Физические основа полёта космических объектов

тела, лишённые атмосферы.

Другой способ посадки – грубая посадка с  частичным замедлением скорости. В

этом варианте при входе ракеты в сферу действия планеты корабль следует

развернуть таким образом, чтобы сопла двигателей были направлены в сторону

планеты назначения. Тогда тяга двигателей, будучи направлена в сторону,

противоположную движению корабля, будет замедлять  движение. Поворот корабля

вокруг его  оси можно выполнить с помощью  двигателей небольшой мощности. Одно

из возможных  решений задачи состоит в установке  по бокам корабля двух

двигателей, смещённых  относительно друг друга, причём силы тяги этих

двигателей должны быть направлены противоположно. Тогда  возникает пара сил

(две равных  по величине и противоположных по направлению силы), которая

развернёт корабль  в нужном направлении. Затем включаются ракетные двигатели,

уменьшающие скорость до некоторого предела. В момент посадки  ракета может

обладать скоростью  несколько сотен метров в секунду, чтобы она могла

выдержать удар об поверхность.

Наконец третий метод посадки, наиболее важный при  доставке на планеты

высокоточного научного оборудования и при высадке  членов экспедиции, - это

мягкая посадка  корабля, подобная посадке самолёта на аэродром. Наиболее

трудной является мягкая посадка с приземлением в  заранее указанном месте.

Если планета  назначения не обладает атмосферой, то мягкая посадка может

производиться только при помощи тормозных реактивных двигателей, гасящих

скорость корабля  до нескольких десятков метров в секунду. При этом работа

двигателей должна заканчиваться на высоте примерно 10-30 метров от

поверхности планеты  во избежании пылевого вихря и  пожара, обусловленного

неполным выгоранием топлива. Удар о планету можно смягчить также при помощи

амортизационной системы.

Полёт космического корабля вблизи планеты назначения, вообще говоря, будет

происходить по гиперболической орбите. Поэтому  возможно либо сразу произвести

посадку на поверхность планеты, гася гиперболическую скорость, либо

предварительно  вывести корабль на спутниковую  орбиту, выбрать место для

посадки и затем  осуществлять спуск.

                    Опасности межпланетного перелёта.                   

Опасность номер один – потоки частиц высоких энергий, проникающих через

массовые преграды. Кроме жестких солнечных излучений  в межпланетном полёте

следует остерегаться воздействия космических людей  и потоков частиц высоких

энергий вблизи планет.

В отдалённых областях космического пространства рождаются несущиеся с

большими скоростями заряженные частицы, потоки которых  именуются космическими

лучами. Врываясь в верхнюю атмосферу Земли, они  продолжают потоки вторично

заряженных частиц. Последние накапливаются в околоземном  космическом

пространстве. Солнечная  активность также является причиной накопления частиц

высоких энергий  вблизи Земли. Запуски первых спутников  Земли и космических

ракет дали возможность  группе американских учёных под руководством Дж. Ван-

Аллена и советским учёным, открыть и изучить потоки частиц высоких энергий в

ближнем космосе. В результате этих исследований установлено  существование

поясов заряженных частиц вблизи Земли. Что это за пояса? Известно, что наша

планета представляет собой гигантский магнит, а любое магнитное поле влияет

на движение электрически заряженных частиц. Поэтому  частицы, летящие из

мировых глубин, - корпускулы, извергаемые Солнцем, подлетая к Земле,

задерживаются её магнитным полем и распределяются по определённым областям

ближнего космоса. Из этих частиц формируется три пояса, охватывающие Землю.

Наиболее опасный  внутренний пояс простирается до полярных широт.

Околополярные области свободны от частиц высоких  энергий. Ближняя к Земле

граница внутреннего  пояса в разных районах Земли  проходит на различных

высотах. Границы  также зависят от фазы солнечной  активности. Высота нижней

границы в восточном  полушарии может составлять около 1500 км, а в западном –

около 500 км. Такое  расположение обусловлено несовпадением  магнитных поясов

Земли с её географическими полюсами. Внешний радиационный пояс простирается

на расстоянии 70-150 тыс. км.

Действие космических  лучей и радиационных поясов такое  же, как и действие

радиоактивных веществ. Нахождение в радиационном поясе без всякой защиты в

течение одних-двух суток влечёт за собой получение смертельной дозы радиации.

Человек будет  поражён лучевой болезнью в самой  тяжёлой форме.

Поставить эффективную  защиту на космическом корабле пока не возможно, техника

пока бессильна  сделать это. Следовательно, пока существует лишь один выход –

безопасные космические  дороги.

В годы спокойного Солнца в ближнем космосе летать возможно на высотах, не

превышающих 600 км. Выше полёты противопоказаны: там  расположены кольцевые

потоки заряженных частиц. Полёт к другим планетам нужно осуществлять через

"каналы", расположенные  вблизи оси вращения Земли.  Выход с Земли в

межпланетное  пространство возможен только в арктических  и антарктических

областях.

       Перейдём к опасности номер  два – встрече с метеоритными  частицами.      

Как мы видели ранее, метеорная материя широко распространена в межпланетном

пространстве. Достаточно сказать, что за счёт выпадающих на Землю метеоритов и

метеорной пыли масса Земли ежесуточно возрастает на 0,5*106 кг. Эти

метеорные тела движется со скоростями, значение которых колеблется в пределах

от 11 км/сек до 80 км/сек. Удар метеорита по обшивке  корабля может привести к

непоправимым  последствиям.

Чтобы определить необходимую для защиты толщину  стенок корабля, выясним

"пробивную"  силу метеоритов. Лист дюралюминия толщиной 1 мм пробивается любым

метеоритом диаметром 0,2 мм и более. Стальная обшивка толщиной 3 мм

пробивается метеоритом диаметром более 1 мм, а сталь толщиной 12 мм может

быть пробита  метеоритом диаметром 0,5 см.

Определённую  опасность могут представлять и метеориты-пылинки, так называемые

микрометеориты. Они малы, но каков будет эффект непрерывных ударов их о

стенки корабля? Не могут ли они постепенно разрушить  обшивку? Ведь даже

пробоина микроскопических размеров вызовет катастрофу: нарушится герметизация

кабины, температура  упадёт до крайне низких значений, и  космический

путешественник  погибнет. проведённые расчёты показали, что обшивка корабля из

дюралюминия толщиной 1,5 мм или из нержавеющей стали  толщиной 0,6 мм

обеспечивает  безопасность от ударов микрометеоритов примерно в течение года.

Но сказанным  не исчерпываются все опасности  космического полёта. Существует

ещё опасность  номер три – испепеляющая жара при полётах в атмосфере. При

посадке на такие  планеты, как Земля, Венера, Юпитер, которые обладают

плотными атмосферами, корабль будет омываться раскалёнными газами.

Температура обшивки  корабля будет подниматься до таких значений, при которых

разрушаются наиболее тугоплавкие материалы. Могут наблюдаться  такие явления,

как плавление  и испарение оболочки корабля и унос оплавленных материалов

набегающим потоком  воздуха. Корабль может "испариться", подобно метеориту.

Существует ряд  методов регулирования температуры  корабля. Один из них

правильный выбор  траектории входа в атмосферу  под малым углом к горизонту.

При медленном "погружении" корабля в атмосферу потеря скорости происходит

медленно, поэтому  в меньшей степени происходит и разогрев корабля.

              Реактивные двигатели и баллистические  ракеты.             

Реактивным двигателем называют ракету, установленную в качестве двигателя на

какое-либо средство транспорта. Реактивные двигатели нашли  широкое применение

в авиации, в  военной и космической технике. В реактивных двигателях часто

используют не порох, а жидкое топливо (нефть, керосин). Это делает работу

двигателя более  экономичной. Реактивная струя и  в этом случае образована

раскалёнными  газами, получающимися при сгорании топлива. Однако сгорание

пороха может  происходить и в пустоте, а  для сгорания нефти необходимо большое

количество воздуха. В самолётных реактивных двигателях воздух берётся из

окружающей атмосферы.

Таким образом, в отличие от пороховых ракет, самолёт с реактивным двигателем

не должен нести  с собой всю массу отбрасываемого газа. Современные реактивные

самолёты способны развивать огромные скорости, в два раза и более превышающие

скорость звука.

В последние  годы получили большое развитие баллистические ракеты. Так

называют ракеты с запасом топлива, составляющим главную часть массы ракеты, и

с двигателями  огромной мощности, работающими только в начале пути ракеты. За

сравнительно  небольшое время работы (несколько  минут) двигатели успевают

израсходовать весь запас топлива и сообщить ракете огромную скорость (до 10

км/сек и выше). После этого ракета движется уже  под действием только сил

тяготения Земли (и других небесных тел). Ракеты такого же типа применяют для

запуска искусственных  спутников Земли и искусственных  планет.

Баллистические  ракеты несут с собой не только топливо, но и запас окислителя

(в жидком  виде), необходимый для сжатия всего топлива. Обычные самолёты и

даже самолёты с воздушно-реактивными двигателями  могут летать только в

пределах земной атмосферы, реактивный же двигатель  баллистической ракеты (как

и пороховая  ракета) может работать и в безвоздушном пространстве.

Баллистическая  ракета должна сообщить возможно большую  скорость полезной

нагрузке, устанавливаемой  на ракете. Для ракет, служащих для  запуска

искусственных спутников Земли, полезная нагрузка – это космический корабль;