Из чего состоит ракета для полета. Научные открытия, которые привели нас в космос: Ракеты

Ракеты являются отличной иллюстрацией третьего закона движения Ньютона: "Действию всегда есть равное и противоположное противодействие." Считается, что первой ракетой был паровой деревянный голубь, изобретенный Архитом Тарентским в 4 веке до нашей эры. Паровой двигатель был превзойден пороховыми трубками Китайской армии, а затем ракетами, работающими на жидком топлеве, изобретенными Константином Циолковским и разработанными Робертом Годдардом. Эта статья описывает пять способов построения ракеты в домашних условиях, от простых до более сложных; в конце вы можете найти дополнительную секцию, объясняющую базовые принципы построения ракет.

Шаги

Ракета из воздушного шарика

Привяжите один конец лески или нити к опоре. Опорой может служить спинка стула или дверная ручка.

Пропустите нить через пластиковую трубочку для питья. Нить и трубочка послужат системой навигации, с помощью которой вы сможете контролировать траекторию движения вашей ракеты из воздушного шарика.

• Наборы для построения моделей ракет использую похожую технологию, где трубочка похожей длины прикрепляется к корпусу ракеты. Эта трубочка продевается через металлическую трубку на стартовой платформе, чтобы удерживать ракету в вертикальном положении до пуска.

1. Привяжите другой конец нити к другой основе. Обязательно туго натяните нить перед этим.

   Надуйте воздушный шарик. Защемите кончик шарика, чтобы не выпускать воздух. Вы можете использовать ваши пальцы, скрепку для бумаг или прищепку.

   Приклейте шарик к трубочке скотчем.

   Выпустите воздух из шарика. Ваша ракета пролетит по установленной траектории, от одного конца нити к другому.

   • Вы можете сделать эту ракету как с длинными, так и с круглыми шариками, а также поэкспериментировать с длиной трубочки. Вы также можете изменить угол, под которым проходит траектория полета ракеты, чтобы посмотреть, как это повлияет на расстояние, которое пролетит ваша ракета.
   • Похожим образом вы можете сделать реактивную лодку: Разрежьте коробку из-под молока вдоль. Прорежьте дырку в нижней части и проденьте через нее шарик. Надуйте шарик, затем поместите лодку в ванну с водой и выпустите воздух из шарика.

2. Туго оберните прямоугольник вокруг карандаша или дюбеля. Начните закручивать полоску бумаги от конца карандаша, а не от центра. Часть полоски должна свисать над стержнем карандаша или концом дюбеля.

   • Используйте карандаш или дюбель чуть толще, чем трубочка для питья, но не намного толще.

3. Заклейте край бумаги скотчем, чтобы она не размоталась. Заклейте бумагу по всей длине карандаша.

   Сложите свешивающийся край в конус. Закрепите скотчем.

   Уберите карандаш или дюбель.

   Проверьте ракету на предмет дырок. Аккуратно подуйте в открытый конец ракеты. Прислушайтесь, чтобы поймать любой звук, который указывает на то, что воздух выходит из ракеты с боков или из конца и аккуратно ощупайте ракету, чтобы почувствовать вырывающиеся потоки воздуха. Заклейте все пробоины в ракете и снова протестируйте ракету, пока вы не устраните все дырки.

   Добавьте хвостовые плавники к открытому концу бумажной ракеты. Поскольку эта ракета довольно узкая, удобнее будет вырезать и приклеить две пары смежных плавников, чем три или четыре отдельных маленьких плавника.

   Ставьте трубочку в открытую часть ракеты. Убедитесь, что трубочка достаточно выступает из ракеты, чтобы вы могли зажать ее конец пальцами.

   Резко подуйте в трубочку. Ваша ракета взлетит ввысь от силы вашего дыхания.

   • Всегда направляйте трубочку и ракету вверх, а не на кого-либо, когда вы запускаете ракету.
   • Постройте несколько разных ракет, чтобы узнать, как различные изменения влияют на ее полет. Также попробуйте запускать ваши ракеты дыханием разной силы, чтобы узнать, как сила вашего дыхания влияет на расстояние, которое пролетает ваша ракета.
   • Игрушка, похожая на бумажную ракету, состояла из пластикового конуса с одного края и пластикового парашюта с другого. Парашют прикреплялся к палочке, которая затем вставлялась в картонную трубку. Когда в трубку дули, пластиковый конус ловил воздух и взлетал вверх. Достигнув максимальной высоты, палочка отпадала, после чего раскрывался парашют.

Ракета из баночки из-под фотопленки

1. Решите, какой длины/высоты вы хотите построить вашу ракету. Рекомендованная длина - 15 см, но вы можете сделать ее длиннее или короче.

   Раздобудьте баночку из-под фотопленки. Она послужит камерой сгорания для вашей ракеты. Вы можете найти такую баночку в фотомагазинах, которые еще работают с фотопленкой.

   • Найдите баночку, которая защелкивается изнутри, а не снаружи.
   • Если вы не можете найти баночку из-под фотопленки, вы можете использовать старую пластиковую баночку из-под лекарств с защелкивающейся крышкой. Если вы не можете найти баночку с защелкивающейся крышкой, вы можете найти пробку, которая туго поместится в горлышко баночки.

2. Соберите ракету. Легче всего сделать корпус ракеты тем же способом, что и в случае с бумажной ракетой, запускающейся через трубочку: просто оберните лист бумаги вокруг баночки из-под пленки. Поскольку эта баночка послужит пусковым устройством вашей ракеты, вам стоит приклеить бумагу к ней, чтобы она не улетела.

   Решите, где вы хотите запустить вашу ракету. Рекомендуется запускать этот тип ракет в открытом пространстве или на улице, так как ракета может взлететь достаточно высоко.

   Наполните баночку водой на 1/3. Если рядом с вашей стартовой площадкой нет источника воды, вы можете наполнить ракету где-либо еще и донести ее до площадки вниз головой или принести воду к платформе и наполнить ракету там.

   Разломайте пополам шипучую таблетку и опустите одну половинку в воду.

   Закройте баночку и переверните ракету носом вверх.

   Отойдите на безопасное расстояние. Растворяясь в воде, таблетка выпустит двуокись углерода. Давление накопится внутри баночки и сорвет крышку, запуская вашу ракету ввысь.

Спичечная ракета

Вырежьте небольшой треугольник алюминиевой фольги. Это должен быть равнобедренный треугольник с основанием в 2,5 см и медианой 5 см.

Возьмите спичку из спичечного коробка.

Приложите спичку к прямой булавке таким образом, чтобы острый кончик булавки доставал до головки спички, но не был длиннее ее.

Оберните алюминиевый треугольник вокруг головок спички и булавки, начиная с самой верхушки. Оберните фольгу как можно туже вокруг спички, не сбивая иголку с позиции. Когда вы завершили этот процесс, обертка должна спускаться примерно на 6,25 мм ниже головки спички.

Помните фольгу ногтями. Это подтолкнет фольгу ближе к головке спички и лучше отметит канал, сформированный булавкой под фольгой.

Аккуратно вытащите иголку, чтобы не порвать фольгу.

Сделайте стартовую площадку из скрепки.

• Согните внешний сгиб скрепки под углом в 60 градусов. Это будет основой стартовой платформы.
• Загните внутренний сгиб скрепки вверх и немного в сторону, чтобы образовался открытый треугольник. К нему вы и прикрепите обернутую фольгой головку спички.

1. Поместите стартовую площадку на место запуска ракеты. Опять же, найдите открытое место на улице, так как эта ракета может пролететь довольно большое расстояние. Избегайте сухие места, так как спичечная ракета может начать пожар.

   • Убедитесь, что вблизи вашего космодрома нет людей и животных, прежде чем запускать ракету.

2. Поместите спичечную ракету на стартовую площадку головкой вверх. Ракета должна располагаться как минимум под углом в 60 градусов от основы стартовой площадки и земли. Если она немного ниже, согните скрепку еще больше, пока вы не получите необходимый угол.

   Запустите ракету. Зажгите спичку и поместите огонь сразу под обернутую головку спичечной ракеты. Когда фосфор в ракете зажжется, ракета взлетит.

   • Держите поблизости ведро с водой, чтобы погасить использованные спички, чтобы убедиться, что они полностью потухли.
   • Если ракета неожиданно попадет в вас, замрите, упадите на землю и покатайтесь по ней, пока вы не собьете с себя огонь.

Водяная ракета

1. Приготовьте одну пустую двухлитровую бутылку, которая послужит напорной камерой для вашей ракеты. Поскольку в строительстве этой ракеты используется пластиковая бутылка, она иногда называется бутылочной ракетой. Ее не стоит путать с типом петард, которые также известны как бутылочные ракеты, потому что они часто запускаются изнутри бутылки. Эта форма бутылочной ракеты запрещена во многих местах; водяная ракета не является запрещенной.

   Сделайте плавники. Поскольку пластиковый корпус ракеты довольно прочный, особенно после укрепления лентой, вам потребуются столь же прочные плавники. Твердый картон может подойти для этого, но он прослужит только несколько запусков. Лучше всего использовать пластик, похожий на тот, из которого изготавливаются пластиковые папки для бумаг.

   • Первым делом вам следует придумать дизайн ваших плавников и создать бумажный трафарет для вырезания пластиковых плавников. Какими бы ни были ваши плавники, помните, что впоследствии вам понадобится сложить каждый из них пополам для прочности. Также они должны доставать до той отметки, где бутылка начинает сужаться.
   • Вырежьте трафарет и используйте его, чтобы вырезать три или четыре одинаковых плавника из пластика или картона.
   • Согните плавники пополам и прикрепите их к телу ракеты крепким скотчем.
   • В зависимости от дизайна вашей ракеты, вам может потребоваться сделать плавники длиннее горлышка бутылки/сопла ракеты.

2. Создайте носовой конус и отсек полезной нагрузки. Для этого вам потребуется вторая двухлитровая бутылка.

   • Вырежьте донышко пустой бутылки.
   • Поместите полезный груз в верхнюю часть разрезанной бутылки. Грузом может быть все, что угодно, начиная от комка пластилина до шарика из эластичных резинок. Поместите отрезанную нижнюю часть внутрь бутылки так, чтобы дно было направлено к ее горлышку. Закрепите конструкцию скотчем, а затем приклейте эту бутылку донышку бутылки, которая выполняет роль камеры давления.
   • Нос ракеты можно сделать из чего угодно, от крышечки пластиковой бутылки до поливиниловой трубки или пластикового конуса. Придумав, какой нос вы хотите сделать для вашей ракеты, и собрав его, прикрепите его к верхней части ракеты.

3. Протестируйте баланс вашей ракеты. Поместите ракету на ваш указательный палец. Точка баланса должна находиться чуть выше камеры давления (в нижней части первой бутылки). Если точка баланса смещена, снимите секцию позитивного груза и измените вес груза.

4. Создайте пусковой / ограничительный клапан. Существуют несколько устройств, которые вы можете сделать, чтобы запустить вашу водяную ракету. Самое легкое из них - пусковой и ограничительный клапан, которые крепится на горлышко бутылки, которая служит камерой давления.

   • Найдите винную пробку, которая туго помещается в горлышко бутылки. Вам может понадобиться немного подрезать края пробки, если она слишком широкая.
   • Найдите клапанную систему, вроде такой, которая используется в автомобильных шинах или внутренней трубке велосипедных колес. Измерьте диаметр клапана.
   • Просверлите дырку в центре пробки такого же диаметра, что и клапан.
   • Очистите стержень клапана и поместите кусочек скотча на резьбу и открытие.
   • Проденьте клапан через дырку в пробке, затем закрепите его силиконовым или уретановым герметиком. Позвольте герметику полностью высохнуть, прежде чем снимать скотч с клапана.
   • Протестируйте клапан, чтобы убедиться, что воздух свободно проходит через него.
   • Протестируйте ограничитель, залив в камеру давления немного воды и вертикально поставив ракету. Если вы заметите протечку, перезакрепите клапан и протестируйте его еще раз. Когда вы убедились, что клапан не протекает, протестируйте его еще раз, чтобы узнать, при каком давлении воздух выталкивает ограничитель из бутылки.
   • Вы можете найти инструкции по созданию более сложной пусковой системы здесь:

Выбрасывающие языки пламени ракетные двигатели выводят космический корабль на орбиту вокруг Земли. Другие ракеты выводят корабли за пределы Солнечной системы.

Во всяком случае, когда мы думаем о ракетах, то представляем себе космические полеты. Но ракеты могут летать и в вашей комнате, например во время празднования вашего дня рождения.

Ракеты дома

Обычный воздушный шарик тоже может быть ракетой. Каким образом? Надуйте шарик и зажмите его горловину, чтобы воздух не выходил наружу. Теперь отпустите шарик. Он начнет летать по комнате совершенно непредсказуемо и неуправляемо, толкаемый силой вырывающегося из него воздуха.

Вот другая простенькая ракета. Поставим на железнодорожную дрезину – пушку. Направим ее назад. Допустим, что трение между рельсами и колесами очень мало и торможение будет минимальным. Выстрелим из пушки. В момент выстрела дрезина тронется вперед. Если начать частую стрельбу, то дрезина не остановится, а с каждым выстрелом будет набирать скорость. Вылетая из пушечного ствола назад, снаряды толкают дрезину вперед.

Материалы по теме:

Как спят космонавты в космосе?

Сила, которая при этом создается, называется отдачей. Именно эта сила заставляет двигаться любую ракету, как в земных условиях, так и в космосе. Какие бы вещества или предметы ни вылетали из движущегося предмета, толкая его вперед, мы будем иметь образец ракетного двигателя.

Ракета намного лучше приспособлена для полетов в космической пустоте, чем в земной атмосфере. Чтобы вывести в космос ракету, инженерам приходится конструировать мощные ракетные двигатели. Свои конструкции они основывают на универсальных законах мироздания, открытых великим английским ученым Исааком Ньютоном, работавшим в конце 17 века. Законы Ньютона описывают силу тяжести и то, что происходит с физическими телами, когда они движутся. Второй и третий законы помогают отчетливо понять, что представляет из себя ракета.

Движение ракеты и законы Ньютона

Второй закон Ньютона связывает силу движущегося предмета с его массой и ускорением (изменением скорости в единицу времени). Таким образом, для со здания мощной ракеты надо, чтобы ее двигатель выбрасывал большие массы сгоревшего топлива с большой скоростью. Третий закон Ньютона гласит, что сила действия равна силе противодействия и направлена в противоположную сторону. В случае ракеты сила действия - это раскаленные газы, вырывающиеся из сопла ракеты, сила противодействия толкает ракету вперед.

Использование самолётов в качестве первой ступени на атмосферном участке полётной траектории является очень перспективным, имеющим существенные преимущества перед классическими методами вывода грузов на орбиту. Но и есть существенные недостатки, которые и мешают внедрению этой технологии в жизнь и её развитию.

К достоинствам следует отнести:

Отсутствие необходимости в сложном комплексе сооружений для закуска ракет - нужна просто подготовленная взлётная полоса, а кроме того эта полоса не обязана находится на экваторе для наиболее эффективного вывода полезной нагрузки (самолёт вполне может долететь до экватора, а там уже отделять от себя вторую ступень). Но наиболее оптимальным и энергоэффективным вариантом конечно является дозаправка и взлёт с полосы на экваторе. Можно использовать уже существующую инфраструктуру;

Первая ступень (самолёт) является многоразовой (при этом многоразовость ограничивается не десятками раз, как у Falcon 9, а тысячами раз) и очень дешёвой в обслуживании;

Возможно создание на этой базе уже не самолётов, а SSTO (single-stage-to-orbit) одноступенчатых космических кораблей, которые имеют двигатели, которые могут использовать воздух в качестве окислителя на атмосферном участке, а только потом переходить на запасённый в баках кислород. Эти аппараты выглядят перспективнее, но они дороги в обслуживании и им приходится возить на орбиту лишний вес в виде пустых баков, крыльев, двигателей и прочего.

Недостатки, которые и определяют недостаточную развитость этого направления космической техники:

Для вывода сопоставимых с выводимыми обычными ракетами-носителя грузами на орбиту требуется огромная подъёмная сила и потребное крыло получается очень огромным, сами самолёты соответственно тоже получаются огромными и дорогими в производстве (от 100 метров и до 300 метров размах крыла, а взлётная масса от 500 до 2000 тонн);

Высота, на которую может поднять ракету самолёт ограничена 10-15 километрами, да и скорость, которая сообщается отделяемой второй системе не превышает скорости звука, что достаточно мало в масштабах необходимой первой космической скорости на высоте нескольких сот километров. Да, есть некоторая экономия, связанная со значительным снижением аэродинамических потерь и применение на второй ступени ЖРД такого типа, которые наиболее эффективны в условиях вакуума, но эта экономия не слишком велика (ориентировочные расчёты сейчас делать не берусь);

В случае SSTO дороговизна обслуживания, дороговизна разработки и производства совершенно нового типа разнорежимных двигателей; неэффективный вывод на орбиту лишней массы в виде всего огромного запускаемого с Земли аппарата (например, наиболее реалистичный на сегодняшний день проект «Skylon» () без топлива весит 41 тонну).

Но в некоторой узкой области вывода на орбиту малых грузов (а также для других целей) самолёты используются в качестве первой ступени уже сейчас:

2. Многоразовый космический корабль SpaceShipTwo () с поправкой на то, что он суборбитальный и предназначен не для вывода грузов, а для космического туризма.

Не построили еще таких самолетов, которые могли бы одновременно разгоняться до нужной скорости и нести на себе такую махину (даже за вычетом массы лишнего топлива). Но проекты такие разрабатываются.

Всё что здесь написали это полный абсурд. Пишу как выпускник МГТУ им Баумана кафедры "Аэрокосмические системы".

• Для каких-нибудь нано-спутников и мини-носителей воздушный старт может оказаться дешёвым, но чтобы вывести приличный вес на геостационарную орбиту требуется носитель массой в сотни тонн - следовательно, и самолёт должен быть не меньше Ан-225 "Мрiя". А уж если он, вдобавок, и сверхзвуковой... Такие самолёты по определению дешёвыми не будут.
• Обывателю кажется что для запуска ракеты важна высота. На самом деле для выхода на орбиту и в реальный космос важна скорость, а вовсе не высота. Цель ракеты - достичь первой космической скорости (8 км/с, около 28 тысяч км/ч) причём почти неважно в каком направлении - вверх или вбок. Грузовые самолёты максимум что могут дать - это 900 км/ч, а это 3% от необходимого, в пределах погрешности измерения. Есть, конечно, сверхзвуковые самолёты которые могут развивать большую скорость, но у них ничтожная грузоподъёмность. Если цель - покататься пару минут в стратосфере, то самолёт может помочь, но для реального космоса нужно что-то посерьёзнее.
• У ракет отделение первой ступени происходит на высотах более 40 км и на скорости 2-3 км/с, а самолет поднимает на высоту порядка 10-12 км и сообщает скорость около 200 м/с. Получается, что по сути дела самолет заменяет собой не первую ступень (как обычно пишут в рекламных буклетах на подобные системы), а где-то 1/4 (а то и 1/5) от первой ступени.
• Разделение. Представьте себе самолёт на высоте 10 км летящий со скоростью 900 км/ч у которого внутри как-то находится ракета которая тяжелее чем сам самолёт. Нужно её как-то безопасно пустить, при этом чтобы не задеть сам самолёт и не создать ему возмущений - это нетривиальная техническая задача. Ракета рассчитана на сдавливающие нагрузки, а при старте с самолёта у неё будут нагрузки изгибающие. (Самолёт же не может лететь носом вверх?). Т.е. если любую существующую орбитальную ракету сбросить с самолёта она сразу же переломится. Т.е. нужно делать более прочную ракету - а значит более тяжёлую - а значит масса выводимой нагрузки будет меньше.
• Стартовать ракету. Вы когда нибудь видели фотографии пускового комплекса? Там стоят мачты, механизмы удержания, газоотводы, цистерны с жидким топливом, системы термостатирования. А теперь это всё тоже нужно уместить в самолёте. Реально как в анекдоте "а теперь со всей этой фигнёй мы попытаемся взлететь".
• Помните видео "что-то пошло не так" ? Это произошло в казахской степи, людей при пуске отвозят на десятки километров. У ракет примерно каждый 20-й полёт что-то идёт не так. А теперь представьте, что это произошло в самолёте, вам пилотов не жалко?

Резюме: возможно в будущем, на каких-то других технологиях возникнут аэрокосмические системы. Это может быть водородный сверхзвуковой беспилотный самолёт или что-то в этом роде, но на существующих технологиях авиастроения самолёт только мешает ракете.

Каково устройство многоступенчатой ракеты разберем на классическом примере ракеты для полета в космос, описанном в трудах Циолковского, родоначальника ракетостроения. Именно им первым была опубликована принципиальная идея изготовления ракеты многоступенчатой.

Принцип действия ракеты.

Для того чтобы преодолеть земное притяжение, ракете необходим большой запас топлива, при этом, чем больше топлива мы берем, тем больше получается масса ракеты. Поэтому для уменьшения массы ракеты их строят на принципе многоступенчатости. Каждую ступень можно рассматривать как отдельную ракету с собственным ракетным двигателем и запасом топлива для полета.

Устройство ступеней космической ракеты.

Первая ступень космической ракеты самая большая, в ракете для полета космос двигателей 1ой ступени может быть до 6 и более чем тяжелей груз необходимо вывести в космос, тем больше двигателей в первой ступени ракеты.

В классическом варианте их три, расположены симметрично по краям равнобедренного треугольника как бы опоясывающего ракету по периметру. Эта ступень самая большая и мощная, именно она отрывает ракету . Когда топливо в первой ступени ракеты израсходовано вся ступень отбрасывается.

После этого движением ракеты управляют двигатели второй ступени. Их иногда называют разгонными, поскольку именно с помощью двигателей второй ступени ракета достигает первой космической скорости, достаточной для выхода на околоземную орбиту.

Так может повторяться несколько раз, при этом каждая ступень ракеты весит меньше предыдущей, поскольку с набором высоты сила притяжения Земли уменьшается.

Сколько раз повторяется этот процесс столько и ступеней содержит космическая ракета. Последняя ступень ракеты предназначена для маневрирования (маршевые двигатели для коррекции полета имеются в каждой ступени ракеты) и доставки полезного груза и космонавтов к месту назначения.

Мы рассмотрели устройство и принцип действия ракеты , точно также устроены и принципиально не отличаются от космических ракет баллистические многоступенчатые ракеты, страшное оружие несущее ядерное оружие. Они способны полностью уничтожить как жизнь на всей планете, так и саму .

Многоступенчатые баллистические ракеты выходят на околоземную орбиту и уже оттуда поражают наземные цели разделившимися боеголовками с ядерными зарядами. При этом чтобы долететь до самой удаленной точки им достаточно 20-25 минут.