаются суеверными людьми и какие приметы могут показаться очень странными на взгляд обывателей 03.11.2019, Sputnik Казахстан

2019-11-03T14:39+0600

2019-11-03T14:39+0600

2022-02-01T14:05+0600

/html/head/meta[@name=’og:title’]/@content

/html/head/meta[@name=’og:description’]/@content

https://sputnik. kz/img/1192/91/11929147_0:208:2972:1888_1920x0_80_0_0_d66a0731a416352dcbbda0e746054831.jpg

Sputnik Казахстан

[email protected]

+74956456601

MIA „Rosiya Segodnya“

2019

Sputnik Казахстан

[email protected]

+74956456601

MIA „Rosiya Segodnya“

Новости

ru_KK

Sputnik Казахстан

[email protected]

+74956456601

MIA „Rosiya Segodnya“

1920

1080

true

1920

1440

true

https://sputnik.kz/img/1192/91/11929147_0:114:2972:1982_1920x0_80_0_0_cb7b7ca1dd71d040b4cba9bda3e02485.jpg

1920

1920

true

Sputnik Казахстан

[email protected]

+74956456601

MIA „Rosiya Segodnya“

Sputnik Казахстан

космос , космодром «байконур», юрий гагарин

космос , космодром «байконур», юрий гагарин

БАЙКОНЫР, 3 ноя — Sputnik, Ляля Лилова. Трудно представить, как целая космическая отрасль России следует положенной однажды традиции «не летать» по понедельникам. Запуск ракет в первый день недели не проводят, помня о трагедиях, которые случились именно в этот день. Какие еще неизвестные приметы существуют на космодроме Байконур, узнала корреспондент Sputnik Казахстан, побывав в самом космическом городе страны.

Мистическая история Байконура

Пока профессия космонавта остается в списке самых рискованных профессий в мире, полеты космических аппаратов будут сопровождать традиции и суеверия. Из 563 землян (63 женщин в том числе), побывавших в космосе, 18 погибли при выполнении космического полета. Еще 6 – при подготовке к полету. Список жертв техногенных катастроф на космодромах еще более длинный. Поэтому обслуживающий космодром персонал тоже предпочитает строго придерживаться заведенных обычаев, и в приметы верит.

© Sputnik / Сергей Мамонтов / Перейти в фотобанкПуск РН «Союз-ФГ» с ТПК «Союз МС-15», архивное фото

Пуск РН «Союз-ФГ» с ТПК «Союз МС-15», архивное фото

© Sputnik / Сергей Мамонтов

/

Перейти в фотобанк

В космические приметы и суеверия верят практически все жители Байконыра.

«Приходится верить! – говорят местные. – Ведь, никому не хочется трагедий».

Вот бы понедельники, взять, и отменить!

Российские ракеты в космос по понедельникам не запускают. Сначала они не летали туда в первый день недели, так как понедельник страшно не любил один из основоположников советской космонавтики – Сергей Павлович Королев. Генеральный конструктор Королев любым способом старался перенести старты на другие дни недели, как только кто-то заговаривал о дате пуска, совпадающей с понедельником в календаре.

© Sputnik / Sergeev / Перейти в фотобанкКосмонавт Юрий Гагарин и а кадемик Сергей Королев после первого в мире полета человека в космос на корабле «Восток»

Космонавт Юрий Гагарин и а кадемик Сергей Королев после первого в мире полета человека в космос на корабле «Восток»

© Sputnik / Sergeev

/

Перейти в фотобанк

И чутье Королева не подвело. Как только в руководстве страны его суеверностью пренебрегли и ракеты стали отправлять в космос, не ссылаясь на календарь, произошло несколько аварий. И понедельник в космонавтике снова назвали «черным днем».

Никогда не назначается старт с космодрома и на 24 октября. Это день траура. Потому что 24 октября 1960 года на стартовом столе космодрома Байконур произошел взрыв ракеты-носителя МБР Р-16, погибли десятки человек, в том числе и маршал Митрофан Неделин. А 24 октября 1963 года на стартовом столе вспыхнула ракета Р-9А. Сгорели восемь человек.

Усы – сбрить

Почти за каждой приметой или ритуалом в космической отрасли стоит конкретный случай или конкретный человек, с которого все и повелось.

Вы заметили, что в России нет усатых космонавтов. Это потому, что носить усы – плохая примета для космонавта. А завелась она с момента, когда россиянин Виталий Жолобов с 6 июля по 24 августа 1976 года совершил полет в космос вместе с Борисом Волыновым — на космическом корабле Союз-21 к орбитальной станции Салют-5 в качестве бортинженера.

© Sputnik / Александр Моклецов / Перейти в фотобанк Советские космонавты, члены экипажа космического корабля «Союз-21» Борис Валентинович Волынов (справа) и Виталий Михайлович Жолобов

Советские космонавты, члены экипажа космического корабля «Союз-21» Борис Валентинович Волынов (справа) и Виталий Михайлович Жолобов

© Sputnik / Александр Моклецов

/

Перейти в фотобанк

Из-за плохого самочувствия Жолобова, заболевшего после ликвидации последствий аварии на борту, космонавтов вернули на землю раньше намеченного времени. И тут, уже на Земле, пошел слух о том, что Жолобов носит усы, а в космос не надо лететь с усами.

Почему не надо, и чем могли усы навредить человеку, никто не знает. Да и слух, по сути дела, пустяковый, но он породил примету — «космонавту усы ни к чему». И все россияне теперь летают в космос с бритыми лицами.

Матрешка с водкой и казахский чапан: как встречают космонавтов на Земле

Эта примета как раз на уровне той, которая уже ушла в историю, и которую называли «рука Смирницкого». Сергей Павлович Королев в его бытность почему-то считал, что один из его подчиненных, капитан Смирницкий обладает, что называется, легкой рукой. И всегда поручал при пусках нажать на кнопку «старт» именно Смирницкому. Прошли годы. И сейчас космические корабли запускаются с чьей-то другой легкой руки.

Не черными чернилами, не до полета

Это уже о традициях космонавтов, которые крепки, как сталь. Не космонавты – традиции. Те, кто отправляется в полет, имеют обычные человеческие нервы, поэтому перед стартом предпочитают выполнить целый ряд ритуалов на удачу.

«Скучаю по космосу»: откровенное интервью Талгата Мусабаева

До первого полета — никаких автографов, даже если все вокруг знают, что ты готовишься отправиться в космос, даже если об этом просят близкие или влиятельные люди.

Полет состоялся: никаких автографов черными чернилами, иначе везение уйдет, на дальнейшей карьере можно поставить крест.

© Sputnik / Владимир Акимов / Перейти в фотобанкПервая женщина-космонавт Валентина Терешкова дает автограф после возвращения на Землю

Первая женщина-космонавт Валентина Терешкова дает автограф после возвращения на Землю

© Sputnik / Владимир Акимов

/

Перейти в фотобанк

Перед стартом, какой бы раз не летал, космонавт оставляет автограф на двери гостиницы, где живет. Кстати, в Байконыре двери гостиниц с автографами космонавтов не моют, боясь обидеть тех, кто оставил свои вензеля.

Чтобы повезло в полете, готовясь к старту уже в Байконыре, космонавту надо посадить дерево. И лучше, чтобы оно прижилось, тогда и далее карьерная дорожка будет гладкой. Поэтому за деревьями на аллее космонавтов тщательно ухаживают. Здесь уже более ста насаждений.

© Sputnik / Стрингер / Перейти в фотобанкКазахстанский космонавт Айдын Аимбетов (слева) и космонавт Роскосмоса Сергей Волков сажают деревья

Казахстанский космонавт Айдын Аимбетов (слева) и космонавт Роскосмоса Сергей Волков сажают деревья

© Sputnik / Стрингер

/

Перейти в фотобанк

За ночь до отправки на старт команда обязательно смотрит фильм «Белое солнце пустыни». Эта традиция связана с аварией в 1971, когда погиб экипаж Волкова, Добровольцева и Пацаева.

Следующий экипаж перед стартом смотрел «Белое солнце пустыни», запуск прошел удачно. И с тех пор просмотр фильма перед пуском стал обязательным.

Поехали!

За два дня до любого старта космический корабль вывозят на стартовую площадку. Вывозят по железной дороге и под рельсы техники, обслуживающие пуск, подкладывают монетки на счастье. Вывозят ракету ровно в 7 часов утра и ни минутой раньше или позже, перед ней по рельсам идет один из руководителей Конструкторского бюро, отвечающего за подготовку ракеты.

© Sputnik / Сергей Мамонтов / Перейти в фотобанкРакета на стартовой площадке космодрома «Байконур», архивное фото

Ракета на стартовой площадке космодрома «Байконур», архивное фото

© Sputnik / Сергей Мамонтов

/

Перейти в фотобанк

Чтобы примета сработала, необходимо, чтоб члены экипажа, присутствующие при транспортировке ракеты, не заметили, кто и когда подложил монетку.

Космонавты едут на взлетную площадку на автобусе, на котором прибиты и привязаны множество подков, при этом звучит песня «Трава у дома», это еще один ритуал. На пути к автобусу космонавтам обязательно должна встретиться женщина с полными ведрами, этой примете также много лет, а ввел ее блистательный Алексей Леонов.

Как космонавт Леонов заставил улыбаться Хокинга и плакать Армстронга

Когда космонавты входят в лифт на стартовой площадке, они оборачиваются и машут провожающим рукой — повторяют знаменитый жест Юрия Гагарина. В ответ космонавтам махать нельзя! Тоже примета.

© ТАСС/POOL / Перейти в фотобанкЧлены основного экипажа МКС-58/59 (снизу вверх): космонавт «Роскосмоса» Олег Кононенко, астронавт НАСА Энн МакКлейн и астронавт Канадского космического агентства Давид Сен-Жак перед стартом ракеты-носителя

Члены основного экипажа МКС-58/59 (снизу вверх): космонавт «Роскосмоса» Олег Кононенко, астронавт НАСА Энн МакКлейн и астронавт Канадского космического агентства Давид Сен-Жак перед стартом ракеты-носителя

© ТАСС/POOL

/

Перейти в фотобанк

В полет космонавтам разрешено взять минимальное количество личных вещей, как правило, это фотографии родных, сувениры и какие-то памятные вещи. Самой доброй вещью космонавта, которую он взял с собой, считается игрушка. Лучше, если это игрушка его ребенка. Тогда она становится оберегом.

© Sputnik / Рамиль Ситдиков / Перейти в фотобанкКосмонавты Роскосмоса Александр Самокутяев и Елена Серова показывают игрушки, которые взяли с собой в полет

Космонавты Роскосмоса Александр Самокутяев и Елена Серова показывают игрушки, которые взяли с собой в полет

© Sputnik / Рамиль Ситдиков

/

Перейти в фотобанк

На борту МКС команду встречают по-русски — хлебом и солью. И даже если экипаж международный, то все, кто прилетел на станцию, подчиняются ритуалу.

Ракетные принципы

		+ Только текстовый сайт + Версия без Flash + Свяжитесь с Гленном
jpg»>   История ракет   Принципы ракеты   Практическая ракетная установка   Игра знаний   Ракетная деятельность   Ракетный дом     Руководство для начинающих   Индекс     Ракетные принципы Ракета в самом простом виде Форма представляет собой камеру, в которой находится газ под давлением. Небольшое открытие в одном конец камеры позволяет газу выйти, и тем самым обеспечивает тяга, толкающая ракету в противоположном направлении. Хороший пример из этого воздушный шар. Воздух внутри воздушного шара сжимается за счет резиновые стенки. Воздух отталкивается назад, так что внутреннее и внешнее давление силы уравновешены. При открытии форсунки воздух выходит через это и воздушный шар движется в противоположном направлении. Когда мы думаем о ракеты, мы редко думаем о воздушных шарах. Вместо этого наше внимание привлекает гигантским транспортным средствам, выводящим спутники на орбиту, и космическим кораблям на Луну и планеты. Тем не менее между ними существует сильное сходство. два. Единственная существенная разница заключается в том, как сжатый газ производится. В космических ракетах газ производится путем сжигания топлива. которые могут быть твердыми или жидкими по форме или их комбинацией. Один из интересных фактов об историческом развитии ракет заключается в том, что в то время как ракеты а устройства с ракетным двигателем используются уже более двух тысяч лет, только за последние триста лет ракетные экспериментаторы имели научную основу для понимания того, как они работают. Ракетостроение началось с публикации в 1687 году книги великого английского ученого Сэр Исаак Ньютон. Его книга под названием Philosophiae Naturalis Principia Mathematica, описала физические принципы в природе. Сегодня Ньютон работа обычно просто называется Principia. В «Началах» Ньютон утверждал три важных научных принципа, управляющих движением всех объектов, будь то на Земле или в космосе. Зная эти принципы, теперь называемые ньютоновскими Законы движения, ракетчики смогли построить современный гигант ракеты 20-го века, такие как «Сатурн V» и «Спейс шаттл». Вот, в простой форме, законы движения Ньютона. Объекты в покое будут оставаться в покое, а движущиеся объекты будут двигаться по прямой линии, если на нее не действует неуравновешенная сила. Сила равна к массе, умноженной на ускорение. Для каждого действия всегда есть противоположная и равная реакция. Как будет объяснено Короче говоря, все три закона на самом деле являются простыми формулировками того, как все движется. Но с их помощью можно точно определить характеристики ракеты. Ньютона Первый закон Этот закон движения всего лишь очевидная констатация факта, но знать, что она означает, надо понять термины покой, движение и неуравновешенная сила. Покой и движение можно рассматривать как противоположные друг другу. Отдых состояние объекта, когда он не меняет своего положения по отношению к его окрестностям. Если вы неподвижно сидите в кресле, вам можно сказать быть в покое. Однако этот термин относителен. Ваш стул может на самом деле быть одним из многих мест в летящем самолете. Важно помнить здесь вы не двигаетесь по отношению к своему непосредственному окружению. Если бы покой определялся как полное отсутствие движения, его бы не существовало. в природе. Даже если бы вы сидели в своем кресле дома, вы бы все равно двигаться, потому что ваш стул на самом деле стоит на поверхности вращающаяся планета, вращающаяся вокруг звезды. Звезда движется через вращающаяся галактика, которая сама движется по Вселенной. Сидя «по-прежнему», вы, по сути, едете со скоростью в сотни километров в секунду. Движение также является относительный термин. Вся материя во Вселенной все время движется, но в первом законе движение здесь означает изменение положения по отношению к окружающей среде. Мяч находится в состоянии покоя, если он стоит на земле. Мяч находится в движении если катится. Катящийся шар меняет свое положение относительно окрестности. Когда вы сидите на стуле в самолете, вы в покое, но если вы встаете и идете по проходу, вы находитесь в движении. Ракета, стартующая со стартовой площадки, переходит из состояния покоя в состояние движения. Третий член важен к пониманию этого закона есть неуравновешенная сила. Если вы держите мяч в руку и держите ее неподвижно, мяч находится в состоянии покоя. Все время мяч удерживаемый там, однако, на него воздействуют силы. Сила тяжести пытается тянуть мяч вниз, в то же время ваша рука толкает мяч, чтобы удержать его. Силы, действующие на мяч сбалансированы. Отпустите мяч или поднимите руку вверх, и силы стать неуравновешенным. Затем мяч переходит из состояния покоя в состояние движения. В полете ракеты, силы становятся уравновешенными и неуравновешенными все время. Ракета на старте колодка отбалансирована. Поверхность подушки толкает ракету вверх, в то время как гравитация пытается его опустить. При запуске двигателей тяга от ракета уравновешивает силы, и ракета летит вверх. Позже, когда у ракеты заканчивается топливо, она тормозит, останавливается в высшей точке своего полета, а затем падает обратно на Землю. Объекты в космосе также реагировать на силы. Космический корабль, движущийся через Солнечную систему, в постоянном движении. Космический корабль будет двигаться прямолинейно, если силы на нем уравновешены. Это происходит только тогда, когда космический корабль очень далеко от любого крупного источника гравитации, такого как Земля или другие планеты и их луны. Если космический корабль приблизится к большому телу в космосе, сила тяжести этого тела разбалансирует силы и искривит траекторию космический корабль. Это происходит, в частности, при отправке спутника ракеты по траектории, параллельной поверхности Земли. Если ракета выстрелит космический корабль достаточно быстро, космический корабль будет вращаться вокруг Земли. Так долго как другая неуравновешенная сила, такая как трение о молекулы газа на орбите или запуск ракетного двигателя в направлении, противоположном его движению, не замедляет космический корабль, он будет вращаться вокруг Земли вечно. Теперь, когда три основные термины этого первого закона были объяснены, можно переформулировать этот закон. Если объект, например ракета, находится в состоянии покоя, он принимает неуравновешенное заставить его двигаться. Если объект уже движется, он принимает неуравновешенный силой, чтобы остановить его, изменить его направление с прямого пути или изменить его скорость. Третий Ньютона Закон В настоящее время, мы пропустим второй закон и сразу перейдем к третьему. В этом законе говорится что каждое действие имеет равное и противоположное противодействие. Если вы когда-нибудь ступали с маленькой лодки, которая не была должным образом привязана к пирсу, вы узнаете именно то, что означает этот закон. Ракета может стартовать со стартовой площадки только тогда, когда она выбрасывает газ из его двигатель. Ракета давит на газ, а газ в свою очередь давит на ракета. Весь процесс очень похож на катание на скейтборде. Представьте, что скейтборд и райдер находятся в состоянии покоя (не двигаются). Всадник прыгает со скейтборда. В третьем законе скачок называется действие. Скейтборд реагирует на это действие, перемещаясь на некоторое расстояние. в противоположном направлении. Обратное движение скейтборда называется реакция. Когда расстояние, пройденное всадником и скейтбордом сравниваются, может показаться, что у скейтборда было гораздо больше реакция, чем действия всадника. Это не тот случай. Причина скейтборд проехал дальше в том, что он имеет меньшую массу, чем всадник. Эта концепция будет лучше объяснена при обсуждении второго закон. С ракетами, действием является выброс газа из двигателя. Реакция – это движение ракеты в обратном направлении. Чтобы ракета могла при взлете со стартовой площадки действие или тяга двигателя должны быть больше массы ракеты. Однако в космосе даже малейшие толчки заставит ракету изменить направление. Один из самых часто задаваемые вопросы о ракетах, как они могут работать в космосе, где у них нет воздуха, на который они могли бы натолкнуться. Ответ на этот вопрос исходит из третьего закона. Представьте снова скейтборд. На земле, воздух играет единственную роль в движениях райдера и скейтборда это замедлить их. Движение по воздуху вызывает трение, или как учёные назови, тащи. Окружающий воздух препятствует действию-противодействию. В результате ракеты на самом деле лучше работают в космосе, чем в воздухе. Как выхлопной газ покидая ракетный двигатель, он должен отталкивать окружающий воздух; это использует часть энергии ракеты. В космосе выхлопные газы могут уйти свободно. Секунда Ньютона Закон Этот закон движения по сути формулировка математического уравнения. Три части уравнением являются масса (m), ускорение (a) и сила (f). Использование букв для символизируют каждую часть, уравнение можно записать следующим образом: ф = млн. лет Используя простую алгебру, мы также можем записать уравнение двумя другими способами: a = ж/м м = ф/д Первая версия это уравнение чаще всего упоминается, когда речь идет о теории Ньютона. второй закон. Он гласит: сила равна массе, умноженной на ускорение. Чтобы объяснить это закон, мы будем использовать пушку старого образца в качестве примера. Когда пушка стреляет, взрыв выбрасывает пушечное ядро ​​в открытое пространство. конец ствола. Он пролетает километр или два до цели. В то же время, когда сама пушка отодвинута назад на метр или два. это действие и реакция на работе (третий закон). Сила, действующая на пушку и мяч такой же. Что происходит с пушкой и мячом, определено по второму закону. Посмотрите на два уравнения ниже. f = м(пушка) * а(пушка) f = m(мяч) * a(шар) Первое уравнение относится к пушке, а второй к пушечному ядру. В первом уравнении масса — это сама пушка, а ускорение — это движение пушки. пушка. Во втором уравнении масса — это пушечное ядро, а ускорение это его движение. Потому что сила (взрыв пороха) одинакова для два уравнения, уравнения могут быть объединены и переписаны ниже. м(пушка) * а(пушка) = м(шар) * а(шар) Чтобы сохранить две части уравнений равны, ускорения зависят от массы. В другом Другими словами, пушка имеет большую массу и маленькое ускорение. Пушка мяч имеет малую массу и большое ускорение. Давайте применить этот принцип к ракете. Замените массу пушечного ядра с массой газов, выбрасываемых из ракетного двигателя. Заменять масса пушки с массой ракеты, движущейся в другом направление. Сила – это давление, создаваемое управляемым взрывом, принимающим место внутри двигателей ракеты. Это давление ускоряет газовое путь и ракета другой. Немного интересного с ракетами случается то, чего не бывает с пушкой и шаром в этом примере. С пушкой и пушечным ядром тяга длится в течение момент. Тяга ракеты продолжается до тех пор, пока ее двигатели стреляют. Кроме того, масса ракеты изменяется во время полета. Его масса есть сумма всех его частей. Части ракеты включают двигатели, топливо баки, полезная нагрузка, система управления и топливо. Пока что большая часть массы ракеты составляет ее топливо. Но эта сумма постоянно меняется как двигатели горят. Это означает, что масса ракеты уменьшается во время полет. Для того, чтобы левая часть нашего уравнения оставалась в равновесии с правой стороны ускорение ракеты должно увеличиваться по мере ее масса уменьшается. Вот почему ракета начинает медленно двигаться и летит все быстрее и быстрее, как он поднимается в космос. секунда Ньютона Закон движения особенно полезен при разработке эффективных ракет. К позволить ракете подняться на низкую околоземную орбиту, необходимо добиться скорость, превышающая 28 000 км в час. Скорость более 40 250 км/ч. час, называемая космической скоростью, позволяет ракете покинуть Землю и пройти выйти в глубокий космос. Для достижения скорости космического полета нужна ракета двигатель для достижения наибольшей возможной силы действия в кратчайшие сроки. Другими словами, двигатель должен сжечь большую массу топлива и толкнуть образовавшийся газ из двигателя как можно быстрее. Способы сделать это будет описано в следующей главе, практическая ракетная техника.. секунда Ньютона закон движения можно переформулировать следующим образом: чем больше масса ракетного топлива сжигается, и тем быстрее образующийся газ может выйти из двигатель, тем больше тяга ракеты. Установка Ньютона Законы движения вместе Неуравновешенная сила необходимо приложить усилия, чтобы ракета взлетела со стартовой площадки или для летательного аппарата в пространстве для изменения скорости или направления (первый закон). Величина тяги (сила), создаваемая ракетным двигателем, будет определяться массой ракетное топливо, которое сгорает, и скорость выхода газа из ракеты (вторая закон). Реакция или движение ракеты равна и противоположна направление действия или тяги от двигателя (третий закон).
+ Горячая линия генерального инспектора + Данные о равных возможностях трудоустройства публикуются в соответствии с Законом об отсутствии страха + Бюджеты, стратегические планы и отчеты о подотчетности + Закон о свободе информации + Повестка дня президентского руководства + Заявление НАСА о конфиденциальности, отказ от ответственности, и сертификация доступности       Редактор: Том Бенсон Официальный представитель НАСА: Том Бенсон Последнее обновление: 13 мая 2021 г. + Свяжитесь с Гленном

как именно космический корабль попадает в космос?

Как космический корабль попадает в космос? – Матильда, 5 лет, Сидней

Здравствуйте, Матильда, спасибо за отличный вопрос! Добраться до космоса непросто, и до него несколько шагов. Во-первых, давайте подумаем, где на самом деле начинается само «пространство».

Некоторое время назад ряд экспертов определили одну точку над нами как точку, где начинается «космос». Они отметили его невидимой линией, называемой линией Кармана.

Эта линия проходит вокруг Земли и проходит примерно в 100 км над нами. Чтобы помочь вам понять, насколько это высоко, обычный самолет летит только на высоте около 10 км над землей.

Линия Кармана проходит очень высоко над нами и охватывает всю Землю.
Шаттерсток

Можем ли мы полететь в космос на самолете?

Есть много причин, по которым мы не можем просто использовать самолет, чтобы полететь в космос. Главный из них заключается в том, что чем выше мы поднимаемся, тем меньше воздуха — или, в частности, тем меньше «кислорода» в воздухе.

Двигатель — это то, что помогает самолету летать. Как и автомобильным двигателям, авиационным двигателям для работы необходим кислород. К счастью, воздух, которым мы дышим, состоит из 21% кислорода (хотя вы этого не видите)!

Самолет всасывает воздух спереди, используя большие вентиляторы с обеих сторон. Затем они смешивают этот воздух с реактивным топливом, создавая смесь топлива и кислорода, которая затем сжигается, делая воздух более горячим. Затем горячий воздух выбрасывается сзади на очень высокой скорости, толкая самолет вперед.

Два больших вентилятора по бокам самолета помогают всасывать воздух, содержащий кислород.
Шаттерсток

Но самолет, пытающийся лететь слишком близко к космосу, где не хватает кислорода, будет подобен человеку, пытающемуся дышать в комнате без воздуха.

Вот почему нам нужны ракеты, чтобы летать в космос. Большая разница между ракетными двигателями и реактивными двигателями, используемыми в самолетах, заключается в том, что ракетным двигателям не нужно получать кислород из воздуха. Вместо этого они несут с собой собственный кислород.

В каком-то смысле это плохо, так как ракетные двигатели должны нести то, что самолет может легко получить отовсюду. Это означает, что на ракете меньше места для других грузов, таких как пассажиры и багаж.

Но, с другой стороны, возможность брать кислород с собой в путешествие означает, что ракеты могут работать в космосе, намного выше, чем там, где летает большинство самолетов.

Как работает ракетный двигатель?

Подобно реактивному двигателю самолета, ракетные двигатели работают, выбрасывая очень горячий газ из задней части ракеты. Когда газ отталкивается назад, ракета толкается вперед.

Это пример правила в науке, называемого Третьим законом движения, впервые открытого известным ученым Исааком Ньютоном.