Почему ракеты многоступенчатые - "открытие" дилетанта )
upd - если что, дилетант - это я сам. А то, судя по комментариям, это не всем понятно. )
Вещь, которая до меня сегодня дошла, совершенно базовая, и разумеется это никакое не открытие (открытие только для меня). Но поскольку в нескольких источниках, которые я почитал про то, почему используются несколько ступеней, как-то невнятно говорится об основной причине, я всё-таки хочу поделиться "открытием" и с вами - глядишь, кому-то тоже будет любопытно.
Собственно, всё это уже написано в статье википедии "Формула Циолковского":
https://ru.wikipedia.org/wiki/Формула_Циолковского
Однако там, видимо, выдержка из другого труда, в частности, там идёт отсылка к таблице 1, которая в Вики не представлена. Я её нашёл в другом месте, вот она:
Таблицу я привёл для тех, кто хочет самостоятельно ознакомиться со статьёй из Википедии. А я лишь подытожу суть необходимости нескольких ступеней. В попавшихся мне статьях говорится, что причина в том, что используется разный состав топлива в плотных слоях атмосферы и в разреженных, но на самом деле, как я понимаю, это уже просто следствие. Люди просто технологически подстроились под другое, действительно принципиальное ограничение: одна ступень не может разогнать ракету до первой космической скорости (около 8 км/сек). Никаким увеличением количества топлива нельзя разогнать выше некоторого предела, который следует из формулы Циолковского и конструктивных особенностей.
Эти особенности, если огрубить, состоят в том, что не бывает невесомых баков (под словом невесомый подразумевается отсутствие массы, а не веса, но я не смог подобрать подходящего русского слова типа "безмассовый"). А именно: на каждый килограмм дополнительного топлива вы должны взять примерно 100 грамм "железа". И поскольку скорость истечения реактивного топлива фиксирована, то это даёт нам некоторую предельную скорость разгона, поскольку при сжигании каждого килограмма топлива мы начинаем дальше впустую тратить дальнейшую энергию на разгон "лишних" 100 грамм балласта. То есть сколько бы вы ни взяли топлива, максимальное приращение скорости, опять же грубо, составляет 4 километра в секунду. Это предел. Возьмёте в 2 раза больше топлива - придётся разгонять ещё большую массу баков, и на выходе - всё те же 4 км/сек.
В идеале после сжигания 1 кг топлива нужно выкидывать те 100 грамм бака, которые его содержали. Но это, очевидно, невозможно. Поэтому просто делают несколько ступеней. По идее, чем больше ступеней, тем выше эффективность использования топлива, однако усложнение конструкции и массы за счёт стыковки ступеней друг к другу диктует некоторое оптимальное количество ступеней - например для Союз-ФГ это три.