Скорость ракеты на орбите: Какова посадочная скорость космического корабля?

Беспилотные л. а.

Вы здесь

Космос – это таинственное пространство, которое не может не завораживать. Циолковский считал, что именно в космосе заключается будущее человечества. Пока нет никаких серьезных оснований спорить с этим ученым. Космос предлагает безграничные возможности для развития человечества и расширения жизненного пространства. К тому же, он скрывает в себе ответы на многочисленные вопросы. Сегодня человек стал активно использовать космическое пространство. Поэтому от того, как взлетают ракеты, во многом зависит наше будущее. Не менее важным является и понимание этого процесса людьми. Ниже мы расскажем вам о том, какую скорость может развивать полета космической ракеты и сколько времени уйдет на то, чтобы добраться до тех или иных космических тел.

Сразу стоит сказать, что вопрос: «С какой скоростью взлетает ракета?», не совсем правильный. Да, и вообще, приравнивать космические полеты к классическим единицам измерения не корректно. Ведь абсолютно не важно с какой скоростью взлетают ракеты, их много и все они имеет разные характеристики. Те, которые используются для вывода космонавтов на орбиту, летят не так быстро, как грузовые. В отличие от груза, человек, ограничен перегрузками. Такие грузовые ракеты, как, к примеру, сверхтяжелая Falcon Heavy может взлетать довольно быстро.

Рассчитать точные единицы скорости – непросто. В первую очередь потому, что они во многом зависят от полезной нагрузки ракеты-носителя. Не исключено, что ракета-носитель с полной загрузкой взлетает намного медленнее, чем полупустая. Но есть еще одна общая величина, к которой стремятся все ракеты – космическая скорость.

Существует первая, вторая и третья космические скорости. Первая – необходимая скорость, позволяющая двигаться по орбите и не падать на планету – это 7,9 километров в секунду. Вторая требуется для того, чтобы покинуть земную орбиту и направится к орбите другого небесного тела. Третья – позволяет космическому аппарату преодолевать притяжение Солнечной системы (СС), а также покинуть ее. На сегодняшний день с такой скоростью летят аппараты «Вояджер-1» и «Вояджер-2». Но вопреки словам журналистов, они еще не покинули границы СС. В плане астрономии им понадобится не меньше 30 тыс. лет, дабы добраться к облаку Орта. Гелиопауза же не считается границей звездной системы. Это всего лишь место, в котором солнечный ветер сталкивается с межсистемной средой.

Человечество не прекращает путешествия вокруг Земли. Чтобы долететь до Луны, нужно было преодолеть притяжение Земли, для этого ракета должна развивать скорость 40 000 км в час или 11,2 км в секунду.

Чтобы попасть на околоземную орбиту скорость ракеты должна быть 29 тыс. км в час или 7,9 км в секунду. Если же нужно отправить космический корабль в межпланетное путешествие, то скорость должна быть 40 тыс. км в час (11,2 км в секунду),

Какой должна быть скорость корабля для полета на Луну?

Для полета корабля на Луну он должен стартовать до орбитальной скорости в 29. тыс. км в час, а потом нарастать примерно до 40 тыс. км в час.

Космический корабль при такой скорости может удалиться на расстоянии, на котором на него уже будет сильнее притяжение Луны, нежели Земли. Современная техника позволяет разрабатывать корабли, которые соответствуют вышеупомянутой скорости перемещения. Но если двигатели корабля не будут действовать, он разгонится притяжением Луны и просто упадет на нее с большой силой, разрушив корабль. По этой причине, если в самом начале пути реактивные двигатели ускоряли космический корабль в направлении к Луне, то когда лунное притяжение сравнивалось с земным, двигатели начинали действовать в противоположном направлении. Таким образом, обеспечивалась мягкая посадка на Луну, при которой все люди на корабле оставались невредимыми.

На Луне нет воздуха, поэтому находится на ней можно исключительно в специальных скафандрах. Первым человеком, который спустился на поверхность Луны, стал американец Нил Армстронг, и это произошло в 1969 году. Тогда произошло первое знакомство человечества с составом лунного грунта. Его изучение позволило лучше понять историю образования Солнечной системы. Тогда геологи надеялись найти на Луне какие-то ценные вещества, которые можно было бы добывать.

Масса Земли существенно превышает массу Луны. Значит, взлететь с последней будет проще и дорога в дальний космос тоже осуществится легче. Не исключено, что в дальнейшем человечество будет использовать эту возможность. Скорость вылета на орбиту намного меньше и составляет 6120 км в час или 1,7 км в секунду.

Сколько лететь на Марс и другие планеты?

Расстояние до планеты Марс около 56 млн км. С учетом возможностей последних технологий лететь до Марса придется минимум 210 дней. Получается это 266 666 километров в день со скоростью 3 км в секунду или 11 111 км в час. Одна из главных проблем при полете на другие планеты – скорость ракеты в космосе километров в час будет недостаточно. На данный момент более реальным покажется полет на Марс за марсианскими образцами.

Если до ближней планеты Марс лететь около 210 дней, что сложно физически, но достижимо для человека, то полеты на другие планеты просто невозможны в результате физических возможностей людей.

Стоит отметить, что скорость ракеты зависит от двигателя. Чем быстрее будут вырываться газы из сопла двигателя, тем быстрее летит ракета. Газ, который образуется при сгорании современного химического топлива, развивает скорость 3-4 км в секунду (10 800 – 14 400 км в час). При этом максимальная быстрота перемещения, которую могут сообщить ракете с космическим кораблем, сокращается.

Специальные ионные двигатели для космических кораблей

Электроны и ионы в специальных ускорителях могут разгоняться до быстроты, приближенной к скорости света, а именно 300 тыс. км в секунду. Но такие ускорители – это пока ее массивные сооружения, которые не подходят для летательных аппаратов. Однако установки, у которых скорость истечения заряженных частиц примерно 100 км в секунду, могут быть установлены на ракетах. В результате, они могут сообщить соединенному с ними телу большую быстроту перемещения, чем способна достигнуть ракета с химическим топливом. К сожалению, у разработанных к настоящему времени ионных космических двигателях мала сила тяги, и вывести на орбиту многотонную ракету с кораблем они пока не могут.

Но их есть смысл устанавливать на корабле с тем, чтобы они работали, как только корабль летает по орбите. Располагаясь на корпусе корабля, они могут постоянно поддерживать его ориентацию и постепенно незначительным воздействием увеличить скорость корабля выше той, которую ему сообщили посредством химического горючего.

Разработка таких электрореактивных двигателей, действующих на орбите, ведется, применяя разные физические явления. Одна из главных задач, стоящих перед создателями ионных космических двигателей – адаптировать их для полетов на другие планеты.

Возможность достижения значительных скоростей полета ракеты в космосе с такими двигателями, чем с химическим топливом, делает более реальной разработку кораблей для полетов на ближайшие планеты.

Вырвавшись в космос, люди не остановились на путешествиях вокруг Земли. Следующей целью явилась Луна и чтобы туда долететь надо было прежде преодолеть притяжение Земли. Для этого скорость ракеты была 11,2 км/с или 40 000 км/ч.

Скорость ракеты 7,9 км/с (29 тыс.км/ч) необходимо чтобы попасть на околоземную орбиту, 11,2 км/с (40 тыс. км/ч) – если нужно отправить корабль в межпланетное путешествие.

Скорость корабля для полета на Луну

Для полёта на Луну космический корабль стартовал до орбитальной скорости в 29 000 км/ч, а затем разогнан до скорости примерно до 40 000 километров в час. При такой скорости космический корабль может удалиться на расстояние, на котором на него уже притяжение Луны сильнее притяжения Земли. Современная техника позволяет создавать корабли, достигающие упомянутой быстроте перемещения.
Однако если не будут действовать двигатели корабля, он разгонится притяжением Луны и упадет на нее с огромной силой, и всё живое внутри корабля погибнет. Поэтому, если в начале пути Земля-Луна реактивные двигатели ускоряют корабль в направлении к Луне, то после того как лунное притяжение сравняется с земным, двигатели будут действовать в противоположном направлении. Так обеспечивается мягкая посадка на Луну, при которой все люди внутри корабля остаются невредимыми.
Воздуха на Луне нет поэтому находиться на ней люди могут только в специальных скафандрах. Первым человеком, ступившим на поверхность Луны, был американец Армстронг, и произошло это в 1969 году, тогда первое знакомство с составом лунного грунта состоялось. Изучение его поможет лучше понять историю образования солнечной системы. Геологи не исключают нахождение на Луне таких ценных веществ, которые будет целесообразно добывать.
Масса Луны существенно меньше массы Земли. Значит, взлететь с нее легче и дорога в дальний космос легче осуществится с нее. Не исключено что эту возможность человечество в дальнейшем будет использует. Скорость вылета на орбиту Луны гораздо меньше и составляет – 1,7 км/с или 6120 км/ч.

Полеты на Марс и другие планеты

Это 266 666 км в день или со скоростью 11 111 километров в час 3 км в секунду.

Одной из основных существующих проблем при полете на другие планеты является скорость ракеты в космосе км/ч которой не достаточно. Пока что более реальней планируется полёт на Марс за марсианскими образцами.

Если до самой ближайшей планеты Марс лететь минимум 210 дней, что физически трудно, но достижимо для человека, то полеты на другие планеты невозможны из-за физиологических возможностей людей.

Скорость ракеты в космосе км/ч зависит от двигателя. Чем с большей быстротой вырываются газы из сопла реактивного двигателя, тем быстрее летит ракета. Газ, образующийся при сгорании современного химического топлива, имеет скорость 3-4 километра в секунду (10 800-14 400 километров в час). И этим ограничивается максимальная быстрота перемещения, которую они могут сообщить ракете с космическим кораблем.

Ионные двигатели для космических аппаратов

А вот ионы и электроны в специальных ускорителях могут быть разогнаны до быстроты близкой к скорости света – 300 000 километров в секунду. Однако такие ускорители – это пока массивные сооружения не подходящие для летательных аппаратов. Но установки, у которых скорость истечения заряженных частиц около 100 километров в секунду, могут быть на ракетах установлены. Следовательно, они могут сообщить соединенному с ними телу быстроту перемещения большую, чем может достигнуть ракета с химическим топливом. К сожалению, у созданных к настоящему времени ионных космических двигателях сила тяги мала, и вывести на орбиту многотонную ракету с кораблем пока они не могут.
Однако их целесообразно устанавливать на корабле с тем, чтобы они работали, когда корабль уже летает по орбите. Находясь на корпусе корабля, они могут непрерывно поддерживать его ориентацию и постепенно слабым воздействием увеличивать скорость корабля выше той, которую ему сообщили с помощью химического горючего.
Разработка таких, действующих на орбите, электрореактивных двигателей ведется, используя различные физические явления. Одна из задач, стоящих перед разработчиками ионных космических двигателей, сделать их пригодными для полетов на другие планеты.

Возможность достичь с такими двигателями значительно больших скоростей ракеты в космосе, чем с химическим топливом, делает более реальным создание кораблей для полетов на ближайшие планеты.

Орбитальная скорость

Что, если космический корабль замедлится при входе в атмосферу всего до нескольких миль в час, используя ракетные ускорители, такие как «Марс-небесный кран»? Отменяет ли это необходимость в теплозащитном экране?

—Брайан

Возможно ли, чтобы космический корабль контролировал вход в атмосферу таким образом, чтобы избежать сжатия атмосферы и, таким образом, не потребовался бы дорогой (и относительно хрупкий) тепловой экран снаружи?

—Кристофер Мэллоу

Может ли (маленькая) ракета (с полезной нагрузкой) быть поднята в высокую точку в атмосфере, где для достижения космической скорости потребуется только небольшая ракета?

— Кенни Ван де Маэле

Все ответы на эти вопросы основаны на одной и той же идее. Эту идею я затрагивал в других статьях, но сегодня я хочу сосредоточиться на ней конкретно:

Причина, по которой трудно выйти на орбиту, не в том, что космос находится высоко.

Трудно попасть на орбиту, потому что нужно лететь так быстро .

Пространство не такое:

Пространство похоже на это :

Космос находится примерно в 100 километрах от нас. Это далеко — я не хотел бы подниматься по лестнице, чтобы добраться туда — но это не , что далеко. Если вы находитесь в Сакраменто, Сиэтле, Канберре, Калькутте, Хайдарабаде, Пномпене, Каире, Пекине, центральной Японии, центральной Шри-Ланке или Портленде, космос ближе, чем море.

Отправление в космос[1]В частности, на низкую околоземную орбиту, где находится Международная космическая станция и куда могут летать шаттлы. легко. Это не то, что вы могли бы сделать в своей машине, но это не такая уж большая проблема. Вы можете отправить человека в космос с помощью небольшой ракеты размером с телефонный столб. Самолет X-15 достиг космоса [2] X-15 дважды достигал 100 км, оба пилотировал Джо Уокер. просто двигайтесь быстро, а затем поворачивайте вверх.[3] Обязательно помните, что нужно рулить вверх, а не вниз, иначе у вас будут плохие времена.

Но доставить в космос несложно. Проблема в том, что остается там .

Гравитация на низкой околоземной орбите почти так же сильна, как и на поверхности. Космическая станция вообще не вырвалась из-под земного притяжения; он испытывает около 90% притяжения, которое мы чувствуем на поверхности.

Чтобы не упасть обратно в атмосферу, нужно лететь боком очень-очень быстро .

Скорость, необходимая для пребывания на орбите, составляет около 8 километров в секунду.[4]Это немного меньше, если вы находитесь в более высокой области низкой околоземной орбиты. Только часть энергии ракеты используется для подъема из атмосферы; подавляющее большинство из них используется для получения орбитальной (боковой) скорости.

Это подводит нас к центральной проблеме выхода на орбиту: Для достижения орбитальной скорости требуется гораздо больше топлива, чем для достижения орбитальной высоты. Для разгона корабля до 8 км/с требуется партия ракет-носителей. Достичь орбитальной скорости достаточно сложно; достижение орбитальной скорости при наличии достаточного количества топлива для замедления было бы совершенно непрактичным. [5] Это экспоненциальное увеличение является центральной проблемой ракетной техники: топливо, необходимое для увеличения вашей скорости на один км/с, увеличивает ваш вес примерно в 1,4 раза. Чтобы выйти на орбиту, вам нужно увеличить скорость до 8 км/с, а значит, вам понадобится много топлива: $ 1,4\times1,4\times1,4\times1,4\times1,4\times1,4 \times1.4\times1.4\приблизительно в 15$ раз больше первоначального веса вашего корабля.

Использование ракеты для замедления сопряжено с той же проблемой: снижение скорости на каждый 1 км/с увеличивает вашу стартовую массу в 1,4 раза. Если вы хотите полностью снизить скорость до нуля — и плавно погрузиться в атмосферу — потребность в топливе умножит ваш вес на 15 , снова .

Эти возмутительные потребности в топливе являются причиной того, что каждый космический корабль, входящий в атмосферу, тормозится с помощью теплозащитного экрана вместо ракет — врезаться в воздух — самый практичный способ замедления. (И чтобы ответить на вопрос Брайана, марсоход Curiosity не был исключением из этого; хотя он использовал небольшие ракеты, чтобы зависнуть, когда находился у поверхности, он сначала использовал воздушное торможение, чтобы сбросить большую часть своей скорости.)

Какова скорость 8 км/с?

Я думаю, что причина большой путаницы в этих вопросах заключается в том, что, когда астронавты находятся на орбите, не кажется, что они движутся так быстро; они выглядят так, будто медленно плывут по голубому шарику.

Но 8 км/с — это молниеносно быстро. Когда вы смотрите на небо перед закатом, вы иногда можете увидеть, как мимо проходит МКС… а затем, через 90 минут, вы видите, как она снова проходит мимо.[6]Есть несколько хороших приложений и онлайн-инструментов, которые помогут вам обнаружить станцию. , наряду с другими аккуратными спутниками. Мне больше всего нравится ISS Detector, но если поискать в Google, можно найти множество других. В тех 90 минут, он облетел весь мир.

МКС движется так быстро, что если вы выстрелите из винтовки с одного конца футбольного поля,[7]Любого вида. Международная космическая станция могла пересечь поле до того, как пуля пролетит 10 ярдов. Этот тип игры разрешен в австралийском футболе по правилам.

Давайте представим, как бы это выглядело, если бы вы шли на скорость по поверхности Земли со скоростью 8 км/с.

Чтобы лучше понять темп вашего путешествия, давайте воспользуемся ритмом песни, чтобы отметить течение времени.[9]] Использование битов песни для измерения времени — это метод, который также используется при обучении сердечно-легочной реанимации, где песня «Stayin ‘Alive» используется для . предположим, вы начали играть песню The Proclaimers 1988 года, I’m Gonna Be (500 Miles) . В этой песне около 131,9 ударов в минуту, так что представьте, что с каждым ударом песни вы продвигаетесь вперед более чем на две мили.

За время, необходимое для исполнения первой строчки припева, можно было пройти от Статуи Свободы до Бронкса:

Чтобы пересечь Ла-Манш между Лондоном и Францией, вам потребуется около двух строчек припева (16 тактов песни).

Длина песни приводит к странному совпадению. Интервал между началом и концом I’m Gonna Be составляет 3 минуты 30 секунд,[10]Исходя из официального видео на Youtube, МКС движется со скоростью 7,66 км/с.

Это означает, что если космонавт на МКС прослушает I’m Gonna Be , в промежутке между первым тактом песни и последними строчками…

… они проедут примерно ровно 1000 миль.

Спасательная скорость | Поговорим о науке

до н.э.
11
Науки о Земле 11 (июнь 2018 г.
Большая идея: Астрономия стремится объяснить происхождение и взаимодействие Земли и ее Солнечной системы.

ЮТ
11
Науки о Земле 11 (Британская Колумбия, июнь 2018 г.)
Большая идея: Астрономия стремится объяснить происхождение и взаимодействие Земли и ее Солнечной системы.

АВ
11
Физика 20 (2007 г., обновление 2014 г.)
Блок А: Кинематика

АВ
11
Наука 20 (2007 г., обновлено в 2014 г.)
Модуль B: Изменения в движении

AB
10
Наука о знаниях и трудоустройстве 10-4 (2006)
Модуль B: Понимание технологий передачи энергии

AB
10
Наука 10 (2005 г. , обновлено в 2015 г.)
Раздел B: Поток энергии в технологических системах

AB
10
Наука 14 (2003 г., обновлено в 2014 г.)
Модуль B: Понимание технологий передачи энергии

AB
11
Наука 24 (2003 г., обновлено в 2014 г.)
Модуль D: Безопасность движения, изменений и транспортировки

BC
11
Физика 11 (июнь 2018 г.)
Большая идея: движение объекта можно предсказать, проанализировать и описать.

до н.э.
12
Физика 12 (июнь 2018 г.)
Большая идея: измерение движения зависит от нашей системы отсчета.

МБ
10
Старший 2 науки (2001)
Кластер 3: В движении

МБ
11
Старший 3 Физика (2003)
Тема 3: Механика

NB
11
Физика 11 (2003)
Кинематика

НЛ
10
Наука 1206 (2018)
Блок 3: Движение

NL
11
Физика 2204 (2018)
Блок 1: Кинематика

NL
12
Физика 3204 (2019)
Блок 1: Движение

NL
12
Наука 3200 (2005)
Модуль 2: Движение и его приложения

Н.С.
10
Наука 10 (2012, 2019)
Физические науки: движение

NS
11
Физика 11 (2021)
Кинематика

НУ
11
Физика 20 (Альберта, 2007 г. , обновлено в 2014 г.)
Блок A: Кинематика

NU
11
Science 20 (Альберта, 2007 г., обновлено в 2014 г.)
Модуль B: Изменения в движении

NU
10
Наука о знаниях и трудоустройстве 10-4 (2006)
Блок B: Понимание технологий передачи энергии

NU
10
Наука 10 (2005 г., обновлено в 2015 г.)
Модуль B: Поток энергии в технологических системах

НУ
10
Наука 14 (2003 г., обновлено в 2014 г.)
Блок B: Понимание технологий передачи энергии

NU
11
Наука 24 (Альберта, 2003 г., обновлено в 2014 г.)
Блок D: безопасность движения, изменений и транспортировки

ON
11
Физика, 11 класс, университет (SPh4U)
Нить B: Кинематика

ВКЛ.
12
Физика, 12 класс, Колледж (SPh5C)
Strand B: Движение и его приложения

PE
10
Наука 421А (2019)
Знание содержания: CK 3.1

PE
10
Наука 431A (без даты)
Раздел 3: Физика

ЧП
11
Физика 521А (2009)
Кинематика

Контроль качества
Раздел V
Физика
Кинематика

YT
11
Physics 11 (Британская Колумбия, июнь 2018 г. )
Большая идея: движение объекта можно предсказать, проанализировать и описать.

ЮТ
12
Physics 12 (Британская Колумбия, июнь 2018 г.)
Большая идея: измерение движения зависит от нашей системы отсчета.

СК
10
Наука 10 (2016)
Сила и движение в нашем мире

NT
11
Физика 20 (Альберта, 2007 г., обновлено в 2014 г.)
Блок A: Кинематика

NT
11
Science 20 (Альберта, 2007 г., обновлено в 2014 г.)
Модуль B: Изменения в движении

НТ
10
Наука о знаниях и трудоустройстве 10-4 (Альберта, 2006 г.)
Модуль B: Понимание технологий передачи энергии

NT
10
Science 10 (Альберта, 2005 г., обновлено в 2015 г.)
Раздел B: Поток энергии в технологических системах

NT
10
Наука 14 (Альберта, 2003 г., обновлено в 2014 г.)
Модуль B: Понимание технологий передачи энергии

NT
11
Наука 24 (Альберта, 2003 г., обновлено в 2014 г.)
Модуль D: Безопасность движения, изменений и транспортировки

AB
9
Наука о знаниях и трудоустройстве 8, 9(пересмотрено в 2009 г.