Ракетная техника

Ракета-носитель Протон

Ракета (от итал. rocchetta — маленькое веретено через нем. Rakete или нидерл. raket) — летательный аппарат, двигающийся за счёт реактивной силы, возникающей при отбросе части собственной массы. Полёт ракеты не требует обязательного наличия окружающей воздушной или газовой среды и возможен не только в атмосфере, но и в вакууме.

В общем случае, словом ракета обозначают широкий спектр летающих устройств от праздничной «шутихи» до космической ракеты-носителя.

В военной терминологии слово ракета обозначает класс, как правило, беспилотных летательных аппаратов, применяемых для поражения удалённых целей и использующих для полёта принцип реактивного движения. В связи с разнообразным применением ракет различными родами войск образовался широкий класс различных типов ракетного оружия.

Взлёт ракеты земля-воздух.

Большинство современных ракет оснащаются химическими ракетными двигателями. Подобный двигатель может использовать твёрдое, жидкое или гибридное ракетное топливо. Химическая реакция между топливом и окислителем начинается в камере сгорания, получающиеся в результате горячие газы образуют истекающую реактивную струю, ускоряются в реактивном сопле (или соплах) и выбрасываются из ракеты. Ускорение этих газов в двигателе создаёт тягу — толкающую силу, заставляющую ракету двигаться. Принцип реактивного движения описывается третьим законом Ньютона.

Однако не всегда для движения ракет используются химические реакции. В паровых ракетах перенагретая вода, вытекающая через сопло, превращается в высокоскоростную паровую струю, служащую движителем. Эффективность паровых ракет относительно низка, однако это окупается их простотой и безопасностью, а также дешевизной и доступностью воды. Работа небольшой паровой ракеты в 2004 году была проверена в космосе на борту спутника UK-DMC. Существуют проекты использования паровых ракет для межпланетной транспортировки грузов, с нагревом воды за счёт ядерной или солнечной энергии.

Ракеты наподобие паровой, в которых нагрев рабочего тела происходит вне рабочей зоны двигателя иногда описывают как системы с двигателями внешнего сгорания. Другими примерами ракетных двигателей внешнего сгорания может служить большинство конструкций ядерных ракетных двигателей.

Высокая скорость истечения продутов сгорания топлива (часто большая, чем М10), позволяет использовать ракеты в областях, где требуются сверхбольшие скорости движения, например, для вывода космических аппаратов на орбиту Земли (см. Первая космическая скорость). Максимальная скорость, которая может быть достигнута при помощи ракеты, рассчитывается по формуле Циолковского, описывающей приращение скорости, как произведение скорости истечения на отношение начальной и конечной массы аппарата.

В космосе наиболее ярко проявляется основная особенность ракеты — отсутствие потребности в наличие окружающей среды или внешних сил для своего перемещения. Эта особенность, однако, требует того, чтобы все компоненты, необходимые для создания реактивной силы находились на борту самой ракеты. Так для ракет, использующих в качестве топлива такие плотные компоненты, как жидкий кислород и керосин отношение веса топлива к весу конструкции достигает 20/1. Для ракет, работающих на кислороде и водороде, это соотношение меньше — около 10/1. Массовые характеристики ракеты очень сильно зависят от типа используемого ракетного двигателя и закладываемых пределов надёжности конструкции.

Скорость, требуемая для выведения на орбиту космических аппаратов, часто, недостижима даже при помощи ракеты. Паразитный вес топлива, конструкции, двигателей и системы управления настолько велик, что не даёт разогнать ракету до нужной скорости за приемлимое время. Задача решается за счёт использования составных многоступенчатых ракет, позволяющих отбросить излишний вес в процессе полёта.

За счёт уменьшения общего веса конструкции и выгорания топлива ускорение составной ракеты с течением времени увеличивается. Оно может немного снижаться лишь в момент сбрасывания отработавших ступеней и начала работы двигателей следующей ступени. Подобные многоступенчатые ракеты, предназначенные для запуска космических аппаратов, называют ракетоносителями^[1].

Истоки ракет

Первые ракеты использовались для фейерверков

В соответствии со свидетельством древнеримского писателя Авла Геллия (англ. Aulus Gellius) одно из первых реактивных устройств использовалось более 2000 лет назад, ещё в 400 году до н. э., греческим философом-пифагорийцем Архитом Тарентским, заставлявшим деревянного голубя двигаться вдоль проволоки с помощью пара, перед глазами изумлённых жителей своего города. Архит Таренский использовал принцип «действие-противодействие», который был научно описан только в XVII веке.

Тем не менее, истоки возникновения ракет большинство историков относят ко временам китайской династии Хань (206 год до н. э.—220 н. э.), к открытию пороха и началу его использования для фейерверков и развлечений. Сила, возникающая при взрыве порохового заряда была достаточной, чтобы двигать различные предметы. Позже этот принцип нашёл применение при создании первых пушек и мушкетов. Снаряды порохового оружия могли летать на далёкие расстояния, однако не были ракетами, поскольку не имели собственных запасов топлива. Тем не менее, именно изобретение пороха стало основной предпосылкой возникновения настоящих ракет.

Так же известно, по историческим хроникам, что ракеты были применяемы запорожскими казаками, начиная с 16-17 вв. Позднее секрет изготовления был утерян, и в XIX в теория ракетной тяги была воссоздана Засядко Александром Дмитриевичем.

Применение

Мобильный комплекс «Тополь», с трёхступенчатой твердотопливной межконтинентальной баллистической ракетой РТ-2ПМ

Военное дело

Основная статья: Ракетное оружие

Ракеты используются как способ доставки средств поражения к цели. Небольшие размеры и высокая скорость перемещения ракет обеспечивает им малую уязвимость. Так как для управления боевой ракетой не нужен пилот, она может нести заряды большой разрушительной силы, в том числе ядерные. Современные системы самонаведения и навигации дают ракетам большую точность и манёвренность.

Существует множество видов боевых ракет отличающихся дальностью полёта, а также местом старта и местом поражения цели («земля» — «воздух»).

Для борьбы с боевыми ракетами используются системы противоракетной обороны.

Научные исследования

Запуск Black Brant XII с космодрома Уоллопс

Основная статья: Метеорологическая ракета

Основная статья: Геофизическая ракета

Самолёты и воздушные шары, запускаемые для изучения атмосферы Земли имеют высотный потолок 30-40 километров. Ракеты такого потолка не имеют и используются для зондирования верхних слоёв атмосферы, главным образом мезосферы и ионосферы.

Существует деление ракет на лёгкие метеорологические, способные поднять один комплекс приборов на высоту около 100 километров и тяжёлые геофизические, которые могут нести несколько комплексов приборов и чья высота полёта практически не ограничена.

Обычно научные ракеты оснащают приборами для измерения атмосферного давления, магнитного поля, космического излучения и состава воздуха, а также оборудованием для передачи результатов измерения по радио на землю. Существуют модели ракет, где приборы с полученными в ходе подъёма данными опускаются на землю с помощью парашютов.

Ракетные метеорологические исследования предшествовали спутниковым, поэтому на первых метеоспутниках стояли те же приборы, что и на метеорологических ракетах. В первый раз ракета была запущена с целью изучить параметры воздушной среды 11 апреля 1937, но регулярные ракетные запуски начались с 1950-х годов, когда были созданы серии специализированных научных ракет. В Советском Союзе это были метеорологические ракеты МР-1, М-100, МР-12, ММР-06 и геофизические типа «Вертикаль».^[2] В современной России в сентябре 2007-го использовались ракеты М-100Б.^[3] За пределами России применялись ракеты «Аэроби», «Black Brant», «Skylark».

Космонавтика

Союз ТМА-3 перевозят на пусковую площадку. Ракета-носитель Союз-ФГ

Основная статья: Ракета-носитель

Ракета является единственным транспортным средством способным вывести космический аппарат в космос. Альтернативные способы поднимать космические аппараты на орбиту, такие как «космический лифт», пока что находятся на стадии проектирования.

Используемые для нужд космонавтики ракеты называются ракеты-носители, так как они несут на себе полезную нагрузку. Чаще всего в качестве ракет-носителей используются многоступенчатые баллистические ракеты. Старт ракеты-носителя происходит с Земли, или, в случае долгого полёта, с орбиты искусственного спутника Земли.

В настоящее время космическими агентствами разных стран используются ракеты-носители Атлас V, Ариан 5, Протон, Дельта IV, Союз-2 и многие другие.

Хобби, спорт и развлечения

Запуск модели ракеты

Существует люди увлекающиеся ракетомодельным спортом, чьё хобби состоит в постройке и запуске моделей ракет. Также ракеты используют в любительских и профессиональных фейерверках.

Ракеты на перекиси водорода применяются в реактивных ранцах^[4], а также ракеты используются как двигатель в ракетных автомобилях. Ракетные автомобили сохраняют рекорд в гонках на максимальное ускорение.^[5]

Физика

Силы действующие на ракету в полёте

Наука, исследующая силы действующие на ракеты или другие космические аппараты, называется астродинамика.

Основные силы действующие на ракету в полёте:

1. Тяга двигателя
2. Притяжение небесного тела
3. При движении в атмосфере — лобовое сопротивление.
4. Подъёмная сила. Обычно мала, но значительна для ракетопланов.

См. также

• Космический летательный аппарат
• Многоступенчатая ракета
• Ракета-носитель
• Ракетное оружие
  • Баллистическая ракета
    • Баллистические ракеты подводных лодок
  • Зенитная ракета
  • Крылатая ракета
  • Межконтинентальная баллистическая ракета
  • Стратегическая ракета
  • Тактическая ракета
• Поморцев Михаил Михайлович
• Циолковский Константин Эдуардович
• Цандер Фридрих Артурович
• Вернер фон Браун
• Королёв Сергей Павлович
• Янгель Михаил Кузьмич
• Челомей Владимир Николаевич
• Решетнёв Михаил Фёдорович
• Глушко Валентин Петрович
• Исаев Алексей Михайлович
• Надирадзе Александр Давидович
• Севрук Доминик Доминикович
• Косберг Семен Ариевич
• Макеев Виктор Петрович

Литература

• Ракета // Космонавтика : Маленькая энциклопедия ; Главный редактор В. П. Глушко. 2-е издание, дополнительное — Москва: «Советская энциклопедия», 1970 — C. 372

Примечания

1. ↑ Словарь ударений
2. ↑ МЕТЕОРОЛОГИЧЕСКИЕ ИСЗ В. С. Агалаков, А. Ш. Сире
3. ↑ «На Земле Франца-Иосифа возобновлено ракетное зондирование атмосферы». Российская газета.
4. ↑ THE ROCKET BELT
5. ↑ Sammy Miller

Летательный аппарат

Автожир • Аэростат • Вертолёт • Винтокрыл • Дельталёт • Дельтаплан • Дирижабль • Летающая подводная лодка • Махолёт • Мускулолёт • Планер • Мотопланер • Ракета • Ракетоплан • Самолёт • Экранолёт • Экраноплан