Come decolla un razzo: l'astronautica in parole semplici. Missile balistico intercontinentale: come funziona Perché un razzo vola nello spazio

Un razzo è un mezzo di trasporto per una persona nell'aria, nell'atmosfera. Anche gli aeroplani e altri velivoli servono per volare. Ma vengono da...

Un razzo è un mezzo di trasporto per una persona nell'aria, nell'atmosfera.. Anche gli aeroplani e altri velivoli servono per volare. Ma sono diversi l'uno dall'altro. Il razzo decolla, aerei e veicoli volano. Ma le leggi del volo sono diverse. Un razzo è più simile a un grande proiettile sparato in aria. Il razzo è progettato per volare nello spazio. E decolla grazie alla spinta del jet.

Come si muove un razzo? A causa della spinta del getto.
Può volare non solo in aria? Forse. Può volare anche nel vuoto. Non c'è aria nello spazio, ma il razzo vola ancora. E anche meglio che in aria.

Il sistema di volo del razzo funziona secondo la legge di Newton. I gas nel motore vengono accelerati, creando una spinta che crea forza. Con l'aiuto di questa forza, il razzo si muove. Per muoversi bisogna partire da qualcosa. Quando un'auto guida o una persona cammina, si allontana superficie terrestre e caderci sopra di nuovo. Si scopre il movimento in avanti, perché agisce la forza di trazione della Terra. Il razzo sale nello spazio, ma non cade indietro. Con l'aiuto dei gas reattivi viene respinto dalla Terra, ma non ritorna indietro, vincendo la forza di spinta. Gli oggetti acquatici funzionano più o meno allo stesso modo: un sottomarino, un calamaro, uno squalo nuotano.

Carburante, affinché il razzo possa decollare, usa una varietà di cose. Può essere liquido e solido. Bruciando carburante, il razzo si solleva in aria. Dopo la camera di combustione del carburante ci sono gli ugelli. Da loro fuoriesce gas bruciato, che solleva il razzo nello spazio. Un razzo che sale può essere paragonato a un vulcano in eruzione. Quando vola in aria, puoi osservare grandi nuvole di fumo, odore di bruciato, fuoco. Proprio come un vulcano o un big bang.

Il razzo è composto da diverse fasi. Nel corso del suo volo, questi passaggi vengono separati. Nello spazio stesso è già molto più facile, vola navicella spaziale, che ha buttato via tutto il carico extra, cos'era un razzo.

Esempio di messa in scena

Va notato che l'aereo non può volare nello spazio. Palloncino Stesso. Di tutti i mezzi di trasporto aereo conosciuti, il razzo è l'unico che va nello spazio e può volare oltre il pianeta Terra.

Questo è interessante: il razzo non è l'aereo più famoso fino ad oggi. È noto che una volta i vimana volavano nello spazio. Il principio del volo ricorda il volo del razzo di oggi. superiore Il razzo ricorda un vimana, ma ha una forma leggermente diversa.

Come e perché decolla un razzo

Per vedere come decolla il razzo, devi guardare speciali servizi televisivi o trovare video pertinenti su Internet. Solo le persone coinvolte in questo processo possono diventare testimoni diretti del decollo e vedere con i propri occhi da breve distanza dove si sta dirigendo il dispositivo, mentre devono trovarsi sul territorio del cosmodromo.

Com'è il decollo?

La navicella spaziale non può avviarsi da sola, per questo necessita di ricevere un comando dal centro di controllo. Il razzo si trova in posizione verticale nello spazioporto, quindi i motori iniziano a emettere un suono potente. Per prima cosa, una fiamma brillante di dimensioni impressionanti appare sotto, si sente un rombo crescente. Quindi questo razzo vola in alto: prima a una velocità relativamente bassa, poi più velocemente. Ogni secondo che ci si allontana sempre di più dalla Terra, il suono diventa più forte.

Ben presto, la navicella spaziale si trova a un'altitudine che sia gli aerei civili che quelli da combattimento non sono in grado di raggiungere. A tale altezza volano solo i veicoli progettati per operare nelle distese dell'Universo, che si trovano al di fuori dei confini delle atmosfere dei corpi celesti. Letteralmente un minuto dopo, l'apparato di decollo si ritrova nello spazio, cioè nello spazio senz'aria. Quindi continua la sua strada, a seconda del percorso pianificato sulla Terra. Questo dispositivo, come prima, è controllato dal posto di comando.

motori jet

Il suono che fa un razzo quando decolla indica che è dotato di motori a reazione. I motori sono azionati dalla forza risultante dalla comparsa di un potente getto di gas caldi. Questi gas si formano in una camera speciale quando il carburante brucia. Può sembrare incredibile che abbiano la capacità di lanciare facilmente un razzo del peso di diverse tonnellate nell'orbita spaziale, mentre il suono caratteristico si sente a una distanza abbastanza grande dal sito di lancio.

Tuttavia, va tenuto presente che l'aria contenuta nelle camere delle biciclette o delle automobili sopporta con successo il peso sia dei guidatori di veicoli a due ruote che degli automobilisti, nonché dei loro passeggeri e del loro carico. Pertanto, non c'è nulla di sorprendente nel fatto che un gas eccessivamente caldo, fuoriuscendo dall'ugello di un razzo con grande forza, sia in grado di spingerlo verso l'alto ad alta velocità. Praticamente dopo ogni lancio di un razzo, la piattaforma di lancio, costruita con materiali particolarmente durevoli, deve essere riparata, perché i razzi non dovrebbero decollare da una superficie danneggiata.

La terza legge di Newton

Stiamo parlando della legge, che significa legge di conservazione della quantità di moto. Inizialmente, un razzo, immobile sulla rampa di lancio prima del lancio, ha quantità di moto pari a zero. Dopo l'accensione dei motori, il suono aumenta, durante la combustione del carburante si formano prodotti gassosi ad alta temperatura che fuoriescono dall'ugello ad alta velocità aereo. Ciò si traduce nella creazione di un vettore di quantità di moto che punta verso il basso.

Esiste però una legge di conservazione della quantità di moto, secondo la quale la quantità di moto totale acquisita dal veicolo di decollo rispetto alla rampa di lancio deve essere ancora pari a zero. Qui si origina un altro vettore di quantità di moto, la cui azione è finalizzata a bilanciare il prodotto rispetto ai gas in uscita. Sembra dovuto al fatto che la navicella spaziale, che era ferma, inizia a muoversi. La quantità di moto diretta verso l'alto è pari al peso del prodotto moltiplicato per la sua velocità.

Se i motori a razzo sono abbastanza potenti, aumenta rapidamente la velocità. Questa velocità è sufficiente per mettere la navicella spaziale nell'orbita terrestre per un tempo abbastanza breve. Il veicolo di decollo ha una potenza che dipende direttamente dal carburante riempito. IN Periodo sovietico i motori a razzo funzionavano con cherosene per aviazione. Attualmente viene utilizzata una miscela chimica più complessa che, quando bruciata, rilascia un'enorme quantità di energia.

Anche tra le persone che hanno studiato fisica, capita spesso di sentire una spiegazione completamente falsa del volo di un razzo: vola perché viene respinto dall'aria dai suoi gas, formati durante la combustione della polvere da sparo in esso. Così pensavano ai vecchi tempi (i razzi sono una vecchia invenzione). Tuttavia, se un razzo venisse lanciato in uno spazio senz'aria, non volerebbe né peggio, né meglio, che nell'aria. La vera ragione del movimento del razzo è completamente diversa. Il rivoluzionario del Primo Marzo Kibalchich lo ha affermato in modo molto chiaro e semplice nella sua lettera di suicidio sulla macchina volante da lui inventata. Spiegando la struttura dei missili da combattimento, scrisse:

“In un cilindro di stagno, chiuso su una base e aperto sull'altra, è inserito saldamente un cilindro di polvere pressata, avente un vuoto sotto forma di canale lungo l'asse. La combustione della polvere da sparo inizia dalla superficie di questo canale e si diffonde in un certo periodo di tempo fino alla superficie esterna della polvere da sparo pressata; i gas formati durante la combustione producono pressione in tutte le direzioni; ma le pressioni laterali dei gas sono reciprocamente equilibrate, mentre la pressione sul fondo del guscio di stagno della polvere da sparo, non equilibrata dalla pressione opposta (poiché i gas hanno libera uscita in questa direzione), spinge il razzo in avanti.

Qui accade la stessa cosa di quando viene sparato un cannone: il proiettile vola in avanti e il cannone stesso viene respinto indietro. Ricorda il "rinculo" di una pistola e di qualsiasi arma da fuoco in generale! Se il cannone restasse sospeso in aria, senza appoggiarsi a nulla, dopo aver sparato indietreggerebbe con una certa velocità, che è tante volte inferiore alla velocità del proiettile, quante volte il proiettile è più leggero del cannone stesso. Nel romanzo di fantascienza di Jules Verne "Upside Down", gli americani progettarono addirittura di utilizzare la forza di rinculo di un gigantesco cannone per realizzare un'impresa grandiosa: "raddrizzare l'asse terrestre".

Un razzo è lo stesso cannone, solo che non emette proiettili, ma gas in polvere. Per lo stesso motivo ruota anche la cosiddetta “ruota cinese”, che probabilmente vi è capitato di ammirare mentre si fabbricavano i fuochi d'artificio: quando la polvere da sparo brucia nei tubi fissati alla ruota, i gas fuoriescono in una direzione, i tubi stessi (e con loro la ruota) ottengono il movimento opposto. In sostanza, questa è solo una modifica del noto dispositivo fisico: la ruota Segner.

È interessante notare che prima dell'invenzione del battello a vapore esisteva un progetto per una nave meccanica basato sullo stesso inizio; la riserva d'acqua della nave avrebbe dovuto essere espulsa utilizzando una potente pompa a pressione a poppa; di conseguenza, la nave dovette andare avanti, come quei barattoli di latta galleggianti che sono disponibili per dimostrare il principio in esame nelle aule di fisica scolastica. Questo progetto (proposto da Ramsey) non fu realizzato, ma ebbe un ruolo ben noto nell'invenzione del battello a vapore, poiché spinse Fulton alla sua idea.

Sappiamo anche che la più antica macchina a vapore, inventata da Erone d'Alessandria nel II secolo aC, era costruita secondo lo stesso principio: il vapore proveniente dalla caldaia entrava attraverso un tubo in una sfera montata su un asse orizzontale; poi, uscendo dai tubi a gomito, il vapore spingeva questi tubi nella direzione opposta e la palla cominciava a ruotare.

La più antica macchina a vapore (turbina) attribuita ad Airone di Alessandria
(II secolo a.C.).

Sfortunatamente, l'eroina della turbina a vapore nell'antichità rimase solo un giocattolo curioso, poiché l'economicità del lavoro degli schiavi non incoraggiava nessuno all'uso pratico delle macchine. Ma il principio stesso non è stato abbandonato dalla tecnologia: ai nostri giorni viene utilizzato nella costruzione di turbine a reazione.

A Newton, l'autore della legge di azione e reazione, viene attribuito uno dei primi progetti di un'auto a vapore, basato sullo stesso principio: il vapore proveniente da una caldaia montata su ruote fuoriesce in una direzione, e la caldaia stessa rotola nella direzione direzione opposta a causa del rinculo.

Macchina a vapore attribuita a Newton.

Le auto a razzo, sugli esperimenti con cui nel 1928 scrissero molto su giornali e riviste, sono una moderna modifica del carro newtoniano.

Per gli amanti dell'artigianato, ecco il disegno di un piroscafo di carta, anch'esso molto simile al carretto di Newton: in una caldaia a vapore da un uovo vuoto, riscaldato da un batuffolo di cotone imbevuto di alcool in un ditale, si forma vapore; fuggendo con un getto in una direzione, costringe l'intero battello a vapore a muoversi nella direzione opposta. Per la costruzione di questo istruttivo giocattolo però sono necessarie mani molto abili.

Barca giocattolo fatta di carta e gusci d'uovo. Il carburante è l'alcol versato in un ditale.
Il vapore che fuoriesce dall'apertura della "caldaia a vapore" (un uovo soffiato) fa navigare il piroscafo nella direzione opposta.

Cos'è un razzo spaziale? Come è organizzato? Come vola? Perché le persone viaggiano nello spazio sui razzi?

Sembrerebbe che tutto questo lo sappiamo da molto tempo e bene. Ma per ogni evenienza, controlliamo noi stessi. Ripetiamo l'alfabeto.

Il nostro pianeta Terra è coperto da uno strato d'aria: l'atmosfera. Sulla superficie della Terra, l'aria è piuttosto densa, densa. Sopra - si assottiglia. Ad un'altitudine di centinaia di chilometri, "svanisce" impercettibilmente, passa nello spazio senz'aria.

Rispetto all’aria in cui viviamo, è vuota. Ma, parlando in senso strettamente scientifico, il vuoto non è completo. Tutto questo spazio è permeato dai raggi del Sole e delle stelle, da essi volano frammenti di atomi. In esso galleggiano particelle di polvere cosmica. Puoi incontrare un meteorite. Tracce delle loro atmosfere si avvertono in prossimità di molti corpi celesti. Pertanto, lo spazio esterno senz’aria non possiamo chiamarlo vuoto. Lo chiameremo semplicemente spazio.

Sia sulla Terra che nello spazio opera la stessa legge di gravitazione universale. Secondo questa legge tutti gli oggetti si attraggono a vicenda. L'attrazione dell'enorme globo è molto palpabile.

Per staccarti dalla Terra e volare nello spazio, devi prima di tutto superare in qualche modo la sua attrazione.

L'aereo lo supera solo parzialmente. Decollando appoggia le ali nell'aria. E non può salire dove l'aria è molto rarefatta. Soprattutto nello spazio, dove non c'è affatto aria.

Non puoi arrampicarti su un albero più in alto dell'albero stesso.

Cosa fare? Come "salire" nello spazio? Su cosa fare affidamento dove non c'è nulla?

Immaginiamoci come giganti di enorme statura. Siamo sulla superficie della Terra e l'atmosfera arriva fino alla cintola. Abbiamo una palla tra le mani. Lo liberiamo dalle nostre mani: vola sulla Terra. Cade ai nostri piedi.

Ora lanciamo la palla parallelamente alla superficie della Terra. Obbedendo a noi, la palla dovrebbe volare sopra l'atmosfera, in avanti dove l'abbiamo lanciata. Ma la Terra non smise di attirarlo verso di sé. E, obbedendole, lui, come la prima volta, deve volare giù. La palla è costretta a obbedire ad entrambi. E quindi vola da qualche parte nel mezzo tra due direzioni, tra "avanti" e "giù". Il percorso della palla, la sua traiettoria, è ottenuta sotto forma di una linea curva che si piega verso la Terra. La palla scende, si tuffa nell'atmosfera e cade sulla Terra. Ma non più ai nostri piedi, ma da qualche parte a distanza.

Lanciamo la palla più forte. Volerà più veloce. Sotto l'influenza della gravità terrestre, ricomincerà a girarsi verso di essa. Ma ora, più delicatamente.

Lanciamo la palla ancora più forte. Volò così velocemente, cominciò a girare così dolcemente che non “ha più il tempo” di cadere sulla Terra. La sua superficie "arrotonda" sotto di essa, come se uscisse da sotto. La traiettoria della palla, sebbene si pieghi verso la Terra, non è sufficientemente ripida. E si scopre che, mentre cade continuamente verso la Terra, la palla vola comunque intorno al globo. La sua traiettoria si chiuse in un anello, divenne un'orbita. E ora la palla ci volerà sopra continuamente. Senza smettere di cadere a terra. Ma non avvicinarsi a lei, non picchiarla.

Per mettere la palla in un'orbita circolare come questa, devi lanciarla a una velocità di 8 chilometri al secondo! Questa velocità è chiamata circolare, o prima cosmica.

È curioso che questa velocità in volo venga preservata da sola. Il volo rallenta quando qualcosa interferisce con il volo. E la palla non è in mezzo. Vola sopra l'atmosfera, nello spazio!

Come puoi volare "per inerzia" senza fermarti? È difficile da capire perché non abbiamo mai vissuto nello spazio. Siamo abituati al fatto di essere sempre circondati dall'aria. Sappiamo che un batuffolo di cotone, non importa quanto forte lo lanci, non volerà lontano, si impantanerà nell'aria, si fermerà e cadrà sulla Terra. Nello spazio tutti gli oggetti volano senza resistenza. A una velocità di 8 chilometri al secondo, fogli di giornale spiegati, pesi di ghisa, minuscoli razzi giocattolo di cartone e vere astronavi di acciaio possono volare nelle vicinanze. Tutti voleranno fianco a fianco, senza restare indietro e senza sorpassarsi a vicenda. Gireranno intorno alla terra allo stesso modo.

Ma torniamo alla palla. Lanciamolo ancora più forte. Ad esempio, a una velocità di 10 chilometri al secondo. Cosa ne sarà di lui?

Il razzo orbita a diverse velocità iniziali.

A questa velocità, la traiettoria si raddrizzerà ancora di più. La palla inizierà ad allontanarsi da terra. Quindi rallenterà, tornerà dolcemente alla Terra. E, avvicinandosi, accelererà proprio alla velocità con cui l'abbiamo fatto volare, fino a dieci chilometri al secondo. A questa velocità ci supererà e proseguirà. Tutto si ripeterà dall'inizio. Ancora una volta sali con decelerazione, gira, scendi con accelerazione. Inoltre, questa palla non cadrà mai a terra. Anche lui andò in orbita. Ma non circolare, ma ellittica.

Una palla lanciata ad una velocità di 11,1 chilometri al secondo "raggiungerà" la Luna stessa e solo allora tornerà indietro. E ad una velocità di 11,2 chilometri al secondo, non tornerà affatto sulla Terra, lascerà vagare per il sistema solare. La velocità di 11,2 chilometri al secondo è chiamata la seconda cosmica.

Quindi, puoi rimanere nello spazio solo con l'aiuto dell'alta velocità.

Come accelerare almeno fino alla prima velocità cosmica, fino a otto chilometri al secondo?

La velocità di un'auto su una buona autostrada non supera i 40 metri al secondo. La velocità dell'aereo TU-104 non è superiore a 250 metri al secondo. E dobbiamo muoverci alla velocità di 8000 metri al secondo! Vola più di trenta volte più veloce di un aereo! Correre a quella velocità in aria è generalmente impossibile. L'aria "non lascia". Diventa un muro impenetrabile sul nostro cammino.

Ecco perché allora, immaginandoci come giganti, "sporchiamo fino alla cintola" dall'atmosfera allo spazio. L'aria ci disturbava.

Ma i miracoli non accadono. Non ci sono giganti. Ma devi ancora "uscire". Come essere? Costruire una torre alta centinaia di chilometri è ridicolo anche solo pensarlo. È necessario trovare un modo per passare lentamente, "lentamente", attraverso l'aria densa nello spazio. E solo dove nulla interferisce, “su una buona strada” per accelerare alla velocità desiderata.

In una parola, per rimanere nello spazio, devi accelerare. E per accelerare bisogna prima arrivare nello spazio e restarci.

Per resistere, accelera! Per accelerare, tieni duro!

L'uscita da questo circolo vizioso è stata suggerita alle persone dal nostro straordinario scienziato russo Konstantin Eduardovich Tsiolkovsky. Solo un razzo è adatto per andare nello spazio e accelerare al suo interno. È su di lei che andrà avanti la nostra conversazione.

Il razzo non ha ali né eliche. Non può fare affidamento su nulla in volo. Non ha bisogno di spingere nulla per andare avanti. Può muoversi sia nell'aria che nello spazio. Più lento nell'aria, più veloce nello spazio. Si muove in modo reattivo. Cosa significa? Ecco un vecchio ma ottimo esempio.

La riva di un lago tranquillo. C'è una barca a due metri dalla riva. Il naso è diretto al lago. Un ragazzo è in piedi a poppa della barca, vuole saltare a terra. Si sedette, si tirò su, saltò con tutte le sue forze ... e "atterrò" sano e salvo sulla riva. E la barca ... partì e nuotò silenziosamente lontano dalla riva.

Quello che è successo? Quando il ragazzo saltava, le sue gambe funzionavano come una molla, che veniva compressa e poi raddrizzata. Questa "molla" da un lato ha spinto l'uomo a riva. Altri: una barca nel lago. La barca e l'uomo si spinsero a vicenda. La barca galleggiava, come si suol dire, grazie al rinculo, o reazione. Questa è la modalità di movimento del jet.

Schema di un razzo multistadio.

Il ritorno ci è ben noto. Consideriamo, ad esempio, come spara un cannone. Quando viene sparato, il proiettile vola in avanti dalla canna e la pistola stessa rotola indietro bruscamente. Perché? Sì, tutto per lo stesso motivo. La polvere da sparo all'interno della canna della pistola, bruciando, si trasforma in gas caldi. Nel tentativo di scappare, hanno fatto pressione su tutte le pareti dall'interno, pronti a fare a pezzi la canna della pistola. Spingono fuori proiettile di artiglieria e, espandendosi, funzionano anche come una molla: “lanciano in direzioni diverse” un cannone e un proiettile. Solo il proiettile è più leggero e può essere respinto per molti chilometri. La pistola è più pesante e può essere tirata indietro solo leggermente.

Prendiamo ora il solito piccolo razzo da polvere, utilizzato da centinaia di anni per i fuochi d'artificio. È un tubo di cartone chiuso su un lato. All'interno c'è polvere da sparo. Se viene dato alle fiamme, brucia trasformandosi in gas roventi. Sfondando l'estremità aperta del tubo, si lanciano indietro e il razzo in avanti. E la spingono così forte che vola in cielo.

I razzi in polvere esistono da molto tempo. Ma per i razzi spaziali di grandi dimensioni, la polvere da sparo, a quanto pare, non è sempre conveniente. Prima di tutto, la polvere da sparo non è affatto l'esplosivo più potente. L'alcol o il cherosene, ad esempio, se spruzzati finemente e mescolati con goccioline di ossigeno liquido, esplodono più forte della polvere da sparo. Tali liquidi hanno nome comune- carburante. E l'ossigeno liquido o i liquidi che lo sostituiscono, contenenti molto ossigeno, sono chiamati agenti ossidanti. Il carburante e l'ossidante insieme formano il carburante per missili.

Un moderno motore a razzo a propellente liquido, o LRE in breve, è una camera di combustione molto resistente, in acciaio, simile a una bottiglia. Il suo collo con una campana è un ugello. Una grande quantità di carburante e ossidante viene continuamente iniettata nella camera attraverso i tubi. Avviene una combustione violenta. La fiamma infuria. gas caldi da forza incredibile ed esplose attraverso l'ugello con un forte ruggito. Uscendo, spingi dentro la telecamera rovescio. La telecamera è fissata al razzo e si scopre che i gas stanno spingendo il razzo. Il getto di gas è diretto all'indietro e quindi il razzo vola in avanti.

Un grande razzo moderno assomiglia a questo. Sotto, nella sua coda, ci sono i motori, uno o più. In alto, quasi tutto lo spazio libero è occupato dai serbatoi del carburante. In alto, nella testa del razzo, mettono ciò per cui vola. Che deve "consegnare all'indirizzo". Nei razzi spaziali, può trattarsi di una sorta di satellite che deve essere messo in orbita o di un'astronave con astronauti.

Il razzo stesso è chiamato veicolo di lancio. E un satellite o una nave sono un carico utile.

Sembra quindi che abbiamo trovato una via d’uscita dal circolo vizioso. Abbiamo un razzo con un motore a razzo liquido. Muovendosi a getto, può “tranquillamente” attraversare un'atmosfera densa, uscire nello spazio e accelerare lì alla velocità desiderata.

La prima difficoltà che gli scienziati missilistici hanno dovuto affrontare è stata la mancanza di carburante. I motori a razzo sono appositamente resi molto "golosi" in modo che brucino il carburante più velocemente, producano e respingano quanti più gas possibile. Ma ... il razzo non avrà il tempo di guadagnare nemmeno la metà della velocità richiesta, poiché il carburante nei serbatoi finirà. E questo nonostante il fatto che abbiamo letteralmente riempito di carburante l'intero interno del razzo. Rendere il razzo più grande per contenere più carburante? Non aiuterà. Un razzo più grande e pesante richiederà più carburante per accelerare e non ci sarà alcun vantaggio.

Anche Tsiolkovsky ha suggerito una via d'uscita da questa spiacevole situazione. Ha consigliato di realizzare razzi multistadio.

Prendiamo diversi razzi di diverse dimensioni. Si chiamano passaggi: il primo, il secondo, il terzo. Ne mettiamo uno sopra l'altro. Di seguito è riportato il più grande. Per lei è meno. Sopra: il più piccolo, con un carico utile in testa. Questo è un razzo a tre stadi. Ma potrebbero esserci più passaggi.

Durante il decollo, l'accelerazione inizia la prima fase più potente. Dopo aver esaurito il carburante, si separa e ricade sulla Terra. Il razzo elimina il peso in eccesso. Il secondo stadio inizia a funzionare, continuando l'accelerazione. I suoi motori sono più piccoli, più leggeri e consumano carburante in modo più economico. Dopo aver lavorato, anche la seconda fase si separa, passando il testimone alla terza. Questo è abbastanza facile. Finisce la sua corsa.

Tutti i razzi spaziali sono multistadio.

Prossima domanda Qual è il modo migliore per un razzo di andare nello spazio? Forse, come un aeroplano, decollare lungo un sentiero concreto, decollare dalla Terra e, guadagnando gradualmente quota, salire in uno spazio senz'aria?

Non è redditizio. Ci vorrà troppo tempo per volare in aria. Il percorso attraverso gli strati densi dell'atmosfera dovrebbe essere il più breve possibile. Pertanto, come probabilmente avrai notato, tutti i razzi spaziali, ovunque volino, decollano sempre verso l'alto. E solo nell'aria rarefatta girano gradualmente nella giusta direzione. Un tale decollo in termini di consumo di carburante è il più economico.

I razzi multistadio lanciano un carico utile in orbita. Ma a quale costo? Giudica tu stesso. Per mettere una tonnellata nell'orbita terrestre, devi bruciare diverse decine di tonnellate di carburante! Per un carico di 10 tonnellate: centinaia di tonnellate. Il razzo americano Saturn-5, che mette in orbita terrestre 130 tonnellate, pesa da solo 3.000 tonnellate!

E forse la cosa più deludente è che ancora non sappiamo come riportare i veicoli di lancio sulla Terra. Dopo aver svolto il loro lavoro, disperdendo il carico utile, si separano e... cadono. Schiantati al suolo o annega nell'oceano. La seconda volta non possiamo usarli.

Immagina che un aereo passeggeri sia stato costruito per un solo volo. Incredibile! Ma i razzi, che costano più degli aerei, sono costruiti per un solo volo. Pertanto, il lancio in orbita di ciascun satellite o veicolo spaziale è molto costoso.

Ma stiamo divagando.

Lungi dall'essere sempre, il nostro compito è solo quello di mettere il carico utile in un'orbita circolare vicino alla Terra. Più spesso viene impostato un compito più difficile. Ad esempio, per consegnare un carico utile sulla luna. E a volte riportalo indietro da lì. In questo caso, dopo essere entrato in un'orbita circolare, il razzo deve eseguire molte più “manovre” diverse. E tutti richiedono il consumo di carburante.

Ora parliamo di queste manovre.

L'aereo vola prima con il naso perché ha bisogno di tagliare l'aria con il muso affilato. E il razzo, dopo essere entrato nello spazio senz'aria, non ha più nulla da tagliare. Non c'è niente sul suo cammino. E poiché il razzo nello spazio, dopo aver spento il motore, può volare in qualsiasi posizione, sia poppando in avanti, sia rotolando. Se durante un volo di questo tipo il motore viene riacceso brevemente, spingerà il razzo. E qui tutto dipende da dove è puntato il naso del razzo. Se in avanti, il motore spingerà il razzo e volerà più velocemente. Se torni indietro, il motore lo tratterrà, lo rallenterà e volerà più lentamente. Se il razzo guarda di lato con il naso, il motore lo spingerà di lato e cambierà la direzione del suo volo senza cambiare la sua velocità.

Lo stesso motore può fare qualsiasi cosa con un razzo. Accelerare, frenare, girare. Tutto dipende da come miriamo o orientiamo il razzo prima di accendere il motore.

Sul razzo, da qualche parte nella coda, ci sono piccoli getti di orientamento. Sono diretti dagli ugelli in diverse direzioni. Accendendoli e spegnendoli, puoi spingere la coda del razzo su e giù, a sinistra e a destra, e quindi girare il razzo. Orientalo con il naso in qualsiasi direzione.

Immagina di dover volare sulla luna e tornare. Quali manovre saranno necessarie per questo?

Innanzitutto entriamo in un'orbita circolare attorno alla Terra. Qui potrete riposarvi spegnendo il motore. Senza spendere un solo grammo di prezioso carburante, il razzo girerà "silenziosamente" intorno alla Terra finché non decideremo di volare più lontano.

Per raggiungere la Luna è necessario passare da un'orbita circolare a un'orbita ellittica molto allungata.

Orientiamo il muso del razzo in avanti e accendiamo il motore. Inizia a spingerci. Non appena la velocità supera leggermente gli 11 chilometri al secondo, spegnere il motore. Il razzo è entrato in una nuova orbita.

Devo dire che è molto difficile “centrare il bersaglio” nello spazio. Se la Terra e la Luna fossero stazionarie e fosse possibile volare nello spazio in linea retta, la questione sarebbe semplice. Mira - e vola, mantenendo il bersaglio tutto il tempo "sulla rotta", come fanno i capitani delle navi marittime e i piloti. E la velocità non conta. Prima o poi arrivi, che differenza fa. Tuttavia la meta, il “porto di destinazione”, non andrà da nessuna parte.

Non è così nello spazio. Andare dalla Terra alla Luna è più o meno come colpire un uccello in volo con una palla mentre si gira rapidamente su una giostra. Giudica tu stesso. La terra da cui decolliamo gira. Anche la luna - il nostro "porto di destinazione" - non sta ferma, vola intorno alla Terra, volando un chilometro al secondo. Inoltre, il nostro razzo non vola in linea retta, ma in un'orbita ellittica, rallentando gradualmente il suo movimento. La sua velocità solo all'inizio era di oltre undici chilometri al secondo, poi, a causa della gravità terrestre, cominciò a diminuire. E devi volare a lungo, diversi giorni. E mentre non ci sono punti di riferimento in giro. Non c'è strada. Non c'è e non può esserci alcuna mappa, perché non ci sarebbe niente da mettere sulla mappa: non c'è niente intorno. Uno nero. Solo stelle molto, molto lontane. Sono sopra e sotto di noi, da ogni lato. E dobbiamo calcolare la direzione del nostro volo e la sua velocità in modo tale che alla fine del percorso arriviamo al luogo previsto nello spazio contemporaneamente alla Luna. Se commettiamo un errore di velocità, arriveremo in ritardo all '"appuntamento", la Luna non ci aspetterà.

Per raggiungere l'obiettivo nonostante tutte queste difficoltà, gli strumenti più complessi vengono installati sulla Terra e sul razzo. I computer elettronici lavorano sulla Terra, centinaia di osservatori, calcolatori, scienziati e ingegneri lavorano.

E nonostante tutto questo, controlliamo ancora una o due volte lungo il percorso se stiamo volando correttamente. Se deviamo leggermente, effettuiamo, come si suol dire, una correzione della traiettoria. Per fare ciò, orientiamo il muso del razzo nella giusta direzione, accendiamo il motore per alcuni secondi. Spingerà un po' il razzo, ne correggerà il volo. E poi vola come dovrebbe.

Anche arrivare sulla Luna è difficile. Per prima cosa dobbiamo volare come se volessimo "mancare" la luna. In secondo luogo, vola a poppa. Non appena il razzo raggiunge la Luna, accendiamo brevemente il motore. Ci rallenta. Sotto l'influenza della gravità della luna, giriamo nella sua direzione e iniziamo a girarci attorno in un'orbita circolare. Qui puoi fare di nuovo una pausa. Quindi iniziamo ad atterrare. Ancora una volta, orientiamo il razzo “poppa in avanti” e ancora una volta accendiamo brevemente il motore. La velocità diminuisce e iniziamo a cadere verso la luna. Non lontano dalla superficie della Luna riaccendiamo il motore. Comincia a frenare la nostra caduta. È necessario calcolare in modo tale che il motore spenga completamente la velocità e ci fermi poco prima dell'atterraggio. Quindi scenderemo dolcemente, senza impatto, sulla luna.

Il ritorno dalla Luna sta già procedendo secondo l'ordine familiare. Per prima cosa decolliamo in un'orbita circolare, circumlunare. Quindi aumentiamo la velocità e passiamo a un'orbita ellittica allungata, lungo la quale andiamo verso la Terra. Ma atterrare sulla Terra non è la stessa cosa che atterrare sulla Luna. La terra è circondata da un'atmosfera e la resistenza dell'aria può essere utilizzata per frenare.

Tuttavia, è impossibile immergersi nell'atmosfera. Da una frenata troppo brusca, il razzo divamperà, si brucerà, andrà in pezzi. Pertanto, lo puntiamo in modo che entri nell'atmosfera "a caso". In questo caso, si immerge negli strati densi dell'atmosfera non così rapidamente. La nostra velocità sta lentamente diminuendo. A un'altitudine di diversi chilometri si apre il paracadute e siamo a casa. Ecco quante manovre richiede un volo sulla luna.

Per risparmiare carburante, i progettisti utilizzano anche qui il multistadio. Ad esempio, i nostri razzi, che sono atterrati dolcemente sulla Luna e da lì hanno portato campioni di suolo lunare, avevano cinque fasi. Tre: per il decollo dalla Terra e il volo sulla Luna. Il quarto riguarda lo sbarco sulla Luna. E il quinto: tornare sulla Terra.

Tutto ciò che abbiamo detto finora è stata, per così dire, teoria. Adesso facciamo un'escursione mentale al cosmodromo. Vediamo come appare il tutto nella pratica.

Costruisci missili nelle fabbriche. Ove possibile, vengono utilizzati i materiali più leggeri e resistenti. Per alleggerire il razzo, si cerca di rendere tutti i suoi meccanismi e tutta l'attrezzatura il più "portatile" possibile. Sarà più facile ottenere un razzo: puoi portare più carburante con te, aumentare il carico utile.

Il razzo viene portato allo spazioporto in alcune parti. È assemblato in un grande edificio di assemblaggio e test. Quindi una gru speciale - un installatore - in posizione sdraiata trasporta un razzo, vuoto, senza carburante, sulla rampa di lancio. Lì la prende in braccio e la mette in posizione verticale. Da tutti i lati, quattro supporti del sistema di lancio sono avvolti attorno al razzo in modo che non cada dalle raffiche di vento. Quindi vengono portate delle fattorie di servizio con balconi in modo che i tecnici che preparano il razzo per il lancio possano avvicinarsi a qualsiasi dei suoi luoghi. Vengono portati un albero di rifornimento con tubi attraverso i quali il carburante viene versato nel razzo e un albero portacavi con cavi elettrici per controllare tutti i meccanismi e gli strumenti del razzo prima del volo.

I razzi spaziali sono enormi. Il nostro primo razzo spaziale "Vostok" e già allora aveva un'altezza di 38 metri, con un edificio di dieci piani. E il più grande razzo americano Saturn-5 a sei stadi, che portò gli astronauti americani sulla luna, aveva un'altezza di oltre cento metri. Il suo diametro alla base è di 10 metri.

Una volta controllato tutto e completato il rifornimento di carburante, le capriate di servizio, l'albero di rifornimento e l'albero dei cavi vengono retratti.

Ed ecco l'inizio! Su un segnale dal posto di comando, l'automazione inizia a funzionare. Fornisce carburante alle camere di combustione. Accende l'accensione. Il carburante si accende. I motori iniziano a guadagnare rapidamente potenza, esercitando sempre più pressione sul razzo dal basso. Quando finalmente ottengono la piena potenza e sollevano il razzo, i supporti si inclinano, rilasciano il razzo e con un ruggito assordante, come su una colonna di fuoco, va in cielo.

Il controllo di volo del razzo viene effettuato in parte automaticamente, in parte via radio dalla Terra. E se il razzo trasporta un'astronave con gli astronauti, allora loro stessi potranno controllarla.

Per comunicare con il razzo in giro il globo si trovano le stazioni radio Dopotutto, il razzo fa il giro del pianeta e potrebbe essere necessario contattarlo proprio quando si trova "dall'altra parte della Terra".

La tecnologia missilistica, nonostante la sua giovinezza, ci mostra le meraviglie della perfezione. I razzi volarono sulla luna e tornarono indietro. Hanno volato per centinaia di milioni di chilometri verso Venere e Marte, effettuando lì atterraggi morbidi. I veicoli spaziali con equipaggio hanno eseguito le manovre più complesse nello spazio. Centinaia di vari satelliti sono stati lanciati nello spazio da razzi.

Ci sono molte difficoltà sui sentieri che portano allo spazio.

Perché un uomo possa viaggiare, ad esempio, su Marte, avremmo bisogno di un razzo di dimensioni assolutamente incredibili e mostruose. Navi oceaniche più grandiose che pesano decine di migliaia di tonnellate! Non c'è niente da pensare sulla costruzione di un simile razzo.

Per la prima volta, quando si vola verso i pianeti più vicini, l'attracco nello spazio può aiutare. Enormi astronavi "a lungo raggio" possono essere costruite pieghevoli, da collegamenti separati. Con l'aiuto di razzi relativamente piccoli, posiziona questi collegamenti nella stessa orbita di "assemblaggio" vicino alla Terra e attracca lì. Quindi è possibile assemblare una nave nello spazio, che sarà persino più grande dei razzi che l'hanno sollevata pezzo per pezzo nello spazio. Tecnicamente è possibile anche oggi.

Tuttavia, l’attracco non facilita di molto la conquista dello spazio. Lo sviluppo di nuovi motori a razzo darà molto di più. Anche reattivi, ma meno voraci di quelli liquidi attuali. La visita ai pianeti del nostro sistema solare farà grandi progressi dopo lo sviluppo dei motori elettrici e atomici. Tuttavia, verrà il momento in cui diventeranno necessari voli verso altre stelle, verso altri sistemi solari. nuova tecnologia. Forse per allora scienziati e ingegneri saranno in grado di costruire razzi fotonici. "Fire jet" avranno un raggio di luce incredibilmente potente. Con un consumo di materia trascurabile, tali razzi possono accelerare fino a velocità di centinaia di migliaia di chilometri al secondo!

La tecnologia spaziale non smetterà mai di svilupparsi. Una persona si porrà sempre più obiettivi. Per raggiungerli, inventare missili sempre più avanzati. E dopo averli creati, per fissare obiettivi ancora più maestosi!

Molti di voi si dedicheranno sicuramente alla conquista dello spazio. Buona fortuna per questo emozionante viaggio!

I razzi salgono nello spazio bruciando propellenti liquidi o solidi. Una volta accesi in combustori ad alta resistenza, questi propellenti, tipicamente composti da un combustibile e un ossidante, rilasciano enormi quantità di calore, creando pressioni elevatissime che spingono i prodotti della combustione verso la superficie terrestre attraverso ugelli espandibili.

Poiché i prodotti della combustione scendono dagli ugelli, il razzo si solleva. Questo fenomeno è spiegato dalla terza legge di Newton, secondo la quale ad ogni azione corrisponde una reazione uguale e contraria. Poiché i motori a propellente liquido sono più facili da controllare rispetto ai motori a propellente solido, sono comunemente usati nei razzi spaziali, in particolare nel razzo Saturn V mostrato nella figura a sinistra. Questo razzo a tre stadi brucia migliaia di tonnellate di idrogeno liquido e ossigeno per spingere la navicella spaziale in orbita.

Per sollevarsi rapidamente, la spinta di un razzo deve superare il suo peso di circa il 30%. Allo stesso tempo, se la navicella spaziale deve entrare nell'orbita terrestre, deve sviluppare una velocità di circa 8 chilometri al secondo. La spinta dei razzi può raggiungere diverse migliaia di tonnellate.

1. Cinque motori del primo stadio sollevano il razzo ad un'altezza di 50-80 chilometri. Una volta esaurito, il carburante del primo stadio si separerà e i motori del secondo stadio si accenderanno.
2. Circa 12 minuti dopo il lancio, il secondo stadio trasporta il razzo ad un'altitudine di oltre 160 chilometri, dopodiché si separa con i serbatoi vuoti. Anche un razzo per la fuga di emergenza si separa.
3. Accelerato da un unico motore del terzo stadio, il razzo mette la navicella spaziale Apollo in un'orbita temporanea vicino alla Terra, a circa 320 chilometri di altezza. Dopo una breve pausa, i motori si riaccendono, aumentando la velocità della navicella a circa 11 chilometri al secondo e puntandola verso la Luna.

Il motore F-1 del primo stadio brucia il carburante e rilascia i prodotti della combustione nell'ambiente.

Dopo il lancio in orbita, la navicella Apollo riceve un impulso accelerato verso la Luna. Quindi il terzo stadio si separa e la navicella spaziale, composta dal modulo di comando e dal modulo lunare, entra in un'orbita di 100 chilometri attorno alla luna, dopodiché il modulo lunare atterra. Dopo aver consegnato gli astronauti che sono stati sulla Luna al modulo di comando, il modulo lunare si separa e cessa di funzionare.

Un razzo è il mezzo di trasporto più veloce perché ha un tipo speciale di motore: un jet. Il carburante con cui sono riempiti i serbatoi del razzo, al comando di "accensione", divampa e inizia a bruciare. Quindi il carburante si trasforma in gas caldo. Quindi il gas fuoriesce con grande forza attraverso l'ugello del razzo. L'ugello è il foro sul fondo del razzo. Il getto di gas è diretto in una direzione e il razzo, al contrario, si precipita nella direzione opposta. Per dirigere il razzo nella giusta direzione è necessario controllare il getto di gas caldo in uscita. Un esempio di propulsione a reazione sono i calamari e altri abitanti del mare.

Il razzo è enorme, la sua altezza è di 90 metri. Lo scopo di un razzo è trasportare merci nello spazio, motivo per cui viene chiamato veicolo di lancio. Il carico può essere un satellite o un veicolo spaziale. Questo carico è molto pesante e per sollevarlo sono necessari diversi razzi. Quindi i razzi si allineano a forma di piramide, uno sopra l'altro, a gradini. E insieme formano un potente razzo multistadio. Il carico è posizionato nella parte superiore del razzo. È coperto da un cupolino. Ogni fase è un razzo indipendente. I motori si trovano nella coda del razzo, il resto è occupato dai serbatoi del carburante.

I passaggi funzionano in sequenza. Il gradino inferiore inizia per primo. Lei è la più potente. Quando il carburante al suo interno si esaurisce, si stacca automaticamente e lo stadio intermedio inizia a funzionare. Il razzo prende rapidamente velocità e quando finisce il carburante si disconnette automaticamente. Inizia la terza fase. Il terzo stadio accelera la nave ancora più velocemente. Quindi prende la prima velocità cosmica e va in orbita. Inoltre, la navicella spaziale vola in modo indipendente e anche il terzultimo stadio si disconnette e cade sulla Terra. Ma i razzi non raggiungono la Terra perché si riscaldano e si bruciano quando cadono.

Come è costruita un'astronave?

Si compone di due parti. Il primo è il “veicolo di discesa”, il secondo è il “vano strumenti”. Il veicolo di discesa è una piccola cabina in cui si trovano gli astronauti. Si adatta solo alle sedie degli astronauti. Lì lavorano e riposano. Il portello d'ingresso e gli oblò sono ben chiusi.