03 / Механика полёта
Кажется, что самая трудная задача ракеты — подняться высоко. На самом деле высота сама по себе ещё не делает аппарат спутником Земли.
Главное — набрать достаточную скорость вдоль поверхности планеты.
Досье 03 / Техника полёта
Сначала
огонь.
Потом орбита.
Ракета — один из самых наглядных способов увидеть законы механики в действии. И один из самых сложных способов куда-либо добраться.
Вертикальный старт
Иллюстрация, не масштабРис. 03
Иллюстрация, не масштабРис. 03
Физика / Движение
Ракета летит,
потому что выбрасывает
массу назад.
Ракетный двигатель может работать в вакууме: ему не нужно отталкиваться от воздуха.
Горячие газы вырываются из сопла в одну сторону, а ракета получает импульс в противоположную. Это следствие закона сохранения импульса. По мере расходования топлива масса ракеты уменьшается, а набор скорости становится эффективнее.
Многоступенчатая схема позволяет сбрасывать пустые баки и отработавшие двигатели. Оставшейся части больше не нужно разгонять бесполезный груз.
Чтобы оставаться на орбите, нужно постоянно «падать» мимо Земли.
На низкой околоземной орбите типичная орбитальная скорость составляет примерно 7,8 км/с. При такой скорости поверхность Земли как бы уходит вниз по мере движения спутника. При этом сопротивление атмосферы, гравитационные потери и профиль полёта требуют от ракеты большего суммарного изменения скорости, чем одна только орбитальная скорость.
≈ 7,8 км/с
Характерная орбитальная скорость вокруг Земли.
Импульс
Реактивное движение подчиняется законам механики.
2022
Беспилотное испытание системы SLS и Orion с полётом к Луне.
Условная анимация / 03
Три фазы
выведения на орбиту.
Отрыв от стартового стола
Тяга двигателя превышает вес ракеты, и она начинает подниматься. На первых участках полёта важны управление, аэродинамические нагрузки и расход топлива.
Фаза полёта01 / 03
Схема условная. Это не точная
модель траектории или высоты.
модель траектории или высоты.
История / Современность
Миссии к Луне
начинаются на Земле.
16 ноября 2022 года стартовала беспилотная миссия Artemis I — первое комплексное испытание ракеты SLS и корабля Orion.
Успешный запуск — результат работы тысяч людей. Помимо двигателей и конструкции требуется рассчитать профиль полёта, обеспечить связь, управление, питание, теплозащиту и безопасное возвращение аппарата.
Именно поэтому космический полёт нельзя свести к эффектному моменту взлёта. Ракета — только начало сложной системы, которая должна точно выполнять последовательность операций на протяжении всей миссии.
Для подробностей о миссии — официальный обзор NASA Artemis I.
Источники и проверка фактов
Вернуться к материалу / 01Гравитация без выхода
↗