Нюансы реактивного движения, о которых не говорят в школе
В школьной физике много что идеализируется в целях упрощения вычислений и доступности для понимания. Пренебрегаем сопротивлением, вводим нерастяжимую невесомую нить, g=const в пределах Земли и т.п.
Реактивное движение - одна из тем, которой отводится меньше всего времени в школьной программе, однако это уникальная технология, которая нашла место во многих сферах: авиастроение, машиностроение, естественно-научная и др. В статье рассмотрим, насколько сильно опускаются нюансы в примере "воздушный шарик" в сравнении с действительностью на примере "движение ракеты".
Чем хорош пример с шаром?
1) В простоте и наглядности. Простое тело небольшого размера, удобно демонстрировать опытным путем и рисовать силы для объяснения.
2) Универсальность. От простого к сложному: если понял принцип на шарике, то увидеть его в более сложной модели не составит труда.
3) Идеализация без потерь. Объясняя на данной модели, можно смело пренебрегать изменением массы со временем, объемом, трением о воздух и тп. - на суть технологии это не скажется.
Как дела обстоят в действительности?
Реактивное движение - движение под воздействием реакции потока масс, отбрасываемых от аппарата. Один из основных законов, описывающих реактивное движение, это закон сохранения импульса. Мы можем его применять, так как система ракета-топливо замкнутая. Почему замкнутая? - потому что количество взаимодействующих тел не меняется со временем. Но стоит понимать, что не существует абсолютно замкнутых систем, поэтому тут небольшой момент идеализации присутствует. Теперь укажем нюансы, о которых не упоминают на примере с шаром и проведем параллели с ракетой:
1) Изменение массы непостоянно (это касается не только ракет, но и воздушного шара тоже). Это значит, что за равные промежутки времени аппарат теряет неравные бесконечно малые массы (∆m). Поэтому ракета,что справедливо и для шарика, считается телом с переменной массой.
2) Изменение скорости вылетающей массы и ракеты тоже меняется (∆V). Постоянный набегающий поток топлива для сгорания в камере сгорания поддерживает определенное давление газа. Процесс сгорания топлива и выброс масс осуществляется в определенном ритме. Поэтому может сказать, что скорость истечения сгораемой струи относительно ракеты постоянна
3) Может возникнуть неправильное понимание, что именно масса приводит ракету в движение. Однако это не так, ракета, как и воздушный шар, двигаются на счет силы, которая называется реактивной силой тяги, возникающая в результате вылета с большой скоростью газов, жидкости.
Почему мы не может пренебречь ∆m? Дело в том, что масса, хоть и бесконечна малая, в сумме с такими же себе подобными окажет значительное влияние на математические расчеты. Так же она дает ракете бесконечно малый импульс (∆p_x), но, суммируя эти малые импульсы, окажется, что вовсе они не малые.
Основные законы для тел с переменной массой: уравнение Мещерского и формула Циолковского, которая была получена из первого. Законы дали возможность определять изменение со временем величины скорости, приобретаемой ракетой в результате работы реактивного двигателя.
U=v*ln(M/M-m), где М-стартовая масса ракеты, m-масса топлива, v-скорость истечения газов;
Стоит отметить, что представленная формула для одной ступени. Для многоступенчатых ракетоносителей формула выглядит немного иначе.
Рассмотрим применение формулы Циолковского
Задача: определить идеальную скорость ракеты «Фау-2», если стартовая масса М=12500 кг, масса незаправленной ракеты с полезной нагрузкой m=4000 кг, а скорость истечения газов V=2050 м/с.
Решение:
1) В условии дана так называемая сухая масса m (без топлива). Найдем отношение масс, по-другому число Циолковского, 12500/4000=3,125. Прологарифмировав значение 3,125, можно получить 1,41.
2) Посчитаем: 1,41 *2050=2 337 m/c
Ответ: 2 337.
Зафиксированная скорость "Фау-2" 1700 м/с. Куда могли пропасть остальные 637 м/с? Я предположила, так как формула Циолковского предназначена для того, чтобы найти идеальную скорость. Расчеты не учитывают аэродинамические, гравитационные и потери на управление.
Итог: рассмотрели тонкости реактивного движения, а именно: переменные физические величины, ошибки в определении движущей силы и обоснование пренебрежения ∆m; посмотрели применение формулы Циолковского на практике.
это моя первая статья, вышедшая на обозрение. если есть недочеты или пожелания, то приму во внимание.
Почему советская сверхтяжелая ракета "Н-1" так и не полетела к Луне?
Про американскую ракету-носитель "Сатурн-5" слышал каждый человек, который хоть немного знаком с темой полетов американцев на Луну. Но ведь, американцы не единственные, кто собирался покорить Луну. И как вы поняли, Луну хотела покорить и наша с вами страна - Советский Союз. Конечно же, этой страны уже нет, но современная Россия имеет к ней непосредственное отношение, так как является продолжателем СССР. Тем более, что именно наша страна - унаследовала от Советского Союза мощнейшую аэрокосмическую промышленность, сумела ее сохранить в тяжелые для России 1990-е гг., а в настоящее время - развивает.
Сравнение американского "Сатурна-5" и советской "Н-1". Рендеринг
Как мы знаем, первым в космос человека запустил именно Советский Союз. Поэтому, в новой - "лунной гонке", нашей стране было необходимо опередить американцев и тут. Кстати, того же хотели и американцы, только на этот раз, они хотели опередить нас. Так получилось, что они нас и, в правду, сумели опередить. Основным фактором успеха американцев стало то, что созданная ими сверхтяжелая ракета "Сатурн-5" и предопределила весь успех миссии "Аполлон". Если бы ракета дала существенный сбой, то программа могла бы и не осуществиться.
Для успеха в осуществлении советской лунной пилотируемой программы тоже основную роль играла ракета-носитель. В СССР для пилотируемых полетов на Луну была разработана сверхтяжёлая ракета-носитель "Н-1". Она получила прозвище "Царь-ракетой", но как мы знаем из истории, ей так не было суждено отправить первых советских космонавтов на орбиту и поверхность Луны. Она просто оказалась непригодна к ее использованию по назначению. Сегодня, в кратце обозначим, почему же "Н-1" не сумела даже выйти на расчетную орбиту вокруг нашей планеты.
Архивные фотографии ракеты-носителя "Н-1". Источник: Яндекс-картинки
Немного скажем о технических характеристиках ракеты-носителя "Н-1". Ракета была просто исполином и ее, действительно, можно было назвать "царь-ракетой". Высота "Н-1" составляла 101 метр, вес - 2500 тонн. Грузоподъемность ракеты "Н-1" достигала 95 тонн. Ракета "Н-1" должна была доставить на орбиту Луны двухместный космический корабль и спускаемый лунный аппарат для доставки одного космонавта на лунную поверхность. И весь этот вес смогла бы доставлять разом наша ракета-носитель "Н-1". Но были несколько причин, почему она так и не полетела в свой полноценный полет к Луне.
Первый запуск ракеты состоялся в 1969 году. Впрочем, все четыре запуска "Н-1" оказались аварийными. Причиной тому стала одновременная работа множества двигателей. Все это приводило к тому, что происходили непредвиденные эффекты для самой конструкции ракеты в самом начале ее старта. Конечно же, все эти недочеты можно было устранить очень простым способом - предварительными испытаниями ракеты на стендах. Но до стендов дело так и не дошло - было принято решение сэкономить.
Архивные фотографии ракеты-носителя "Н-1". Источник: Яндекс-картинки
Так что, сделать можно следующий вывод, что аварийные запуски и само закрытие проекта ракеты было по той причине, что не было четкого понимания, что ракета нужна и ее точно нужно довести до ума, чтобы добиться поставленных задач по реализации проекта пилотируемого полета на Луну. В общем, для экономики Советского Союза данная ракета обошлась в почти 6 млрд рублей. Это огромная сумма для тех лет. В целом же, разработки ракеты "Н-1" были полностью прекращёны в 1974 году. Ну а советское общество в большей своей массе о разработке ракеты узнало только в 1989 году после введения гласности.
Если Вам понравилась статья - поставьте лайк. Будем рады вашей подписке на нашу страницу в Пикабу и сообщество в ВК, а также сообщество в Пикабу "Все о космосе".
В чем же была причина отказа СССР от высадки на Луну?
Картинка взята с Дзен канала "Кинооператор рассказывает": https://dzen.ru/id/5e4ac3dd5033cf582d873b74
Про тему полетов на Луну американцами на нашем канале было сказано много слов. В целом, оно и понятно, ведь их полеты точно состоялись. На Луне астронавты были безусловно. Все задокументировано и запечатлено как на фотоснимках, так и на видео. Естественно, противников данного исторического события всегда хватало, но здравый смысл всегда берет верх над догадками и "теориями заговора". Здесь мы не станем делать каких-то выводов и приводить доказательства успешности программы "Аполлон". На сегодня, мы поговорим немного о другом. Конечно же, тема будет касаться, все так же, темы полетов человека на Луну. Но речь пойдет не про американцах.
Дело в том, что в "золотые" для космонавтики 1960-е гг. пилотируемыми полетами на Луну занимались не только американцы, но и наши с вами сограждане - советские люди, а именно Советский Союз. Советский Союз, в принципе, был пионером в космонавтике и "золотыми" 1960-е гг. были именно для Советского Союза. Так вот, в те "золотые" годы Советский Союз с большим рвением старался изо всех сил выйти первым и в Лунной гонке. Но что-то в определенный момент пошло не по плану и вперед выдвинулись американцы, которые в итоге и посадили на поверхность Луны целых шесть экипажей. Сегодня, нам нужно узнать, по какой же причине Советский Союз отказался от высадки своего экипажа на Луну.
"Как не крути", но американцы были на Луне, или, снова, фотошоп?😂
Скажем так, отказ от полетов к Луне и высадки на ее поверхность был, именно, директивным, то есть со стороны государства, то есть со стороны власти, которая и заказала данный проект у ученых и конструкторов. С одной стороны, партийная номенклатура понимала, что "гонка за Луну" нами уже проиграна, когда американцы совершили высадку летом 1969 года. Тем не менее, работы на данном направлении в нашей стране не заканчивались. Иметь звание "вторых" на Луне, в целом то, не было настолько плохим, и уж точно, не вредило имиджу страны. Тем не менее, хотя запал у партийной верхушки еще был, но дела уже не шли у конструкторов и ученых.
Сразу скажем о том, что в данном материале о данной теме будет сказано кратко, так как разбор каждого из пунктов достоин целой статьи, чем мы и займемся в следующих темах. А на сегодня, повторимся, все будет, весьма и весьма, кратко. Наверное, основной причиной отказа от программы, стало не то, что американцы первыми совершили посадку на Луну, а то, что подвела ракета-носитель Н-1. Как говорится, не срослось. Было проведено несколько испытаний и всегда, ракета взрывалась. Советское руководство после нескольких провальных запусков Н-1 стало понимать, что вливать огромные средства в то, что не дает плодов - бессмысленно. Вообще, честно говоря, технология, которую применили конструкторы в данной ракете - была совершенно передовой, она просто опередила свое время. Но зачаточное состояние советской микроэлектроники сделали свое дело. Ракета так и не вышла на околоземную орбиту.
Ракета-носитель Н-1
Следующей причиной можно назвать то, что СССР, в принципе, не ставил перед собой задачи высадить первого человека на Луну. Лунная программа СССР появилась как "ответ" нашей страны на американскую лунную программу "Аполлон". У СССР стояли другие задачи, в частности, строительство большой орбитальной станции, что было куда более необходимым, чем иллюзорное первое место в лунной гонке. Кроме того, будем честны, что Соединенные Штаты обладали куда большим финансовым потенциалом, чем Советский Союз, который еще 20 лет назад лежал в руинах по итогам Второй Мировой войны, а США собрали себе все "сливки", куда мы отнесем немецких специалистов в ракетной отрасли (думаю, что вы догадались, что речь о Вернере фон Брауне), а также, очень хорошо подзаработали на данной войне.
Еще одной причиной является смещение Никиты Сергеевича Хрущева с поста Генерального Секретаря, благодаря руководству которого (несмотря на то, что он был эпатажной личностью), СССР и совершил свои Победы в космосе. После его отстранения от власти изменились приоритеты и в космической отрасли. Смерть Сергея Павловича Королева, конечно же, так же является ключевой. Сергей Павлович Королев был без преувеличения основоположником всей отечественной космонавтики и ракетостроения. Кроме того, этот человек был нацелен на Луну и Марс, но не просто детскими мечтами, а вполне, научным и опытным путем. Его корабли имели бы точную практическую составляющую, а не только остались бы на бумажном носителе. И естественно, будь он жив, то лунная программа СССР пошла бы по совершенно иному пути.
Советский лунный посадочный аппарат. О нем подробнее расскажем в следующих темах
Необходимо гордиться тем, что наши предки оставили нам такое гордое звание "пионеров космонавтики" и, именно, из нашей страны вышли такие люди как С.П. Королев и К.Э. Циолковский, навсегда вписавшие в историю свои имена и сделавшие нашу страну, без преувеличения, Великой космической державой. Но, нужно понимать и тот факт, что всегда необходимо закреплять и, конечно же, преумножать Победы нашей страны в космической сфере, что безусловно еще будет в недалеком будущем.
Если Вам понравилась статья - поставьте лайк. Будем рады вашей подписке на нашу страницу в Пикабу и сообщество в ВК, а также сообщество в Пикабу "Все о космосе".
Z-КД: 6 декабря. В Китае конец года - надо выполнить план
■ Три запуска в Китае разных ракет. Госы и частники.
■ Успешный запуск в Южной Корее. Коммерция.
■ Маск обещает Starship до нового года. Красивый фейерверк:)
■ Неожиданно орбитальный блок "Чандраян-3" вернулся на земную орбиту.
Люди на орбите сегодня
Последний запуск европейской ракеты под угрозой
Ловите анекдот:
Последний запуск оригинальной модификации легкой ракеты-носителя Vega Европейского космического агентства, намеченный на 2024 год, оказался под серьезной угрозой срыва.
Со склада ее производителя, итальянской компании Avio, пропали два из четырех топливных баков для четвертой ступени ракеты.
Пропажа была обнаружена во время процесса подготовки к сборке ракеты. По официальной информации, баки были по ошибке утилизированы, а проще говоря — выброшены на свалку, во время реконструкции площадки хранения на территории завода-изготовителя ракеты.
С учетом того, что производство компонентов для данной модификации ракеты уже свернуто — изготовить новые баки не представляется возможным.
Пикантности ситуации добавляет тот факт, что, по какой-то необъяснимой причине, данные баки не были занесены в электронную базу компонентов, критически важных для производства ракеты. Таким образом, начатое расследование тут же зашло в тупик, потому что не осталось никаких записей о регистрации и перемещениях данных компонентов.
Теперь все заинтересованные стороны лихорадочно ищут выход из сложившейся ситуации. Наиболее реалистичным, но вместе с тем довольно рискованным решением проблемы, может стать использование прототипов баков, использовавшихся для наземных испытаний.
Z-КД: 2 декабря. Два успешных старта
■ Успешный старт "Прогресс МС-25" к МКС. Стыковка завтра.
■ Успешный старт корейского спутника и еще 24. На Falcon 9.
■ Индийский астронавт полетит на МКС в 24-м году. От НАСА.
■ Amazon будет запускать свои спутники на Falcon 9. Безос сломался.
Люди на орбите сегодня
Два успешных запуска