Воздух. Неожиданные факты о том, без чего нельзя прожить

Ракетный двигатель – единственный в наши дни способ вывести ракету на орбиту Земли. Самый распространенный тип двигателя – химический. В камере сгорания смешиваются и воспламеняются горючее и окислитель, продукты реакции окисления выбрасываются через отверстие особой формы, которое называется сопло Лаваля. Это газовый канал, который сначала сужается, а потом расширяется. Благодаря такой конструкции можно разогнать скорость потока до сверхзвуковой, то есть выше скорости звука, и тем самым увеличить реактивную тягу.

Какую скорость должна развить ракета, чтобы покинуть Землю? Физика ответила на этот вопрос.

■ ПЕРВАЯ КОСМИЧЕСКАЯ – скорость, которую необходимо придать телу, чтобы оно вышло на орбиту планеты и стало ее спутником. Для Земли эта скорость равна 7,9 км/с.

■ ВТОРУЮ КОСМИЧЕСКУЮ скорость необходимо набрать, чтобы покинуть не только планету, но и сферу ее притяжения. Для Земли это 11,2 км/с.

■ ТРЕТЬЯ КОСМИЧЕСКАЯ – скорость, которая развивается для того, чтобы выйти за пределы Солнечной системы, преодолеть притяжение и Земли, и Солнца. При оптимальной организации полета она составляет 16,7 км/с.

Космическим полетом считается тот, что проходит выше 100 км. Если ракета поднимется на эту высоту и выключит двигатели, то не сможет совершить оборот вокруг Земли, а выполнит суборбитальный полет. Если она продолжит наращивать скорость и достигнет первой космической, это уже будет орбитальный полет. Для него требуются более сложные ракеты. Они могут быть как одноразовыми, которые запускаются в космос безвозвратно, так и частично многоразовыми.

Для вывода ракеты на орбиту ее скорость должна составлять примерно 28 000 км/ч. Достичь таких значений при помощи одного ракетного двигателя невозможно, поэтому для усиления основной тяги используют ракетные ускорители, которые называются ступенями. Все ракеты делятся на одноступенчатые и многоступенчатые. Блоки многоступенчатых ракет могут располагаться последовательно (одна над другой), параллельно (на одном уровне) или комбинированно. Многоступенчатая ракета позволяет более грамотно использовать ресурсы за счет того, что во время полета ступень, выработавшая свое топливо, отделяется, и оставшееся горючее не тратится на ускорение лишней массы.

Двигательные установки бывают твердотопливными, жидкостными и комбинированными. Жидкостные распространены шире всего за счет важнейшего преимущества, которым не обладают более простые твердотопливные: легкости управления и отсутствия вибраций.

Как вы понимаете, отправить ракету в космос – весьма дорогое удовольствие, поэтому никто не запускает их ради развлечения. Каждый запуск тщательно подготавливается и производится для того, чтобы вывести на орбиту что-то полезное, например новый спутник или груз для МКС. Ракеты классифицируются по полезной нагрузке, которую они способны вывести на орбиту: сверхлегкий класс – до 1 т, легкий – от 1 до 5 т, средний класс – от 5 до 20 т, тяжелый – от 20 до 50 т, сверхтяжелый – свыше 50 т. Ракета, которая выводит на орбиту полезную нагрузку, называется ракетой-носителем.

Глава 17 Энергия «из воздуха»

Что такое ветер? И как он образуется?

Земля и ее атмосферный воздух прогреваются солнечными лучами неравномерно. Теплый воздух становится легче и поднимается вверх. На этом месте образуется зона низкого давления. При охлаждении воздух утяжеляется и стремится вниз. Здесь возникает зона высокого давления. Потоки холодного и теплого воздуха постоянно циркулируют и меняются местами – движутся из области высокого давления в область низкого. Мы называем это явление ветром. Чем больше разница давлений, тем выше скорость ветра.

Ветер бывает разный. Легкий и ласковый – такому приятно подставить лицо в летний денек. Крепкий и уверенный способен развевать огромный флаг высоко в небе. Мощный и разрушительный – его порывы сносят конструкции и валят деревья. Но ветер – это не только природное явление, а еще и постоянный источник возобновляемой энергии, который человек стал использовать в своих целях.

Парус

Одно из устройств, позволяющих «поймать» энергию ветра и преобразовать в поступательное движение, – парус. Его можно назвать вертикальным крылом: принцип действия заключается в разнице давлений. Сторона, на которую дует ветер, – наветренная, там образуется зона повышенного давления. Обратная сторона – подветренная, она пониженного давления. Разность давлений создает силу, которая движет вперед судно, оснащенное парусом.