Искусственный спутник земли

Воздух является одним из главных противников высоких скоростей в атмосфере, а в нашем случае скорость ракеты должна быть огромной. Кроме того, вспомним, что даже «Фау-2», пролетая плотные слои атмосферы почти вертикально, нагревалась свыше 540℃.

При скоростях же, гораздо больших, чем у «Фау-2», летящая в атмосфере ракета просто сгорит.

Следовательно, необходимо создать такую минимальную высоту полета ракеты над Землей, при которой можно было бы пренебречь влиянием атмосферы.

Многие ученые занимались расчетами скорости ракеты, необходимой для запуска искусственного спутника Земли на определенную высоту. Большой интерес представляет формула, выражающая теоретически минимальную скорость, которую необходимо сообщить ракете на Земле для перевода ее на круговую орбиту. Эта скорость (V_x) называется характеристической и является наименьшей скоростью, теоретически необходимой для запуска ИСЗ.

Формула для определения этой скорости имеет вид:

Здесь r₀ — радиус Земли, в среднем равный 6 372 000 м, а r=r₀+h, где h — высота полета спутника над Землей. Таким образом, зная высоту полета спутника над Землей, читатель легко может, пользуясь вышеуказанной формулой, определить характеристическую скорость ракеты.

Надо сказать, что приведенная формула характеристической скорости[12] получается при определении количества энергии, которую необходимо сообщить массе ИСЗ для того, чтобы обеспечить ей возможность движения вокруг земного шара без падения на Землю. Из той же формулы видно, что скорость V_x изменяется в зависимости от удаления орбиты спутника от поверхности Земли.

Наименьшее ее значение будет при r=r₀, т. е. при полете ракеты прямо над поверхностью Земли.

Тогда

Эту скорость принято называть первой космической скоростью. Но, как мы уже установили выше, свободного полета спутника Земли в плотных слоях атмосферы из-за наличия силы сопротивления воздуха осуществить невозможно, так как атмосфера немедленно затормозит его полет.

Из этой же формулы видно, что наибольшее значение скорости V_x получим, удалив орбиту ИСЗ в бесконечность. При r, стремящемся к бесконечности, V_x стремится к значению 11 190 м/сек. Это и будет так называемая вторая космическая скорость.

Промежуточные значения скорости V_x для разных высот h приведены в табл. 1 на стр. 50.

Таблица 1

Значения характеристической скорости Vх в зависимости от высоты полета спутника над Землей
h — средняя высота полета спутника над Землей в км	Величина характеристической скорости Vx в м/сек, подсчитанная по формуле (1)	h — средняя высота полета спутника над Землей в км	Величина характеристической скорости Vх в м/сек, подсчитанная по формуле (1)
200	8 033	500	8 194
220	8 043	600	8 246
250	8 061	640	8 266
265	8 069	700	8 294
280	8 076	800	8 342
300	8 089	966	8 417
320	8 099	1000	8 431
350	8 116	1730	8 716
400	8 143	—	—

Для того чтобы ракета была не спутником Земли, а улетела в космос (в пределах солнечной системы), ей необходимо сообщить скорость больше 11,2 км/сек.

О том, какая сила забросит искусственный спутник на большую высоту, с помощью каких средств космические корабли смогут достичь таких колоссальных скоростей, мы расскажем в следующей главе.

Глава Ⅱ. КАКИЕ СРЕДСТВА ПОМОГЛИ РЕШИТЬ ПРОБЛЕМУ СОЗДАНИЯ ИСЗ

1. Физические основы реактивного движения

Какая же сила поможет человеку завоевать космическое пространство? Оказывается, такая сила существует, и ее давно заметил человек. Это реактивная сила. Именно ее имел в виду отец русской реактивной техники гениальный К. Э. Циолковский, рассчитывая межпланетные полеты. Что же это за сила? Каков ее физический смысл?

С этой силой часто встречается наш читатель, не обращая на нее внимания. Именно эта сила вызывает удар в плечо во время выстрела из ружья, она заставляет откатываться орудие после выстрела, благодаря ее действию взлетают в воздух фейерверочные и сигнальные ракеты.

Оказывается, принципиально только реактивная сила может заставить межпланетный корабль будущего взлететь в космос, и только с ее помощью были запущены первые в истории человечества искусственные спутники Земли.

Классическое объяснение возникновения реактивной силы дал великий английский ученый Ньютон в третьем законе механики. Закон этот гласит: всякое действие встречает равное по величине и обратное по направлению противодействие.