Как работают космические ракеты: самое простое объяснение

Космические ракеты существуют уже почти 100 лет, но некоторые люди не понимают, как они работают — пора это исправить: istockphoto.com

Недавно самой первой ракете, которая побывала в космосе, исполнилось 80 лет. Ею является немецкая ракета «Фау-2», которая в июне 1944 года впервые пересекла линию Кармана — условную границу между Землей и космосом, которая находится на высоте 100 километров над уровнем моря. Самая первая ракета возвышалась на 14 метров, весила более 12 тонн и летела со скоростью примерно в 5,7 тысяч километров в час. С тех пор прошло много времени, космические ракеты были сильно усовершенствованы, но принципы их работы почти не изменились. Сейчас вы узнаете, как устроены ракеты и каким образом они летают в космос. Как всегда, все предельно кратко и простыми словами.

Ракеты летают в космос благодаря двум законам физики.

Первый закон Ньютона гласит, что любой имеющий массу объект сопротивляется изменению своего состояния покоя или движения. У ракеты есть двигатели, которые создают тягу и помогают ей преодолевать это сопротивление — за счет этого конструкция летит вверх.

Полеты ракет можно объяснить двумя законами Ньютона. Источник: lenta.ru

Третий закон Ньютона говорит, что для каждого действия есть равное и противоположное противодействие. Когда ракета выбрасывает газы назад, она получает противоположную реакцию, которая толкает ее вверх, в сторону космоса.

По данным IFL Science, эти два закона физики объясняют, как ракеты преодолевают силу гравитации и понимаются в космическое пространство.

Чтобы подняться с земли и полететь в космос, ракете нужно набрать скорость. Расчеты ученых уже давно показали, что для пересечения линии кармана, ракета должна двигаться со скоростью около 3 500 километров в час. Чтобы выйти на низкую околоземную орбиту и оставаться там, нужно набрать скорость в 28 800 километров в час. Если нужно покинуть гравитационное поле Земли, нужно разогнаться до 40 000 километров в час.

Чтобы долететь до космоса, ракеты должны набрать невообразимую скорость. Источник: nippon.com

Чтобы создать тягу взлететь и набрать скорость, ракеты используют двигатели. Тяга зависит от скорости и массы выбрасываемого из сопел двигателей газа — тепло и энергия возникает, когда топливо ракеты реагирует с окислителем. В качестве топлива могут использоваться керосин (Falcon 9 от SpaceX), жидкий водород (Space Launch System от NASA) или метан (Starship от SpaceX). Окислителями обычно служат жидкий кислород, азотный тетроксид или перхлорат аммония.

Российский ракетный двигатель РД-191. Источник: mentoday.ru

На Земле окислителем служит содержащийся в воздухе кислород. В космосе его нет, поэтому окислители заливаются прямо в ракеты.

Читайте также: Главные преимущества российских ракет-носителей «Ангара»

Во время полета ракетой нужно управлять, в противном случае он полетит в произвольном направлении как сдутый воздушный шарик. Конструкция имеет вытянутую форму, а тяга создается на ее хвосте, из-за чего управление ракетой напоминает удержание карандаша на пальце.

Ракетные двигатели SpaceX. Источник: interestingengineering.com

Для управления ракетой используются подвижные сопла двигателей. Если они выйдут из строя, конструкция будет кувыркаться в воздухе и в конечном итоге разбиться.

Вам будет интересно: Как работает технология запуска спутников в космос без использования ракет?

Современные ракеты состоят из нескольких частей, называемых ступенями.

Первая ступень — это самая нижняя часть ракеты, которая оснащена самыми мощными двигателями и максимальным количеством топлива. Она поднимает ракету с земли и работает до тех пор, пока в баке не закончится топливо. После этого первая ступень отделяется от конструкции и либо падает в воду, либо садится на платформу для повторного использования (такая технология есть только у компании SpaceX).

Строение российской ракеты «Союз-ФГ». Источник: space4kids.ru

Вторая ступень ракеты тоже оснащена двигателями и включается после отделения первой ступени. Она нужна для того, чтобы вывести конструкцию непосредственно в космос.

Выше второй ступени находится грузовой отсек или капсула, внутри которого находится полезный груз: спутники, научные приборы и так далее. Часто над второй ступенью находится космический корабль с астронавтами. Когда капсула выходит в космос, она открывается и исследовательские аппараты выходят в космическое пространство. Космический корабль обычно летит к МКС, стыкуется с ним и исследователи оказываются внутри станции.

Это должны знать все: Может ли на человека упасть обломок космической ракеты или спутника

Каждый запуск космической ракеты можно разделить на несколько этапов:

• Подготовка к запуску: ракету устанавливают на стартовую площадку, заправляют и проверяют работоспособность всех систем;
• Обратный отсчет: за несколько минут до запуска начинается обратный отсчет, во время которого все системы ракеты проверяются еще раз;
• Включение двигателей: после обратного отсчета у ракеты включаются двигатели первой ступени и она летит вверх;
• Отделение первой ступени: на высоте от 50 до 150 километров топливо первой ступени заканчивается, она отделяется и либо разбивается в океане, либо садится на посадочную платформу;
• Включение второй ступени: после отделения первой ступени, включаются двигатели второй ступени, которая еще сильнее ускоряет конструкцию для выхода в космос;
• Выход на орбиту: как только конструкция выходит на околоземную орбиту, вторая ступень тоже отделяется и сгорает в атмосфере Земли;
• Выполнение миссии: грузовой отсек открывается, высвобождая полезный груз. Если на борту были люди, они летят на корабле на МКС, Луну и так далее, в зависимости от миссии.

Еще больше интересных материалов на научную тему вы найдете в нашем Дзен-канале. Нас уже более 100 тысяч человек, поэтому подписывайтесь!

Самой большой, дорогой и мощной ракетой современности является SpaceX Starship. В будущем ее планируют использовать для полетов на Луну и Марс. Возможно, вы даже не представляете насколько она огромная, посмотрите сами!