ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Законы ракетного движения из "Механика космического полета в элементарном изложении " Основным и почти единственным средством передвижения в мировом пространстве является ракета, которая для этой цели была впервые предложена в 1903 г. К- Э. Циолковским [1.11. Законы ракетного движения представляют собой один из краеугольных камней теории космического полета. [c.22] Эти законы мы прежде всего и рассмотрим. [c.22] Космонавтика обладает большим арсеналом ракетных двигательных систем, основанных на использовании различных видов энергии. Но во всех случаях ракетный двигатель осуществляет одну и ту же задачу он тем или иным способом выбрасывает из ракеты некоторую массу, запас которой (так называемое рабочее тело) находится внутри ракеты. На выбрасываемую массу со стороны ракеты действует некоторая сила, и согласно одному из основных законов механики — закону равенства действия и противодействия — такая же сила, но противоположно направленная, действует со стороны выбрасываемой массы на ракету, а последняя сила, приводящая ракету в движение, называется силой тяги. [c.22] Оговорка по отношению к ракете существенна скорость отбрасываемой массы относительно Земли и небесных тел совсем иная и никак не характеризует двигатель ракеты. [c.22] Личина массы (но не веса ), расходуемая в единицу времени (секундный расход массы). Если в рмуле (1) скорость истечения измерять в м/с, а секундный расход массы в кг/с, то будет получена величина силы тяги в ньютонах (Н). [c.23] Здесь р — давление газа на срезе сопла двигателя (подробнее об устройстве ракетных двигателей будет сказано ниже), р — внешнее атмосферное давление, 5 — площадь среза сопла. Из последней формулы видно, что по мере подъема ракеты тяга двигателя возрастает, так как давление р падает, и вне атмосферы достигает максимума. [c.23] В литературе по ракетной технике наряду с эффективной скоростью истечения употребляется фактически эквивалентное (хотя это и не всегда осознается) понятие удельного импульса. [c.23] Чтобы понять, о чем идет речь, нам придется вернуться к уходящим в прошлое понятиям веса и единицы веса 1 кгс. [c.23] В связи с повсеместным введением системы СИ в последнее время стали силу тяги измерять в ньютонах (Н), а заодно вспомнили, что количество сгорающего вещества, которое создает тягу, естественнее измерять в единицах массы, а не в единицах веса. [c.24] ДЛЯ краткости опуская слово эффективная ), но, сообщая откуда-либо заимствованные технические данные, иногда будем употреблять наряду с ним и термин удельный импульс, имея всегда в виду, что оба они характеризуют один и тот же физический параметр, отличаясь друг от друга, как это видно из формулы (1в), лишь размерным множителем. [c.25] Кроме силы тяги ракетного двигателя (или суммарной тяги сразу нескольких двигателей) иа космический летательный аппарат действуют еще многие силы притяжения Земли и небесных тел, сопротивление атмосферы, световое давление и т д. Эффект действия всех сил выражается в ускорении, которое получает аппарат. Это результирующее ускорение складывается из ускорений, сообщаемых каждой силой в отдельности. Эффекты действия различных сил мы подробно рассмотрим в последующих главах, а сейчас нас будет интересовать только ускорение от тяги, или реактивное ускорение ар Согласно второму закону механики а =Р1т, где Р — величина силы тяги, а т — масса ракеты или космического аппарата в некоторый момент времени. Эта масса по мере израсходования рабочего тела, конечно, уменьшается, а значит, реактивное ускорение, вообще говоря, увеличивается (чтобы оно не изменялось, нужно было бы одновременно уменьшать соответствующим образом силу тяги). Удобной характеристикой ракеты является начальное реактивное ускорение, сообщаемое силой тяги в момент начала движения а о=Р1то, где т — начальная масса ракеты. [c.25] Реактивное ускорение (в частности, начальное реактивное ускорение) представляет собой то ускорение, которым обладала бы ракета, если бы на нее не действовали никакие иные силы кроме силы тяги, т. е. если бы она, по выражению К- Э. Циолковского, находилась в воображаемом свободном пространстве. Реально такие условия, конечно, нигде в Солнечной системе не осуществляются, однако представление о пространстве, свободном от действия всяких сил, полезно. [c.25] ТОЧНО соблюдается в современных ракетах), то ракета разовьет скорость V, выражающуюся формулой Циолковского. [c.26] Скорость, вычисляемая по формуле Циолковского, характеризует энергетические ресурсы ракеты. Она называется идеальной. Мы видим, что идеальная скорость не зависит от секундного расхода массы рабочего тела, а зависит только от скорости истечения ку и от числа г=/г2о//Пк, называемого отношением масс или числом Циолковского. [c.26] Зададимся определенным значением скорости истечения ку. Тогда, если секундный расход велик (н, следовательно, велика тяга), ракета быстрее израсходует рабочее тело и приобретет идеальную скорость. Если же секундный расход мал (мала тяга), то на израсходование всего рабочего тела потребуется гораздо больше времени. Но поскольку в обоих случаях скорость истечения была одинакова, то и приобретенная в конечном счете идеальная скорость будет также одинаковой. [c.26] Вернуться к основной статье