СОРБЦИЯ

РАКЕТА—ПРООБРАЗ КОСМИЧЕСКОГО КОРАБЛЯ

Сейчас общепризнано, что двигателем космического корабля будет ракета. Такой корабль может двигаться в безвоздушном пространстве. Для пассажиров движение ракеты безопасно: в отличие от пушечного снаряда ракета набирает скорость постепенно.

Скорость полёта в пределах атмосферы может быть сравнительно небольшой; а поэтому корабль с ракетным двигателем не будет испытывать большого сопротивления воздуха, и нагрев в результате трения о воздух окажется незначительным.

С помощью ракетного двигателя можно ускорить или замедлить движение корабля в безвоздушном простран­стве и, когда это нужно, изменить направление полёта.

Каков же принцип движения ракеты?

Известно, что при выстреле ружьё толкает стрелка в плечо. Происходит это потому, что газы, образую­щиеся при сгорании пороха, с одинаковой силой давят и на пулю и на ружьё. Но так как масса ружья значи­тельно больше, чем масса пули, оно отталкивается с небольшой скоростью. Это явление объясняется одним из основных законов механики — законом равенства действия и противодействия реакции. Движение, вызван­ное действием силы реакции, называют реактивным движением.

Пороховые ракеты, подобные тем, что пускают во время салютов, не годятся в качестве двигателя для космического корабля. При сгорании пороха образуется очень высокое давление. Чтобы выдержать такое давле­ние, ракета должна быть сверхпрочной, а значит и очень тяжёлой. Кроме того, расход пороха во время полёта ракеты не поддаётся регулированию, как не регулируется пламя свечи. Нельзя прекратить горение пороха и оста­новить двигатель в случае необходимости.

Этих недостатков лишены жидкостные ракеты, широко применяемые в современной технике.

Как видно из рис. 4, жидкостная ракета имеет два бака: в одном находится горючее, например этиловый спирт, в другом — окислитель, например жидкий кислород.

Два насоса, приводимые в движение турбиной, посте­пенно перегоняют обе жидкости в специальную камеру,

Где происходит химиче­ская реакция между го­рючим и окислителем, то есть, проще говоря, сгорание жидкого топ­лива. Образующиеся при этом газы выры­ваются из камеры его? рания наружу и силой отдачи заставляют ра­кету лететь вперёд.

Устойчивость движе­ния как пороховых, так и жидкостных ракет обеспечивается воздуш­ными стабилизаторами и рулями.

Но вот ракета вы­рвалась из пределов земной атмосферы. Остальной путь она пролетит в безвоздуш­ном пространстве. Воз­душные стабилизаторы и рули больше не при­годны для её управле­ния. Как же удаётся повернуть ракету или восстановить нарушен­ное направление её по­лёта? Решение этого вопроса было дано К. Э. Циолковским. Он предложил поместить рули в струе извергающихся из ракеты газов. Такие, как их называют, газовые рули смогут применяться для изменения направления ракеты в без­воздушном пространстве.

От чего зависит скорость ракеты?

В безвоздушном пространстве, вдали от небесных тел, ракета движется тем быстрее, чем больше она израсхо­довала топлива и с чем большей скоростью извергаются из неё газы. Поэтому применяют такие топлива, которые дают наибольшую скорость истечения газов. С этой точки зрения очень выгоден водород с кислородом.

Однако водород даже в жидком виде лёгок и требует значительно больших баков, чем другое горючее. Кроме того, он кипит уже при температуре —253° С. Более вы­годен гидразин [18] с азотной кидлотой. Эти жидкости (они тяжелее воды) мож­но поместить в небольших баках, и обращение с ни­ми не представляет труд­ностей.

В жидкостных ракет­ных двигателях в качестве горючего применяются также керосин, бензин, скипидар, парафин и др.

Окислителем могут слу­жить хлорная кислота, перекись водорода и др.

Все такие термохими­ческие топлива дают ско­рость истечения газов по­рядка 2,5 километра в се­кунду. Есть основания полагать, что её удастся увеличить до четырёх ки­лометров в секунду.

Имеется ещё другой рис 5 Составная ракета, способ увеличения скоро­сти ракеты и её «потолка». Для этого ракету нужно разо­гнать при помощи другой, вспомогательной ракеты. Когда вспомогательная ракета отработала, она автомати­чески отцепляется и спускается на парашюте. Затем за­пускается основная ракета. Таким образом, в момент запуска она уже находится на некоторой высоте и обла­дает определённой скоростью, что позволит ей подняться выше обычной ракеты. Такая сложная ракета называется
составной (ступенчатой) (рис. 5). Увеличив количество ступеней (вспомогательных ракет), можно добиться даль­нейшего увеличения скорости ракеты и достигаемой ею высоты (или дальности).

Практика последних лет показала, что в качестве вспомогательных ракет выгодно употреблять пороховые ракеты, так как их сила тяги по сравнению с собствен­ным весом очень велика. Повидимому, эти ракеты смогут также служить для первоначального разгона космиче­ского корабля.

Чтобы ещё более ускорить истечение газов, нужно перейти от обычного горючего к ядерному. Что такое ядерное горючее и каковы его преимущества?

В настоящее время физика успешно решила проблему превращения одних химических элементов в другие. Эти преобразования сопровождаются в некоторых случаях выделением ядерной (атомной) энергии. Вещество, вы­деляющее такую энергию, называют ядерным горючим. Особенностью этого горючего является то, что в малом его количестве заключена огромная энергия.

Хотя процесс выделения ядерной энергии протекает очень быстро, он поддаётся управлению.

Атомная ракета действует по следующему принципу. В небольшой сосуд, напоминающий камеру сгорания жидкостной ракеты, поступает жидкий водород (или ка­кая-нибудь другая жидкость). Ядерная энергия, выде­ляемая в виде тепла, мгновенно нагревает водород до очень высокой температуры. При этом он переходит в газообразное состояние и под огромным давлением устремляется наружу. При использовании атомной энер­гии струя газов будет извергаться со скоростью до не­скольких десятков километров в секунду. А чем выше скорость истечения газов, тем меньше топлива требуется для осуществления межпланетного полёта. В этом боль­шое преимущество атомной ракеты.

Принципиально, атомная ракета ничем существенным не отличается от обычных ракет. Но её созданию пре­пятствует ряд технических трудностей. Так, например, нужно «укротить» сверхвысокие температуры и давления, которые возникают в атомной ракете, иначе их не выдер­жит ни один металл. Необходимо также принять меры для защиты людей от радиоактивных излучений, сопут­ствующих выделению атомной энергии. Для этого нужен материал, поглощающий такие излучения и вместе с тем достаточно лёгкий, поскольку всякий добавочный груз сильно отражается на радиусе действия ракеты.