Nadharia ya safari za anga. Utafutaji wa nafasi ya baadaye

Utangulizi.

Ubinadamu daima umeota kusafiri angani. Waandishi - waandishi wa hadithi za kisayansi, wanasayansi, waotaji - walipendekeza njia anuwai za kufikia lengo hili. Lakini kwa karne nyingi, hakuna mwanasayansi hata mmoja au mwandikaji wa hadithi za kisayansi ambaye ameweza kuvumbua njia pekee ya mtu ambayo kwayo mtu anaweza kushinda nguvu za uvutano na kuruka angani. Kwa mfano, shujaa wa hadithi na mwandishi wa Kifaransa Cyrano de Bergerac, iliyoandikwa katika karne ya 17, alifikia Mwezi kwa kutupa sumaku yenye nguvu juu ya gari la chuma ambalo alikuwa iko. Gari lilipanda juu na juu juu ya Dunia, likivutiwa na sumaku, hadi ikafika Mwezi; Baron Munchausen alisema kwamba alipanda Mwezi kwenye bua ya maharagwe.

Kwa mara ya kwanza, ndoto na matamanio ya watu wengi yaliletwa karibu na ukweli na mwanasayansi wa Urusi Konstantin Eduardovich Tsiolkovsky (1857-1935), ambaye alionyesha kuwa kifaa pekee kinachoweza kushinda mvuto ni roketi, aliwasilisha kwa mara ya kwanza. ushahidi wa kisayansi wa uwezekano wa kutumia roketi kwa safari za anga za juu, zaidi ya angahewa ya dunia na sayari nyingine za mfumo wa jua. Tsoilkovsky aliita roketi kifaa kilicho na injini ya ndege ambayo hutumia mafuta na kioksidishaji juu yake.

Injini ya ndege ni injini yenye uwezo wa kubadilisha nishati ya kemikali ya mafuta kuwa nishati ya kinetic ya ndege ya gesi, na hivyo kupata kasi katika mwelekeo tofauti.

Uendeshaji wa injini ya ndege inategemea kanuni gani na sheria za mwili?

Kama unavyojua kutoka kwa kozi ya fizikia, risasi kutoka kwa bunduki inaambatana na kurudi nyuma. Kulingana na sheria za Newton, risasi na bunduki zingeruka kuelekea pande tofauti kwa kasi ileile ikiwa zingekuwa na wingi sawa. Wingi wa gesi uliotolewa huunda nguvu tendaji, shukrani ambayo harakati inaweza kuhakikisha, katika hewa na katika nafasi isiyo na hewa, na hivyo kurudi nyuma hutokea. Kadiri nguvu ya kurudisha nyuma bega yetu inavyohisi, ndivyo wingi na kasi ya gesi zinazotoroka, na, kwa hivyo, nguvu ya athari ya bunduki, ndivyo nguvu tendaji inavyoongezeka. Matukio haya yanaelezewa na sheria ya uhifadhi wa kasi:

jumla ya vector (kijiometri) ya msukumo wa miili ambayo hufanya mfumo wa kufungwa inabaki mara kwa mara kwa harakati yoyote na mwingiliano wa miili ya mfumo.

Kasi ya juu ambayo roketi inaweza kukuza inahesabiwa kwa kutumia formula ya Tsiolkovsky:

, Wapi

v max - kasi ya juu ya roketi,

v 0 - kasi ya awali,

v r - kasi ya mtiririko wa gesi kutoka kwa pua;

m - uzito wa awali wa mafuta;

M ni wingi wa roketi tupu.

Njia iliyowasilishwa ya Tsiolkovsky ndio msingi ambao hesabu nzima ya makombora ya kisasa inategemea. Nambari ya Tsiolkovsky ni uwiano wa wingi wa mafuta kwa wingi wa roketi mwishoni mwa operesheni ya injini - kwa uzito wa roketi tupu.

Kwa hivyo, tuligundua kwamba kasi ya juu ya kufikiwa ya roketi inategemea hasa kasi ya mtiririko wa gesi kutoka kwa pua. Na kiwango cha mtiririko wa gesi za pua, kwa upande wake, inategemea aina ya mafuta na joto la ndege ya gesi. Hii ina maana kwamba joto la juu, kasi kubwa zaidi. Kisha kwa roketi halisi unahitaji kuchagua mafuta ya juu zaidi ya kalori ambayo hutoa kiasi kikubwa cha joto. Fomula inaonyesha kwamba, kati ya mambo mengine, kasi ya roketi inategemea uzito wa awali na wa mwisho wa roketi, kwa sehemu gani ya uzito wake ni mafuta, na ni sehemu gani isiyo na maana (kutoka kwa mtazamo wa kasi ya kukimbia) miundo: mwili, taratibu, n.k. d.

Hitimisho kuu kutoka kwa fomula hii ya Tsiolkovsky ya kuamua kasi ya roketi ya anga ni kwamba katika nafasi isiyo na hewa roketi itakua kasi zaidi, kasi ya utokaji wa gesi na idadi kubwa ya Tsiolkovsky.

Kifaa cha kombora la balestiki.

Wacha tufikirie kwa jumla kombora la kisasa la masafa marefu.

Roketi kama hiyo lazima iwe ya ngazi nyingi. Malipo ya mapigano iko kwenye kichwa chake, na vifaa vya kudhibiti, mizinga na injini ziko nyuma yake. Uzito wa uzinduzi wa roketi unazidi uzito wa mzigo kwa mara 100-200, kulingana na mafuta! Kwa hivyo, roketi halisi inapaswa kupima tani mia kadhaa, na urefu wake unapaswa kufikia urefu wa jengo la ghorofa kumi. Mahitaji kadhaa yamewekwa kwenye muundo wa roketi. Kwa hivyo, ni muhimu, kwa mfano, kwamba nguvu ya msukumo ipite katikati ya mvuto wa roketi. Roketi inaweza kupotoka kutoka kwa kozi iliyokusudiwa au hata kuanza kuzunguka ikiwa hali maalum hazijafikiwa.

Mtini.1 Muundo wa ndani wa roketi.

Unaweza kurejesha kozi sahihi kwa kutumia usukani. Katika hewa ya nadra, rudders za gesi hufanya kazi, kupotosha mwelekeo wa ndege ya gesi, iliyopendekezwa na Tsiolkovsky. Visuka vya aerodynamic hufanya kazi wakati roketi inaruka kwenye hewa mnene.

Makombora ya kisasa ya balestiki hufanya kazi kwenye injini kwa kutumia mafuta ya kioevu. Mafuta ya taa, pombe, hidrazini, na anilini kawaida hutumiwa kama mafuta, na asidi ya nitriki na perkloriki, oksijeni ya kioevu na peroxide ya hidrojeni hutumiwa kama vioksidishaji. Vioksidishaji vilivyo hai zaidi ni florini na ozoni ya kioevu, lakini hutumiwa mara chache kwa sababu ya mlipuko wao uliokithiri.

Injini ni kipengele muhimu zaidi cha roketi. Kipengele muhimu zaidi cha injini ni chumba cha mwako na pua. Katika vyumba vya mwako, kutokana na ukweli kwamba joto la mwako wa mafuta hufikia 2500-3500. KUHUSU C, hasa nyenzo zinazostahimili joto na mbinu tata za kupoeza lazima zitumike. Nyenzo za kawaida haziwezi kuhimili joto kama hilo.

Vitengo vilivyobaki pia ni ngumu sana. Kwa mfano, pampu ambazo lazima zipe kioksidishaji na mafuta kwenye pua za chumba cha mwako, tayari kwenye roketi ya V-2, moja ya kwanza, zilikuwa na uwezo wa kusukuma kilo 125 za mafuta kwa pili.

Katika baadhi ya matukio, badala ya mitungi ya kawaida, mitungi yenye hewa iliyoshinikizwa au gesi nyingine hutumiwa ambayo inaweza kuondoa mafuta kutoka kwa mizinga na kuiingiza kwenye chumba cha mwako.

Vipu vya gesi vinapaswa kufanywa kutoka kwa grafiti au kauri, kwa hiyo ni tete sana na brittle, hivyo wabunifu wa kisasa wanaanza kuachana na matumizi ya rudders ya gesi, kuchukua nafasi yao na pua kadhaa za ziada au kugeuza pua muhimu zaidi. Hakika, mwanzoni mwa kukimbia, kwa msongamano wa juu wa hewa, kasi ya roketi ni ya chini, hivyo usukani hudhibiti vibaya, na ambapo roketi hupata kasi ya juu, msongamano wa hewa ni mdogo.

Kwenye roketi ya Amerika iliyojengwa kulingana na mradi wa Avangard, injini imesimamishwa kwenye bawaba na inaweza kupotoshwa na 5-7. KUHUSU. Nguvu ya kila hatua inayofuata na wakati wake wa kufanya kazi ni kidogo, kwa sababu kila hatua ya roketi inafanya kazi chini ya hali tofauti kabisa, ambayo huamua muundo wake, na kwa hivyo muundo wa roketi yenyewe inaweza kuwa rahisi.

Kombora la balestiki limezinduliwa kutoka kwa kifaa maalum cha kurusha. Kawaida hii ni mlingoti wa chuma ulio wazi au hata mnara, ambao roketi hukusanyika kipande kwa kipande na korongo. Sehemu za mnara kama huo ziko kando ya vifuniko vya ukaguzi vinavyohitajika kwa kuangalia na kurekebisha vifaa. Turret inasonga mbali wakati roketi inaongezwa mafuta.

Roketi huanza kwa wima na kisha polepole huanza kuinamisha na hivi karibuni inaelezea trajectory karibu ya umbo la duara. Njia nyingi za kukimbia za makombora kama hayo ziko kwenye urefu wa zaidi ya kilomita 1000 juu ya Dunia, ambapo hakuna upinzani wa hewa. Inakaribia lengo, anga huanza kupunguza kasi ya mwendo wa roketi, wakati shell yake inakuwa moto sana, na ikiwa hatua hazitachukuliwa, roketi inaweza kuanguka na malipo yake yanaweza kulipuka kabla ya wakati.

Maelezo yaliyowasilishwa ya kombora la ballistic ya bara ni ya zamani na inalingana na kiwango cha maendeleo ya sayansi na teknolojia ya miaka ya 60, lakini kwa sababu ya ufikiaji mdogo wa vifaa vya kisasa vya kisayansi, haiwezekani kutoa maelezo sahihi ya operesheni ya kisasa. kombora la masafa marefu la balestiki ya mabara. Licha ya hayo, kazi hiyo ilionyesha mali ya jumla asili katika roketi zote. Kazi hiyo pia inaweza kuwa ya kupendeza ili kufahamiana na historia ya maendeleo na utumiaji wa makombora yaliyoelezewa.

Deryabin V. M. Sheria za Uhifadhi katika Fizikia. - M.: Elimu, 1982.

Gelfer Ya. M. Sheria za Uhifadhi. - M.: Nauka, 1967.

Mwili K. Ulimwengu bila fomu. - M.: Mir, 1976.

Ensaiklopidia ya watoto. - M.: Nyumba ya Uchapishaji ya Chuo cha Sayansi cha USSR, 1959.

Konstantin Eduardovich Tsiolkovsky alizaliwa mnamo Septemba 5 (17), 1857 katika kijiji cha Izhevskoye, mkoa wa Ryazan, katika familia ya msitu. Kwa sababu ya ugonjwa, hakuweza kusoma shuleni na alilazimika kusoma peke yake. Baada ya kusoma kozi nyingi peke yake katika maktaba pekee ya bure huko Moscow, alifaulu mtihani wa jina la mwalimu wa shule za umma na akapata nafasi ya mwalimu katika shule ya wilaya ya Borovsky. Baadaye alihamishiwa kufundisha huko Kaluga - ambapo alitumia maisha yake yote ya baadaye. Katika wakati wake wa bure, Tsiolkovsky alisoma sayansi. Kwa kazi yake "Mechanics of the Animal Organism" alichaguliwa kuwa mwanachama kamili wa Jumuiya ya Fizikia ya Kirusi. Baada ya mapinduzi, kazi zake zilihitajika, zilitambuliwa kama ubunifu na zilisisimua akili za watu wa wakati wake. Mnamo 1926-1929, Tsiolkovsky alishughulikia maswala ya vitendo ya kukimbia angani. Kwa wakati huu, mawazo ya kuthubutu na hata ya ajabu yanazaliwa ambayo yamepangwa kutimia katika siku zijazo. Tsiolkovsky alihesabu urefu bora wa kukimbia kuzunguka Dunia, alitetea wazo la utofauti wa aina za maisha katika Ulimwengu, akagundua gia ya kutua ya magurudumu ya kwanza, akatengeneza kanuni za uhamasishaji wa hovercraft, aliandika juu ya ugunduzi wa baadaye wa laser. , na kutabiri kupenya kwa hisabati katika nyanja zote za sayansi. Tsiolkovsky alikufa mnamo Septemba 19, 1935.

Kwa kazi zake nyingi za kifalsafa zenye shaka na za kisayansi, Tsiolkovsky anaweza kuitwa mtu anayeota ndoto kubwa na eccentric kutoka nafasi ya kina, ikiwa sio kwa moja "lakini": Konstantin Eduardovich ndiye mtaalam wa kwanza wa itikadi na nadharia ya uchunguzi wa nafasi ya mwanadamu. Tsiolkovsky kila wakati aliota nafasi na akatafuta kudhibitisha ndoto zake kinadharia na hata kivitendo. Mawazo ya kwanza kuhusu kutumia roketi kuruka angani yalionyeshwa na wanasayansi huko nyuma mnamo 1883, lakini nadharia thabiti ya hisabati ya mwendo wa ndege ilikusudiwa kuonekana miaka kumi na tatu tu baadaye.

Mnamo 1903, katika toleo la tano la jarida la Mapitio ya Sayansi, alichapisha sehemu ya kifungu "Uchunguzi wa nafasi za ulimwengu kwa kutumia vyombo vya ndege," lakini, kama uvumbuzi na kazi nyingi za Tsiolkovsky, ilikuwa mbali sana na hali halisi ya maisha ya kisasa. Walakini, ilikuwa katika nakala hii kwamba mwanasayansi aliwasilisha mahesabu ya hesabu na uhalali wa uwezekano halisi wa kutumia roketi kwa kusafiri kwa sayari. Tsiolkovsky hakujiwekea kikomo kwa kuashiria njia za kupenya kwa mwanadamu kwenye nafasi - roketi; pia alitoa maelezo ya kina ya injini. Nadharia nyingi za Konstantin Eduardovich zinaweza kuitwa unabii, kwa mfano kuhusu uchaguzi wa mafuta ya kioevu ya sehemu mbili na uwezekano wa kutumia aina nyingine za mafuta, hasa nishati ya kuoza kwa atomiki. Tsiolkovsky aliweka mbele wazo la kuunda injini za ndege za umeme, ambazo zilikuwa za mapinduzi wakati huo, akiandika kwa tabia yake kwamba "labda, kwa msaada wa umeme, itawezekana kwa muda kutoa kasi kubwa kwa chembe. imetolewa kwenye kifaa cha ndege."

Mawazo yake juu ya baridi ya kuzaliwa upya ya chumba cha mwako na pua ya injini na vipengele vya mafuta, insulation ya kauri ya vipengele vya kimuundo, uhifadhi tofauti na kusukuma mafuta kwenye chumba cha mwako, trajectories mojawapo ya asili ya chombo wakati wa kurudi kutoka nafasi hutumiwa kwa mafanikio leo.

Mwanasayansi alichanganya kikamilifu nadharia na mazoezi, akijaribu kutafuta njia zinazowezekana za kutekeleza kila kitu alichokuwa nacho akilini. Tsiolkovsky alithibitisha kisayansi matatizo yanayohusiana na kukimbia kwa roketi. Kwa mfano, alichunguza kwa undani kila kitu kinachohusiana na roketi: sheria za mwendo, muundo wake, masuala ya udhibiti, kupima, kuhakikisha uendeshaji wa kuaminika wa mifumo yote, kuunda hali zinazokubalika za kukimbia, na hata kuchagua wafanyakazi wanaoendana na kisaikolojia.

Inashangaza kwamba, akiwa hana vifaa, Tsiolkovsky alihesabu urefu mzuri wa ndege kuzunguka Dunia - umbali wa kilomita mia tatu hadi mia nane juu ya sayari. Ni katika urefu huu ambapo ndege za kisasa za anga hufanyika. Tsiolkovsky alipata fomula ambayo baadaye ingeitwa jina lake, ambayo inaruhusu mtu kuamua kasi ya ndege chini ya ushawishi wa msukumo wa injini ya roketi. Wakati huo huo, mwanasayansi alifanikiwa kupata jibu la swali muhimu la vitendo: ni mafuta ngapi yanapaswa kuchukuliwa kwenye roketi ili kupata kasi inayohitajika ya kuondoka kutoka kwa Dunia na kuondoka kwa usalama kwenye sayari? Matokeo ya hesabu yalikuwa kama ifuatavyo: ili roketi iliyo na wafanyakazi kukuza kasi ya kuondoka na kuanza kwa ndege ya kati ya sayari, ni muhimu kuchukua mafuta mara mia zaidi kuliko uzito wa mwili wa roketi, injini. , mitambo, vyombo na abiria kwa pamoja. Lakini unawezaje kuingiza mafuta mengi kwenye meli? Mwanasayansi alipata suluhisho la asili - treni ya roketi iliyo na roketi kadhaa zilizounganishwa kwa kila mmoja. Roketi ya mbele ina kiasi fulani cha mafuta, abiria na vifaa. Kisha roketi hufanya kazi kwa njia mbadala, kuharakisha treni nzima ya sayari. Mara tu mafuta katika roketi moja yanapochomwa kabisa, hutolewa kwa jettisoned: kwa sababu hiyo, mizinga tupu huondolewa na meli inakuwa nyepesi. Kisha roketi ya pili huanza kufanya kazi, kisha ya tatu, nk Kulingana na formula ya Tsiolkovsky, hitimisho muhimu lilifanywa kwamba uwezo wa roketi ni hasa kuamua na sifa za injini na ukamilifu wa muundo wa roketi.

Tsiolkovsky aliacha urithi tajiri wa kisayansi. Si mawazo yake yote yenye thamani kubwa kwa sayansi, lakini bado mwanasayansi huyo alikuwa wa kwanza kushughulikia masuala mengi. Maoni yake hata sasa yanaonekana kuwa ya ajabu kidogo. Inashangaza jinsi mwanasayansi alitabiri kwa usahihi siku zijazo. Kwa hivyo, aliongoza katika kusoma suala la satelaiti ya Ardhi ya bandia na jukumu lake kwa uchumi wa taifa. Alionyesha wazo la kuunda vituo vya karibu-Earth na vizazi vijavyo kama makazi bandia ambayo yatatumia nishati ya Jua na kutumika kama besi za kati za mawasiliano kati ya sayari. Wazo hili la vituo vya kuingiliana lilikuwa njia kuu ya kufikia ndoto inayopendwa - uchunguzi wa kibinadamu wa nafasi ya mzunguko na uundaji wa "makazi ya kweli" katika siku zijazo.

Mbinu ya somo la 4
"Misingi ya Astronautics"

Kusudi la somo: kukuza maarifa juu ya misingi ya kinadharia na ya vitendo ya unajimu.

Malengo ya Kujifunza:

Elimu ya jumla: malezi ya dhana:

Juu ya mahitaji ya kinadharia na vitendo, kazi na mbinu za utafiti wa nafasi;
- kuhusu uhusiano kati ya astronautics na astronomy, fizikia na sayansi nyingine za asili na hisabati na teknolojia;
- kuhusu astronautics - spacecraft;
- kuhusu aina kuu za injini za roketi za ndege (injini za roketi za propellant, injini za propellant kioevu, injini za propulsion za umeme, injini za nyuklia);
- kuhusu trajectories, kasi na vipengele vya harakati za spacecraft, vipengele vya urambazaji wa interplanetary na interstellar.

Kielimu: malezi ya mtazamo wa ulimwengu wa kisayansi wa wanafunzi wakati wa kufahamiana kwao na historia ya maarifa ya mwanadamu. Elimu ya uzalendo wakati wa kufahamiana na jukumu bora la sayansi na teknolojia ya Urusi katika ukuzaji wa unajimu. Elimu ya ufundi na elimu ya kazi katika kuwasilisha habari kuhusu matumizi ya vitendo ya unajimu.

Maendeleo: kuendeleza ujuzi wa kutatua matatizo kwa kutumia sheria za mwendo wa miili ya cosmic, formula za Tsiolkovsky na kasi ya cosmic kuelezea mwendo wa spacecraft.

Wanafunzi lazima kujua:

Kuhusu astronautics (somo, kazi na mbinu za utafiti wa anga, uhusiano wake na sayansi nyingine);
- kuhusu astronautics: aina kuu za spacecraft, muundo na sifa zao;
- kuhusu aina kuu za injini za roketi, muundo na sifa zao
- Fomula ya Tsiolkovsky, kanuni na maadili ya I, II, III ya kasi ya ulimwengu (kwa Dunia);
- kuhusu trajectories ya ndege ya spacecraft na uhusiano kati ya sura ya obits yao na kasi ya harakati.

Wanafunzi lazima kuweza: kutatua matatizo juu ya matumizi ya formula ya Tsiolkovsky na sheria za mwendo wa miili ya cosmic ili kuhesabu sifa za mwendo wa spacecraft.

Vifaa vya kuona na maonyesho:

Filamu: "Vipengele vya ufundi wa anga za juu."
Filamu: "Satelaiti za Ardhi Bandia"; "Ndege za anga".
Majedwali: "Ndege za anga"; "Utafiti wa Nafasi".
Vifaa na zana: kifaa cha kuonyesha mwendo wa satelaiti.

Kazi ya nyumbani:

1) Soma nyenzo za kitabu:
- B.A. Vorontsov-Velyaminova: §§ 14 (4), 16 (4).
- E.P. Walawi: §§ 7-11 (kurudia).
- A.V. Zasova, E.V. Kononovich: § kumi na moja; mazoezi 11 (3, 4)

2) Kamilisha kazi kutoka kwa mkusanyiko wa shida na Vorontsov-Velyaminov B.A. : 174; 179; 180; 186.

3) Andaa ripoti na ujumbe kwa somo "Historia ya Cosmonautics".

Mpango wa Somo

Hatua za somo		Mbinu za uwasilishaji	Muda, min
	Kusasisha mada ya somo	Hadithi
	Uundaji wa dhana juu ya sharti za kinadharia na vitendo, kazi na njia za utafiti wa anga.	Mhadhara	7-10
	Uundaji wa dhana juu ya unajimu na aina kuu za injini za roketi	Mhadhara	10-12
	Uundaji wa dhana juu ya trajectories, kasi na sifa za harakati za spacecraft, sifa za urambazaji wa interplanetary na interstellar.	Mhadhara	10-12
	Kutatua tatizo
	Kufanya muhtasari wa nyenzo zilizofunikwa, kwa muhtasari wa somo, kazi ya nyumbani

Mbinu ya kuwasilisha nyenzo

Somo hili linafundishwa vyema katika mfumo wa mihadhara, wakati utaratibu, ujanibishaji na ukuzaji wa maarifa ya angani ya wanafunzi "kabla ya kisayansi" na habari juu ya unajimu na msukumo wa ndege, iliyosomwa nao katika historia ya asili, historia ya asili na kozi za fizikia. katika kipindi chote cha masomo, hufanywa. Waandishi wa mwongozo huo wanapendekeza kujiwekea kikomo kwa uchanganuzi wa maswali kuhusu njia na kasi ya satelaiti bandia, safari za anga za juu hadi Mwezini na njia rahisi zaidi za safari za ndege kati ya sayari. Tunaona kuwa ni muhimu kuongeza na kupanua nyenzo hii, ili kuifanya nadharia ili, kama matokeo ya mafunzo, mwanafunzi anapata ufahamu wa jumla wa misingi ya kinadharia na ya vitendo ya unajimu. Uwasilishaji wa nyenzo unapaswa kutegemea nyenzo zilizosomwa hapo awali katika fizikia (misingi ya mechanics ya classical: sheria za Newton, sheria ya mvuto, sheria ya uhifadhi wa kasi, msukumo wa ndege) na unajimu (unajimu na mechanics ya mbinguni: sheria za Kepler, habari kuhusu ulimwengu. kasi, mizunguko ya miili ya ulimwengu na usumbufu). Kipengele cha kizalendo cha elimu kinagunduliwa kwa kuzingatia umakini wa wanafunzi juu ya mafanikio ya sayansi na teknolojia ya nyumbani, mchango wa wanasayansi wa Urusi katika kuibuka, malezi na maendeleo ya sayansi ya roketi na unajimu. Maelezo ya kihistoria yanapaswa kuepukwa na kuhifadhiwa kwa somo la baadaye.

Cosmonautics - ndege katika anga ya nje; seti ya matawi ya sayansi na teknolojia ambayo yanahakikisha uchunguzi na ukuzaji wa vitu vya anga na anga na mifumo yao kwa kutumia vyombo anuwai vya anga (SCAV): roketi, satelaiti za Ardhi bandia (AES), vituo vya moja kwa moja vya interplanetary (AMS), spacecraft (SC) , iliyosimamiwa au kudhibitiwa kutoka kwa Dunia.

Msingi wa kinadharia wa astronautics huundwa na:

1. Astronomia (unajimu, mechanics ya mbinguni na astrofizikia).

2. Nadharia ya safari za anga - cosmodynamics - sehemu inayotumika ya mechanics ya mbinguni, kusoma trajectories za ndege, vigezo vya orbital ya spacecraft, nk.

3. Roketi, kutoa ufumbuzi wa matatizo ya kisayansi na kiufundi ya kuunda roketi za nafasi, injini, mifumo ya udhibiti, mawasiliano na maambukizi ya habari, vifaa vya kisayansi, nk.

4. Biolojia ya anga na dawa.

Njia kuu na, hadi sasa, njia pekee ya usafiri katika anga ya nje ni roketi. Sheria za mwendo wa roketi zinatokana na msingi wa sheria za mechanics ya classical: kinematics na mienendo (sheria ya Newton II, sheria ya uhifadhi wa kasi, nk).

Fomula ya K. E. Tsiolkovsky inaelezea harakati ya roketi katika anga ya nje bila kuzingatia hatua ya hali ya nje na inaashiria rasilimali za nishati za roketi:

, - Nambari ya Tsiolkovsky, Wapi m 0 - ya awali, m k ni misa ya mwisho ya roketi, w ni kasi ya misa iliyotolewa kuhusiana na roketi (kasi ya mkondo wa ndege), g- kuongeza kasi ya mvuto.

Mchele. 73

Gari la uzinduzi (LV) ni roketi ya hatua nyingi ya kurusha mzigo angani (AES, AMS, spacecraft, n.k.). Magari ya kuzindua kawaida ni roketi za hatua 2-4 ambazo hutoa kasi ya kutoroka kwa mzigo wa I - II (Mchoro 73).

Injini ya roketi (RM) ni injini ya ndege iliyoundwa kwa roketi na haitumii mazingira kufanya kazi. Katika RD, sio tu nishati inayotolewa kwa injini inabadilishwa (kemikali, jua, nyuklia, n.k.) kuwa nishati ya kinetic ya harakati ya maji ya kufanya kazi ya injini, lakini pia nguvu ya kuendesha gari imeundwa moja kwa moja. fomu ya mmenyuko wa jet ya maji yanayofanya kazi yanayotoka kwenye injini. Kwa hivyo, RD ni kama mchanganyiko wa injini yenyewe na kifaa cha kusukuma.

Msukumo maalum wa njia ya teksi huamuliwa na fomula: .

Hivi sasa, XRD za kemikali pekee ndizo zinazotumiwa sana.

Injini dhabiti ya roketi (mota ya roketi inayopeperushwa) imetumika kwa takriban miaka 2000 - kwa upana katika usanifu wa roketi na kwa kiasi kidogo katika unajimu. Msukumo wa injini dhabiti za roketi huanzia gramu hadi mamia ya tani (kwa injini zenye nguvu za roketi). Mafuta kwa namna ya malipo (awali - poda nyeusi, kutoka mwisho wa karne ya 19 - poda isiyo na moshi, kutoka katikati ya karne ya 20 - nyimbo maalum) imewekwa kabisa kwenye chumba cha mwako. Baada ya kuanza, mwako kawaida huendelea hadi mafuta yameteketezwa kabisa; mabadiliko ya msukumo hayadhibitiwi. Ni rahisi zaidi katika muundo na uendeshaji, lakini ina idadi ya hasara: msukumo wa chini maalum, uzinduzi mmoja, nk. Imewekwa kwenye baadhi ya magari ya uzinduzi nchini Marekani (Scout, Thor, Titan), Ufaransa na Japan. Pia hutumiwa kama mifumo ya kusimama, kuokoa, kurekebisha, nk (Mchoro 74).

Injini ya roketi ya kioevu (LPRE) ni injini ya roketi inayoendesha mafuta ya roketi ya kioevu. Iliyopendekezwa na K. E. Tsiolkovsky mnamo 1903. Injini kuu ya teknolojia ya kisasa ya nafasi. Msukumo kutoka kwa vipande vya gramu hadi mamia ya tani. Kulingana na madhumuni yao, injini za propellant za kioevu zimegawanywa katika kuu (propulsion), kusimama, kurekebisha, nk zifuatazo hutumiwa kama mafuta: vioksidishaji - oksijeni ya kioevu, tetroksidi ya nitrojeni, peroxide ya hidrojeni; kuwaka - mafuta ya taa, hidrazini, amonia kioevu, hidrojeni kioevu. Mchanganyiko wa kuahidi zaidi wa hidrojeni kioevu na oksijeni (LV Energia) (Mchoro 75).

Ili kuongeza msukumo maalum, matumizi ya nishati ya nyuklia yanatia matumaini. Sampuli za majaribio za injini za roketi za nyuklia ( YADI) zimetengenezwa tangu katikati ya miaka ya 60 huko USSR na USA. Hivi sasa, Urusi ndiyo jimbo pekee ambalo lina kizindua cha roketi chenye nguvu ya nyuklia (Mchoro 76).

Maendeleo yanaendelea njia za teksi za umeme(EP) - electrothermal, electromagnetic, ionic. Sampuli za kwanza za majaribio ya propulsion ya umeme ziliundwa katika USSR mwaka 1929-30; Hivi sasa, injini za propulsion za umeme zinatumika kama injini za kudhibiti mtazamo kwa vyombo vya anga nchini Urusi na USA. Injini ya ion ya propulsion imewekwa kwenye AMS, iliyozinduliwa mwishoni mwa miaka ya 90. nchini Marekani (Mchoro 77).

Kwa mtazamo wa mechanics ya kukimbia angani, njia za teksi zimegawanywa katika:

1. Mifumo ya propulsion yenye kasi ndogo ya kutolea nje w » 3 - 30 km / s, imedhamiriwa na joto la juu la mkondo wa ndege (kemikali, nyuklia, nk). Wanafanya kazi kwa muda mfupi (dakika, sekunde) katika anga na utupu katika sehemu ndogo za kazi za trajectory ya kukimbia (mamia ya km).

2. Mifumo ya nguvu ndogo na chanzo tofauti cha nishati ambayo ufanisi wao hutegemea (umeme, nk).

3. Mifumo yenye msukumo mdogo (sailing na radioisotopu).

Wakati wa awamu za kukimbia za kazi, harakati ya chombo cha anga inategemea uendeshaji wa injini zake; katika sehemu za kupita za trajectories, mwendo wa chombo cha anga huathiriwa na nguvu za mvuto kutoka kwa miili ya cosmic, shinikizo la mwanga na upepo wa jua, na katika tabaka za juu za anga - na nguvu za msuguano wa aerodynamic.

Sifa kuu za mwendo tulivu wa chombo cha anga za juu zinaweza kuamuliwa kwa kutatua tatizo la miili 2.

Katika uwanja wa kati wa mvuto wa miili mikubwa ya ulimwengu, vyombo vya anga husogea katika njia za Keplerian, na:

1. Njia ya chombo cha anga ni ya mstatili katika kesi wakati kasi yake ya awali u 0 = 0 na chombo kinaanguka kwa usawa kwa kasi kuelekea katikati ya mvuto.

2. Vyombo vya angani husogea kwenye njia duara wakati kasi ya awali inapoelekezwa kwenye pembe hadi katikati ya mvuto, kwa . Katika mizunguko ya duaradufu kuzunguka Dunia, satelaiti zake, vyombo vya anga vya juu na vituo vya obiti, pamoja na vyombo vya anga vinavyozunguka sayari wanazosoma, husogea.

3. Pamoja na trajectories za kimfano kwa u 0 = u II, wakati kasi ya mwisho ya chombo katika sehemu ya mbali sana katika nafasi ni sifuri.

4. Pamoja na trajectories hyperbolic (u 0 > u II), karibu kutofautishwa kutoka rectilinear kwa umbali mkubwa kutoka katikati ya mvuto.

Njia za safari za ndege kati ya sayari hutofautiana katika sura, muda wa kukimbia, gharama za nishati na mambo mengine kulingana na madhumuni na sifa za kukimbia kwa nafasi. Inafurahisha kutambua kwamba vyombo vya anga karibu kamwe havisogei kwa mstari ulionyooka: njia za harakati zao (isipokuwa kesi zingine zilizoboreshwa) ni sehemu za curves za mpangilio wa pili (miduara, duaradufu, parabolas na hyperbolas) zinazounganisha njia za miili ya ulimwengu. au miili yenyewe.

Kuna sehemu 3 za kupita za trajectories za ndege za kati ya sayari: 1) ndani ya "nyanja ya hatua" ya Dunia, ambayo harakati ya spacecraft imedhamiriwa tu na nguvu ya mvuto; 2) kutoka mpaka wa nyanja ya ushawishi wa Dunia hadi mpaka wa nyanja ya ushawishi wa mwili wa cosmic - lengo la kukimbia, ndefu zaidi na inayoendelea zaidi, ambayo harakati ya spacecraft imedhamiriwa na kivutio. ya Jua; 3) ndani ya nyanja ya hatua ya mwili wa cosmic - madhumuni ya kukimbia.

Tayari ilibainishwa hapo juu kwamba ili kuondoka katika nyanja ya ushawishi wa Dunia, chombo cha anga cha juu lazima kiwe na kasi u > u II; . Kasi ya ziada ambayo chombo kilicho katika obiti ya satelaiti bandia lazima ipate ili kuondoka kwenye nyanja ya ushawishi wa Dunia inaitwa kasi ya kutoka u. V. , Wapi r- umbali kutoka kwa mwili wa cosmic; R dÅ - radius ya nyanja ya ushawishi ya Dunia ( R dÅ = 925000 km).

Wakati wa kuzindua chombo kutoka kwa uso wa Dunia, ni muhimu kuzingatia:

1) kasi na mwelekeo wa mzunguko wa Dunia karibu na mhimili wake;
2) kasi na mwelekeo wa mzunguko wa Dunia kuzunguka Jua (u Å = 29.785 km / s).

Uzinduzi wa satelaiti zinazozunguka katika mwelekeo kinyume na mwelekeo wa mzunguko wa Dunia karibu na mhimili wake ni ngumu sana, inayohitaji matumizi makubwa ya nishati; Ni vigumu zaidi kuzindua chombo cha anga kwenye njia ambayo haipo kwenye ndege ya ecliptic.

Ikiwa kasi ya kutoka inalingana katika mwelekeo na kasi ya harakati ya Dunia v haya, obiti ya chombo, isipokuwa perihelion, iko nje ya mzunguko wa Dunia (Mchoro 79c).
Kwa mwelekeo tofauti wa kasi u V Mzingo wa chombo hicho, isipokuwa aphelion, upo ndani ya mzunguko wa Dunia (Mchoro 79a).
Kwa mwelekeo sawa na usawa wa kasi u V= u Å obiti ya chombo inakuwa sawa, ambayo chombo hicho kitaangukia Jua kwa takriban siku 64 (Mchoro 79d).
Wakati u V= 0, obiti ya chombo cha anga inapatana na mzunguko wa Dunia (Mchoro 79b).

kasi ya juu u V Chombo hicho cha anga, ndivyo msisitizo mkubwa wa obiti yake ya duaradufu. Kwa njia ya mahesabu rahisi kiasi thamani imedhamiriwa v katika, muhimu kwa perihelion au aphelion ya obiti za chombo kulala kwenye mzunguko wa sayari za nje au za ndani, .

Njia za safari za ndege za angani ambazo hugusa wakati huo huo mizunguko ya Dunia na miili ya ulimwengu - malengo ya safari ya sayari - huitwa. Njia za Hohmann(kwa heshima ya mwanasayansi wa Ujerumani W. Homann ambaye aliwahesabu).

Kwa sayari za nje: . Kwa sayari za ndani: , Wapi r- umbali wa wastani wa mwili wa sayari kutoka kwa Jua.

Muda wa kukimbia kwenye trajectory ya Homan huhesabiwa kwa kutumia fomula: wastani wa siku ya jua.

Wakati wa kuhesabu trajectory ya ndege ya kati kwa kutumia trajectories ya Hohmann, ni muhimu kuzingatia nafasi ya jamaa (usanidi wa awali) wa Dunia, Jua na sayari inayolengwa, sifa na sifa za harakati za sayari kwenye njia zao. . Kwa mfano, safari ya ndege kwenda Mirihi kando ya njia fupi zaidi ya Hohmann itachukua 69.9 d tu, hadi Jupiter - miaka 1.11, hadi Pluto - miaka 19.33. Walakini, nafasi halisi ya kuheshimiana ya Dunia, Jua na sayari hizi hufanyika mara chache sana, na ili kupunguza wakati wa kukimbia ni muhimu kukuongeza. V, ambayo inahitaji matumizi ya ziada ya nishati. Kwa hivyo, kati ya sababu zingine, safari za ndege kwa sayari za Mfumo wa Jua ni ghali zaidi na ngumu zaidi kuliko kuchunguza sayari hizi kwa kutumia spacecraft, ambayo inaweza kuruka kwa malengo yao kwa miaka pamoja na trajectories za kiuchumi zaidi. Kwa kuzingatia ushawishi wa usumbufu kutoka kwa sayari na Jua, AWS na vyombo vya anga lazima ziwe na injini za kurekebisha trajectory ya mwendo.

Baada ya kufikia nyanja ya hatua ya sayari inayolengwa, ili kuingia kwenye obiti ya duara au duara kuizunguka, chombo cha angani lazima kipunguze kasi yake hadi thamani chini ya II ya ulimwengu kwa sayari iliyotolewa.

Katika urambazaji kati ya sayari, ujanja wa vyombo vya anga katika uwanja wa mvuto wa sayari za Mfumo wa Jua hutumiwa sana.

Wakati wa kusonga katika uwanja wa kati wa mvuto wa mwili mkubwa wa ulimwengu, chombo hicho kinakabiliwa na nguvu ya kuvutia kutoka kwa mwili huu, kubadilisha kasi na mwelekeo wa harakati ya chombo. Mwelekeo na ukubwa wa kuongeza kasi ya chombo hutegemea jinsi chombo hicho kinavyoruka kutoka kwenye mwili wa ulimwengu na kwenye pembe j kati ya maelekezo ya kuingia na kutoka kwa chombo kwenye nyanja ya utendaji ya mwili huu.

Kasi ya chombo cha anga inabadilika kwa:

Chombo cha anga hupata kasi kubwa zaidi wakati wa kusonga kando ya trajectory inayopita kwa umbali mdogo kutoka kwa mwili wa ulimwengu, ikiwa kasi ya kuingia kwa chombo kwenye nyanja ya hatua ni sawa na mimi kasi ya cosmic u I kwenye uso wa mwili huu, wakati. .

Wakati wa kuruka karibu na Mwezi, chombo kinaweza kuongeza kasi yake kwa 1.68 km / s, wakati wa kuruka karibu na Venus - kwa 7.328 km / s, na wakati wa kuruka karibu na Jupiter - kwa 42.73 km / s. Kasi ambayo spacecraft inaacha nyanja ya ushawishi wa sayari inaweza kuongezeka kwa kiasi kikubwa kwa kuwasha injini wakati wa kupitisha periapsis.

Katika Mtini. 80-81 zinaonyesha baadhi ya njia zilizokokotolewa za safari za ndege baina ya sayari.

Astronautics- tawi la astronautics ambalo linasoma matatizo ya ndege za nyota. Hivi sasa, anasoma shida za kinadharia za mechanics ya kukimbia, kwani sayansi ya kisasa haina habari ya kutatua maswala ya kiufundi ya kufikia nyota.

Kwa ndege ya kati ya nyota, chombo lazima kipite zaidi ya nyanja ya ushawishi wa Jua, sawa na 9 × 10 12 km. Umbali wa nyota ni kubwa sana: nyota ya karibu ni 270,000 AU; Kuna takriban nyota 50 tu ndani ya duara la radius 10 pc iliyoelezewa kuzunguka Jua.

Hivi sasa, chombo cha anga za juu cha Pioneer 10 na 11 na Voyager 1 na 2 vimeanza safari ya kuruka nje ya mfumo wa jua, ambayo itasonga mbali hadi umbali wa mwaka 1 wa mwanga katika maelfu ya miaka.

Aina zilizopo na hata za kuahidi za injini za roketi hazifai au hazitumiwi kidogo kwa safari za ndege kati ya nyota, kwani haziwezi kuharakisha chombo hadi kasi inayozidi 0.1 ya kasi ya mwanga. Na .

Kwa nyota zilizo karibu, safari za ndege za njia moja tu za uchunguzi wa kiotomatiki (AIS) au ndege zinazoendeshwa na mtu zinawezekana kinadharia kwa madhumuni ya kuweka ukoloni sayari zinazofaa na wafanyakazi katika hali ya "kifo kinachoweza kurejeshwa" (hibernation) au kwa mabadiliko ya vizazi. ndani ya meli, ambayo inahitaji kutatua shida nyingi tu za kiufundi, lakini pia za kimaadili, kisaikolojia, kibaolojia (wafanyikazi hawatarudi tena Duniani; watalazimika kutumia muda mwingi wa maisha yao au hata maisha yao yote wakati wa mabadiliko ya vizazi ndani ya meli. meli; inahitajika kuunda mfumo wa ikolojia uliofungwa kabisa wa spacecraft, nk); hata kabla ya uzinduzi, uchunguzi wa angani wa dunia lazima uhakikishe kuwepo kwa sayari za dunia na hali zinazofaa kwa maisha karibu na nyota - lengo la kukimbia (vinginevyo kukimbia hupoteza maana yake).

"Ndoto ya bluu" ya unajimu wa kisasa ni kirusha roketi cha kinadharia cha quantum (photon) na w = c - pekee inayofaa kwa ndege za interstellar ndani ya Galaxy (Mchoro 78).

Mwendo wa miili ya kimwili kwa kasi karibu na kasi ya mwanga huzingatiwa katika nadharia ya jumla ya uhusiano (GTR), ambayo inasoma mifumo ya muda wa nafasi ya michakato yoyote ya kimwili.

Ndani ya mfumo wa uhusiano wa jumla, formula ya Tsiolkovsky ni ya jumla na inachukua fomu: ,

Wapi z- Nambari ya Tsiolkovsky, m 0 - ya awali, m 1 ni wingi wa mwisho wa chombo, u 1 ni kasi ya mwisho ya chombo katika fremu ya marejeleo ya dunia, w ni kasi ya mkondo wa ndege unaohusiana na meli.

Hata nyota ya photon haiwezi kufikia kasi ya mwanga kwa w = c , Kwa sababu ya: .

Kulingana na sayansi ya kisasa, kukimbia kwa kasi ya juu kuliko kasi ya mwanga haiwezekani kwa vitu vyovyote vya nyenzo. Hata hivyo (kinadharia) meli ya nyota inaweza kusafiri kwa kasi karibu na kasi ya mwanga.

Chaguzi zinazowezekana za ndege ya kati ya nyota:

1. Ndege katika hatua 3: kuongeza kasi ya chombo hadi kasi ya juu; kukimbia kwa pwani na injini zimezimwa; kusimama kwa kasi ya sifuri.
2. Ndege katika hatua 2 na kuongeza kasi ya mara kwa mara: nusu ya kwanza ya ndege chombo huongeza kasi kwa kuongeza kasi. g~ gÅ= 10 m/s 2 na kisha kuanza kusimama na kuongeza kasi sawa.

Kulingana na kanuni za kimsingi za Uhusiano wa Jumla, kwa mtazamaji kwenye chombo cha anga, inapokaribia kasi ya mwanga, michakato yote ya kimwili itapungua kwa sababu, na umbali kando ya mwelekeo wa mwendo wa spacecraft utapunguzwa na kiasi sawa: nafasi na wakati ni, kama ilivyokuwa, "imebanwa". Katika sura ya kumbukumbu ya meli itakuwa imesimama, lakini kuhusiana na Dunia na lengo la ndege itasonga kwa kasi u £. c.

Muda wa ndege mwenyewe (wa meli) na wakati huru uliopita kutoka wakati wa uzinduzi Duniani huhesabiwa kwa kutumia fomula tofauti: , Wapi Na - hyperbolic cosine na hyperbolic sine kazi, r- umbali wa lengo la ndege.

Kwa kuongeza kasi ya kuendelea g= 10 m/s 2 kuruka kwa nyota Centauri itachukua miaka 3.6 kulingana na saa ya meli, miaka 4.5 kulingana na saa ya dunia; ndege hadi katikati ya Galaxy itachukua kulingana na saa ya meli T k= miaka 19.72, kulingana na Dunia T Å= miaka 27000; kuruka hadi kwenye galaksi ya M31 (“Andromeda nebula”), iliyo karibu zaidi na galaksi za ond, itachukua ipasavyo. T k= miaka 28 na T Å= miaka milioni 3.5!

Hii ndiyo bei ya kulipa kwa safari za ndege kati ya nyota kulingana na "kitendawili pacha": wanaanga ambao wamesafiri karibu nusu ya Galaxy na wazee makumi ya miaka watarudi Duniani maelfu na mamilioni ya miaka baada ya uzinduzi. Kwa kuongezea shida za kiadili za wageni wanaorudi kutoka kwa "ndege ya njia moja" kutoka zamani hadi ulimwengu wa siku zijazo, shida muhimu inatokea ya thamani ya habari iliyotolewa na wanaanga: wakati wa kukimbia, sayansi. Duniani haisimami!

Shida za nishati za ndege za ndani ni muhimu sana: ikiwa kufikia kasi ya pili ya ulimwengu wa ndege iliyo na mtu wa sayari ya Dunia - Mars, nishati itatumika karibu 8.4 × 10 9 kW × h (inayotolewa na mmea wa nguvu na uwezo wa 100). MW katika masaa 8.5), kisha kuharakisha chombo hadi 0.2 Na nishati inayohitajika ni 10 15 kW× h - nishati yote inayotokana na mitambo ya nguvu ya Dunia katika miaka 10. Kuongezeka kwa kasi hadi 0.4 s kunajumuisha ongezeko la matumizi ya nishati kwa mara 16 na ufanisi wa injini 100%! Akiba ya mafuta ya injini ya roketi ya nyuklia itafikia zaidi ya 99% ya uzito wa chombo hicho. Mchanganyiko wa antimatter kwa ndege moja ya nyota ya picha inahitaji kiasi cha nishati ambacho sayansi ya kisasa haiwezi kuonyesha chanzo chake ndani ya Mfumo wa jua.

Kwa hivyo, kulingana na sheria za fizikia, katika kiwango cha sasa cha maendeleo ya ustaarabu wa kidunia, safari za ndege za anga za juu haziwezekani. Uchunguzi wa nyota zilizo karibu na AMS zisizo na rubani za nyota zinawezekana kabisa (kwa sasa huko USA na Urusi, miradi inaandaliwa ili kuzindua AMS hadi Proxima Centauri, Star ya Barnard na vitu vingine katikati ya karne ya 21). AMZ zilizo na makumi kadhaa ya tani za mzigo wa malipo zitaharakisha hadi kasi ya 0.1-0.2 Na nishati ya jua, radioisotopu au thermonuclear roketi injini, wakati wa kukimbia itakuwa makumi au hata mamia ya miaka.

Nyenzo iliyosomwa imeunganishwa wakati wa kutatua shida:

Zoezi la 10:

1. Kwa nini ni rahisi kurusha chombo kwenda Pluto kuliko Jua?

2. Je, inawezekana, hali ya favorite katika hadithi ya sayansi ya miaka ya 60, wakati chombo cha anga kilicho na injini iliyoshindwa kinavutiwa na kuanguka kwenye Jua?

3. Wapi na kwa nini ni faida zaidi kupata cosmodromes: kwenye miti au kwenye ikweta ya Dunia?

4. Tambua kasi ambayo chombo kinaondoka kwenye Mfumo wa Jua. Itachukua muda gani kuruka hadi kwa nyota iliyo karibu zaidi?

5. Kwa nini kutokuwa na uzito hutokea ndani ya chombo katika sehemu tulivu ya njia ya angani?

6. Je, ni kasi gani ya AMS inayozunguka katika obiti ya duara kuzunguka Jupita kwa umbali wa: a) kilomita 2000; b) kilomita 10,000 kutoka sayari?

7. Chora kwenye mchoro usanidi wa Dunia, Jua na Mirihi, ukizingatia mizunguko yao kuwa ya mviringo, wakati wa ndege ya anga ya Soviet "Mars-2" na "Mars-3", iliyofikia Mars mnamo Novemba 21; 1971 na Desemba 2, 1971 baada ya siku 192 na 188 za kukimbia, ikiwa upinzani wa sayari ulitokea mnamo Agosti 10, 1971.

Kulingana na V.V. Radzievsky anapaswa kuvutia umakini wa waalimu na wanafunzi "kwa umuhimu mkubwa wa kivitendo wa unajimu kuhusiana na uchunguzi hai wa anga, jukumu la wanaanga katika kutatua shida za mazingira za uchafuzi wa mazingira (uhamishaji wa biashara zinazochafua hewa kwenye nafasi, kutolewa taka hatari za viwandani kwenye nafasi, matarajio ya idadi ya watu)… Ni muhimu kuimarisha vipengele vya unajimu katika programu yenyewe, anzisha maswali: sheria ya uhifadhi wa nishati katika tatizo la miili 2 (hitimisho la msingi)...

Katika miaka ya 60-80, kozi ya kuchaguliwa na A.D. ilifundishwa katika shule za Umoja wa Soviet. Marlensky "Misingi ya Cosmonautics" (daraja la IX, masaa 70 ya mafunzo, masaa 2 kwa wiki). Taarifa kuhusu muundo wake, maudhui na upangaji wa somo zinaweza kuwa muhimu kwa mwalimu wa kisasa wa fizikia na unajimu kwa kutumia nyenzo husika katika masomo ya fizikia na unajimu (haswa katika madarasa ya fizikia na hisabati) na shughuli za ziada:

1) Historia ya astronautics(Saa 2) (Miradi ya kwanza ya ajabu ya kukimbia anga. K.E. Tsiolkovsky - mwanzilishi wa unajimu wa kisayansi. Hatua kuu za maendeleo ya teknolojia ya roketi. Uzinduzi wa satelaiti ya kwanza ya Soviet na mwanzo wa enzi ya anga. )

2) Harakati na muundo wa roketi(Saa 4) (Kanuni ya uendeshaji wa roketi. Dhana ya mechanics ya miili ya molekuli ya kutofautiana. Fomula ya Tsiolkovsky. Sehemu kuu na sifa za nambari za roketi ya hatua moja. Roketi za hatua nyingi. Injini za roketi na mafuta) . Anza kwa kurudia sheria ya uhifadhi wa kasi; kwa kuzingatia, kuchambua ejection ya molekuli moja ya kunde kutoka kwa roketi. Fikiria mfululizo wa ejection zinazofuatana na uonyeshe kuwa kasi inayotokana ya roketi wakati wa unidirectional ejection ni sawa na jumla ya kasi inayopokea kwa kila ejection ya wingi. Ripoti formula ya Tsiolkovsky (bila derivation ya kina, lakini kwa uchambuzi wa kina wa maana ya kimwili na ufumbuzi wa matatizo yanayofanana). Fikiria harakati za roketi kutoka kwa mtazamo wa sheria za mienendo, kulingana na nguvu tendaji. Onyesha kwa majaribio kutokea kwa nguvu tendaji kwa kutumia mifano ya jeti za maji zinazotiririka na uonyeshe jinsi nguvu ya kutia inaweza kubadilishwa (mchoro wa usakinishaji umetolewa). Kufahamisha wanafunzi na sifa za nambari za magari ya uzinduzi wa hatua moja na hatua nyingi. Toa (nyumbani) kuendeleza miradi ya roketi yenye sifa tofauti, isambaze katika somo linalofuata. Kazi ya RD inasomwa kwa maneno ya jumla. Mipango ya muundo wao, usambazaji wa mafuta na grafu za mabadiliko katika sifa (kasi, joto na shinikizo la bidhaa za mwako kwenye mhimili wa teksi) huzingatiwa. Zingatia data ya msingi ya injini za roketi na mafuta ya roketi kwa kulinganisha na injini za joto na mafuta ya usafiri wa ardhini. Ni muhimu kuonyesha roketi za mfano wa kufanya kazi.

3) Mwendo wa bure wa roketi katika uwanja wa mvuto(Saa 8) (Uwanja wa kati wa mvuto. Tatizo la miili 2. Sheria ya uhifadhi wa nishati ya mitambo wakati wa kusonga katika uwanja wa mvuto. Kigezo cha mvuto. Mfumo wa kasi ya mwili unaosogea katika obiti ya duaradufu. Njia za mwendo katika uwanja wa mvuto. (Mizunguko ya Keplerian). Sheria za Kepler. Kasi ya mduara, kasi ya kutolewa, kasi ya ziada ya hyperbolic. Dhana ya mwendo wa kutatanisha. Upeo wa kitendo. Uzito). Kurudia sheria ya mvuto wa ulimwengu wote kuhusiana na pointi 2 za nyenzo na kuchambua formula yake kwa undani; onyesha uwezekano wa kuwakilisha miili mikubwa ya cosmic kwa namna ya pointi za nyenzo. Wazo huundwa kwa uwanja wa mvuto kama uwanja wa nguvu za kati na sifa zake: kuongeza kasi ya mvuto (kuruhusu mtu kuamua athari za nguvu za uwanja wa kati kwenye miili iliyoletwa katika sehemu tofauti za uwanja) na uwezo (kwa kuamua gharama za nishati. kwa harakati mbalimbali za miili katika uwanja huu). Thibitisha uchaguzi wa thamani ya sifuri ya uwezo wa uvutano kwa pointi kwa ukomo; katika kesi hii, uwezo wa mvuto wa miili yote ya ulimwengu hupimwa kutoka kiwango cha sifuri na ni rahisi kulinganisha. Kwa kulinganisha uwezo wa mvuto wa pointi kwenye uso wa sayari, mtu anaweza kuhukumu kiasi cha kazi inayohitajika ili kuondoa mwili kutoka kwa hatua fulani hadi infinity (kuanzisha dhana ya kasi ya cosmic II). Suluhisho la shida ya mwili 2 inategemea sheria za uhifadhi wa nishati na kasi ya angular (dhana ya sheria ya uhifadhi wa kasi ya angular inapaswa kuundwa kwa kuzingatia maonyesho ya benchi ya Zhukovsky, ufafanuzi wa dhana ya angular. kasi na idadi ya majaribio)

4) Mwendo wa roketi chini ya ushawishi wa msukumo(Saa 6) (Kuingiza chombo kwenye obiti. Hasara za kasi. Kasi ya awali na jumla ya tabia. Udhibiti wa vyombo vya anga. Marekebisho ya njia. Upakiaji mwingi katika angani. Dhana ya urambazaji wa anga. Urambazaji wa angavu, anga na redio. Mwelekeo na uthabiti wa chombo cha angani. ) 5) Satelaiti za Ardhi Bandia(Saa 8) (Mizunguko ya satelaiti. Msukosuko wa mizunguko unaosababishwa na kutokuwa na umbo la Dunia, upinzani wa angahewa, uzito wa Mwezi na Jua. Mwendo wa satelaiti kuhusiana na uso wa Dunia. Kudungwa kwa setilaiti kwenye obiti. Multipulse ujanja. Mkutano katika obiti. Mizingo inayosubiri. Uhamisho wa Homan. Uwekaji. Vituo vya obiti. Kushuka kutoka kwenye obiti. Matukio ya kimsingi ya kimwili wakati wa kuingia tena. Miteremko ya ballistic na kuruka). 6) Ndege hadi Mwezi na sayari(Saa 8) (Njia za ndege hadi Mwezini. Satelaiti Bandia za mwezi. Kutua Mwezini. Njia za ndege hadi sayari. Njia bora zaidi. Zindua madirisha. Marekebisho ya njia. Mipigo ya mipigo mingi. Kutumia uwanja wa mvuto wa sayari kubadilisha sayari. njia za vyombo vya angani Kuruka kuzunguka sayari Kutua kwenye sayari Matumizi ya angahewa wakati wa kutua. 7) Masharti ya safari ya anga(Saa 2) (Hatari ya mionzi. Hatari ya Meteorite. Mbinu za ulinzi. Usaidizi wa maisha katika chombo cha anga. Saikolojia ya anga. Mdundo wa maisha katika chombo cha anga. Ushawishi wa kutokuwa na uzito na kuzidiwa kwa mwili). 8) Matumizi ya kisayansi na ya vitendo ya astronautics(Masaa 6) (Mafanikio ya USSR katika utumiaji wa nafasi. Vifaa vya kisayansi vya satelaiti, vyombo vya anga na AWS. Utafiti wa Dunia, anga za karibu na Dunia, Mwezi, sayari, anga za juu kwa njia ya astronautics. Matumizi ya vitendo ya astronautics : katika geodesy, meteorology, navigation, mawasiliano, uchunguzi wa rasilimali za dunia). 9) Matarajio ya wanaanga(Saa 2) (Miradi ya safari za anga za juu zaidi katika Mfumo wa Jua. Miradi ya uchunguzi wa Mwezi na sayari. Uwezekano wa safari za ndege kati ya nyota). Masaa 10 ya kazi ya vitendo (ikiwa ni pamoja na uchunguzi wa astronomia).

<< Предыдущая наблюдения - лабораторные работы - практические работы - учебная программа - учебные пособия - лекции - педагогический эксперимент - дидактика - контрольные работы - задача
Angalia pia: Machapisho yote juu ya mada sawa >>

Neno cosmos ni sawa na neno Ulimwengu. Nafasi mara nyingi hugawanywa kiholela katika nafasi ya karibu, ambayo kwa sasa inaweza kuchunguzwa kwa usaidizi wa satelaiti bandia za Dunia, vyombo vya anga, vituo vya sayari na njia zingine, na nafasi ya mbali - kila kitu kingine, kikubwa zaidi. Kwa kweli, nafasi ya karibu inarejelea mfumo wa jua, na nafasi ya mbali inarejelea anga kubwa la nyota na galaksi.

Maana halisi ya neno "cosmonautics", ambayo ni mchanganyiko wa maneno mawili ya Kigiriki - "kuogelea katika Ulimwengu." Katika matumizi ya kawaida, neno hili lina maana ya seti ya matawi mbalimbali ya sayansi na teknolojia ambayo hutoa utafiti na maendeleo ya anga ya nje na miili ya mbinguni kwa msaada wa spacecraft - satelaiti bandia, vituo vya moja kwa moja kwa madhumuni mbalimbali, spacecraft ya mtu.

Cosmonautics, au, kama inavyoitwa wakati mwingine, astronautics, inachanganya safari za ndege kwenda angani, seti ya matawi ya sayansi na teknolojia ambayo hutumika kwa uchunguzi na utumiaji wa anga za juu kwa masilahi ya mahitaji ya wanadamu kwa kutumia njia anuwai za anga. Mwanzo wa umri wa nafasi ya mwanadamu unachukuliwa kuwa Oktoba 4, 1957 - tarehe ambayo satelaiti ya kwanza ya Dunia ilizinduliwa katika Umoja wa Kisovyeti.

Nadharia ya kukimbia angani, ndoto ya muda mrefu ya wanadamu, ikawa sayansi kama matokeo ya kazi za semina za mwanasayansi mkuu wa Urusi Konstantin Eduardovich Tsiolkovsky. Alisoma kanuni za kimsingi za usanifu wa kombora, akapendekeza mchoro wa injini ya roketi ya kioevu, na akaweka sheria zinazoamua nguvu tendaji ya injini. Mipango ya vyombo vya anga pia ilipendekezwa na kanuni za muundo wa roketi, ambazo sasa zinatumika sana katika mazoezi, zilitolewa. Kwa muda mrefu, hadi wakati ambapo maoni, fomula na michoro ya wapendaji na wanasayansi walianza kugeuka kuwa vitu vilivyotengenezwa "kwa chuma" katika ofisi za muundo na warsha za kiwanda, msingi wa kinadharia wa unajimu uliegemea kwenye nguzo tatu: 1) nadharia ya mwendo wa chombo; 2) teknolojia ya roketi; 3) jumla ya maarifa ya unajimu kuhusu Ulimwengu. Baadaye, anuwai ya taaluma mpya za kisayansi na kiufundi ziliibuka katika kina cha unajimu, kama vile nadharia ya mifumo ya udhibiti wa vitu vya angani, urambazaji wa anga, nadharia ya mifumo ya mawasiliano ya anga na upitishaji wa habari, biolojia ya anga na dawa, nk. kwamba ni ngumu kwetu kufikiria unajimu Bila taaluma hizi, ni muhimu kukumbuka kuwa misingi ya kinadharia ya unajimu iliwekwa na K. E. Tsiolkovsky wakati majaribio ya kwanza tu yalifanywa juu ya utumiaji wa mawimbi ya redio na redio. inachukuliwa kuwa njia ya mawasiliano katika nafasi.

Kwa miaka mingi, kutoa ishara kwa kutumia miale ya jua inayoakisiwa kuelekea Duniani kwa vioo vilivyo kwenye chombo cha anga za juu kumezingatiwa kwa uzito kama njia ya mawasiliano. Sasa kwa kuwa tumezoea kutoshangazwa na matangazo ya moja kwa moja ya televisheni kutoka kwenye uso wa Mwezi au picha za redio zilizopigwa karibu na Jupita au kwenye uso wa Zuhura, ni vigumu kuamini hili. Kwa hiyo, inaweza kusema kuwa nadharia ya mawasiliano ya anga, licha ya umuhimu wake wote, bado sio kiungo kikuu katika mlolongo wa taaluma za nafasi. Kiungo hiki kuu ni nadharia ya harakati ya vitu vya nafasi. Ni hii ambayo inaweza kuchukuliwa kuwa nadharia ya kukimbia nafasi. Wataalamu wanaohusika katika sayansi hii wenyewe wanaiita tofauti: mitambo ya mbinguni iliyotumiwa, ballistics ya mbinguni, ballistics ya nafasi, cosmodynamics, mechanics ya kukimbia nafasi, nadharia ya mwendo wa miili ya mbinguni ya bandia. Majina haya yote yana maana sawa, iliyoonyeshwa kwa usahihi na neno la mwisho. Cosmodynamics, kwa hivyo, ni sehemu ya mechanics ya mbinguni - sayansi ambayo inasoma harakati za miili yoyote ya mbinguni, asili (nyota, Jua, sayari, satelaiti zao, comets, meteoroids, vumbi la cosmic) na bandia ( spacecraft otomatiki na spacecraft ya mtu). . Lakini kuna kitu ambacho kinatofautisha cosmodynamics kutoka kwa mechanics ya mbinguni. Cosmodynamics, iliyozaliwa katika kifua cha mechanics ya mbinguni, hutumia njia zake, lakini haifai katika mfumo wake wa jadi.

Tofauti kubwa kati ya mechanics inayotumika ya mbinguni na mechanics ya zamani ni kwamba ya pili haishughulikii na haiwezi kushughulika na uchaguzi wa njia za miili ya mbinguni, wakati ya kwanza inahusika na uteuzi kutoka kwa idadi kubwa ya njia zinazowezekana za kufikia mwili fulani wa angani. trajectory fulani, ambayo inazingatia mahitaji mengi, mara nyingi yanayopingana. Sharti kuu ni kasi ya chini ambayo chombo cha anga huharakisha wakati wa awamu ya awali ya kazi ya kukimbia na, ipasavyo, kiwango cha chini cha gari la uzinduzi au hatua ya juu ya obiti (wakati wa kuzindua kutoka kwa obiti ya chini ya Dunia). Hii inahakikisha upakiaji wa juu zaidi na kwa hivyo ufanisi mkubwa zaidi wa kisayansi wa safari ya ndege. Mahitaji ya urahisi wa udhibiti, hali ya mawasiliano ya redio (kwa mfano, wakati kituo kinaingia kwenye sayari wakati wa kuruka kwake), masharti ya utafiti wa kisayansi (kutua kwa upande wa mchana au usiku wa sayari), nk pia huchukuliwa. akaunti Cosmodynamics hutoa wabunifu wa operesheni ya anga na mbinu za mpito bora kutoka obiti moja hadi nyingine, njia za kusahihisha trajectory. Katika uwanja wake wa maono ni uendeshaji wa obiti, usiojulikana kwa mechanics ya mbinguni ya classical. Cosmodynamics ni msingi wa nadharia ya jumla ya safari ya anga (kama vile aerodynamics ni msingi wa nadharia ya kukimbia katika anga ya ndege, helikopta, ndege na ndege nyingine). Cosmodynamics inashiriki jukumu hili na mienendo ya roketi - sayansi ya mwendo wa roketi. Sayansi zote mbili, zilizounganishwa kwa karibu, huunda msingi wa teknolojia ya anga. Zote mbili ni sehemu za mechanics ya kinadharia, ambayo yenyewe ni sehemu tofauti ya fizikia. Kwa kuwa sayansi halisi, cosmodynamics hutumia mbinu za utafiti wa hisabati na inahitaji mfumo wa kimantiki wa uwasilishaji. Sio bure kwamba misingi ya mechanics ya mbinguni ilitengenezwa baada ya uvumbuzi mkubwa wa Copernicus, Galileo na Kepler na wanasayansi hao ambao walitoa mchango mkubwa zaidi katika maendeleo ya hisabati na mechanics. Hawa walikuwa Newton, Euler, Clairaut, d'Alembert, Lagrange, Laplace. Na kwa sasa, hisabati husaidia kutatua matatizo ya ballistics ya mbinguni na, kwa upande wake, inapata msukumo katika shukrani zake za maendeleo kwa kazi ambazo cosmodynamics inaleta kwa ajili yake.

Mitambo ya angani ya zamani ilikuwa sayansi ya kinadharia tu. Hitimisho lake lilithibitishwa mara kwa mara na data ya uchunguzi wa anga. Cosmodynamics ilianzisha majaribio katika mechanics ya mbinguni, na mechanics ya mbinguni kwa mara ya kwanza ikageuka kuwa sayansi ya majaribio, sawa katika suala hili, tuseme, tawi la mechanics kama aerodynamics. Asili ya kutokujali ya mechanics ya angani ya asili ilibadilishwa na roho hai na ya kukera ya umilisi wa angani. Kila mafanikio mapya katika astronautics ni wakati huo huo ushahidi wa ufanisi na usahihi wa mbinu za cosmodynamics. Cosmodynamics imegawanywa katika sehemu mbili: nadharia ya mwendo wa katikati ya wingi wa chombo cha anga (nadharia ya trajectories ya nafasi) na nadharia ya mwendo wa chombo kinachohusiana na katikati ya wingi (nadharia ya "mwendo wa mzunguko").

Injini za roketi

Njia kuu na karibu pekee ya usafiri katika anga ya nje ni roketi, ambayo ilipendekezwa kwanza kwa kusudi hili mwaka wa 1903 na K. E. Tsiolkovsky. Sheria za urushaji wa roketi zinawakilisha mojawapo ya msingi wa nadharia ya kuruka angani.

Cosmonautics ina safu kubwa ya mifumo ya kusukuma roketi kulingana na matumizi ya aina mbalimbali za nishati. Lakini katika hali zote, injini ya roketi hufanya kazi sawa: kwa njia moja au nyingine hutoa misa fulani kutoka kwa roketi, hifadhi ambayo (kinachojulikana kama maji ya kufanya kazi) iko ndani ya roketi. Nguvu fulani hutenda kwa wingi uliotolewa kutoka kwa roketi, na kulingana na sheria ya tatu ya mechanics ya Newton - sheria ya usawa wa hatua na majibu - nguvu sawa, lakini kwa upande mwingine, hufanya kutoka kwa wingi uliotolewa kwenye roketi. Nguvu hii ya mwisho inayoendesha roketi inaitwa thrust. Ni wazi kuwa nguvu ya msukumo inapaswa kuwa kubwa zaidi, ndivyo wingi wa kila wakati wa kitengo unavyotolewa kutoka kwa roketi na kasi zaidi inayoweza kutolewa kwa molekuli iliyotolewa.

Mchoro rahisi zaidi wa muundo wa roketi:

Katika hatua hii ya maendeleo ya sayansi na teknolojia, kuna injini za roketi kulingana na kanuni tofauti za uendeshaji.

Injini za roketi za thermochemical.

Kanuni ya uendeshaji wa injini za thermochemical (au kemikali tu) sio ngumu: kama matokeo ya mmenyuko wa kemikali (kawaida mmenyuko wa mwako), kiasi kikubwa cha joto hutolewa na bidhaa za majibu zinapokanzwa kwa joto la juu, hupanuka kwa kasi. kutolewa kwenye roketi kwa mwendo wa kasi. Injini za kemikali ni za darasa pana la injini za joto (kubadilishana joto) ambamo maji ya kufanya kazi hutoka kama matokeo ya upanuzi wake kupitia joto. Kwa injini kama hizo, kasi ya kutolea nje inategemea joto la gesi zinazopanuka na kwa wastani wa uzito wa Masi: juu ya joto na chini ya uzito wa Masi, kasi ya kutolea nje ni kubwa zaidi. Injini za roketi za kioevu, injini za roketi za mafuta, na injini za kupumua hewa hufanya kazi kwa kanuni hii.

Injini za mafuta ya nyuklia.

Kanuni ya uendeshaji wa injini hizi ni karibu hakuna tofauti na kanuni ya uendeshaji wa injini za kemikali. Tofauti ni kwamba maji ya kazi yanawaka si kutokana na nishati yake ya kemikali, lakini kutokana na joto la "extraneous" iliyotolewa wakati wa mmenyuko wa intranuclear. Kulingana na kanuni hii, injini za mafuta ya nyuklia, injini za mafuta ya nyuklia kulingana na muunganisho wa nyuklia, na kuoza kwa mionzi ya isotopu ziliundwa. Hata hivyo, hatari ya uchafuzi wa angahewa na kuhitimishwa kwa makubaliano ya kusitisha majaribio ya nyuklia katika angahewa, angani na chini ya maji, kulisababisha kusitishwa kwa ufadhili wa miradi iliyotajwa.

Injini za joto na chanzo cha nishati ya nje.

Kanuni ya uendeshaji wao inategemea kupokea nishati kutoka nje. Kulingana na kanuni hii, injini ya mafuta ya jua imeundwa, chanzo cha nishati ambacho ni Jua. Mionzi ya jua iliyojilimbikizia vioo hutumiwa kupasha joto moja kwa moja maji ya kufanya kazi.

Injini za roketi za umeme.

Darasa hili pana la injini linachanganya aina anuwai za injini ambazo kwa sasa zinatengenezwa kwa nguvu sana. Maji ya kufanya kazi yanaharakishwa kwa kasi fulani ya kutolea nje kwa kutumia nishati ya umeme. Nishati hiyo hupatikana kutoka kwa mtambo wa nyuklia au wa jua ulio kwenye chombo cha anga (kimsingi, hata kutoka kwa betri ya kemikali). Miundo ya motors za umeme zinazotengenezwa ni tofauti sana. Hizi ni pamoja na injini za umeme, injini za umeme (ionic), injini za sumakuumeme (plasma), injini za umeme na ulaji wa maji ya kazi kutoka kwa tabaka za juu za anga.

Roketi za anga

Roketi ya kisasa ya anga ni muundo mgumu unaojumuisha mamia ya maelfu na mamilioni ya sehemu, ambayo kila moja ina jukumu lake lililokusudiwa. Lakini kutoka kwa mtazamo wa mitambo ya kuharakisha roketi kwa kasi inayohitajika, misa yote ya awali ya roketi inaweza kugawanywa katika sehemu mbili: 1) wingi wa maji ya kufanya kazi na 2) misa ya mwisho iliyobaki baada ya kutolewa. ya maji ya kufanya kazi. Mwisho huu mara nyingi huitwa molekuli "kavu", kwani maji ya kazi katika hali nyingi ni mafuta ya kioevu. Misa "kavu" (au, ikiwa ungependa, "tupu" molekuli, bila maji ya kazi, ya roketi) inajumuisha wingi wa muundo na wingi wa mzigo wa malipo. Ubunifu haupaswi kueleweka tu kama muundo unaounga mkono wa roketi, ganda lake, nk, lakini pia mfumo wa kusukuma na vitengo vyake vyote, mfumo wa kudhibiti, pamoja na vidhibiti, urambazaji na vifaa vya mawasiliano, nk - kwa neno moja. kila kitu ambacho kinahakikisha kukimbia kwa kawaida kwa roketi. Mzigo unajumuisha vifaa vya kisayansi, mfumo wa telemetry ya redio, mwili wa chombo kinachorushwa kwenye obiti, wafanyakazi na mfumo wa kusaidia maisha wa chombo hicho, nk. Mzigo ni kitu ambacho roketi inaweza kufanya safari ya kawaida bila hiyo.

Kuongeza kasi kwa roketi kunawezeshwa na ukweli kwamba maji ya kufanya kazi yanapotoka, wingi wa roketi hupungua, kwa sababu ambayo, kwa msukumo wa mara kwa mara, kasi ya tendaji huongezeka mara kwa mara. Lakini, kwa bahati mbaya, roketi haijumuishi maji moja tu ya kufanya kazi. Maji ya kufanya kazi yanapoisha, mizinga iliyotolewa, sehemu za ziada za ganda, nk huanza kubeba roketi kwa uzito uliokufa, na kuifanya iwe ngumu kuharakisha. Inashauriwa wakati fulani kutenganisha sehemu hizi kutoka kwa roketi. Roketi iliyojengwa kwa njia hii inaitwa roketi ya composite. Mara nyingi, roketi ya mchanganyiko ina hatua za roketi za kujitegemea (shukrani kwa hili, mifumo mbalimbali ya roketi inaweza kufanywa kutoka kwa hatua za mtu binafsi), iliyounganishwa kwa mfululizo. Lakini uunganisho wa sambamba wa hatua, upande kwa upande, pia inawezekana. Hatimaye, kuna miradi ya makombora ya composite, ambayo hatua ya mwisho inakwenda ndani ya uliopita, ambayo imefungwa ndani ya uliopita, nk; katika kesi hii, hatua zina injini ya kawaida na sio tena roketi huru. Upungufu mkubwa wa mpango wa mwisho ni kwamba baada ya kutenganishwa kwa hatua iliyotumiwa, kasi ya ndege huongezeka sana, kwani injini inabaki sawa, msukumo kwa hivyo haujabadilika, na wingi wa kasi wa roketi umepungua sana. Hii inachanganya usahihi wa mwongozo wa kombora na inaweka mahitaji ya kuongezeka kwa nguvu ya muundo. Wakati hatua zimeunganishwa kwa mfululizo, hatua mpya iliyowashwa ina msukumo mdogo na kuongeza kasi haibadilika sana. Wakati hatua ya kwanza inafanya kazi, tunaweza kuzingatia hatua zilizosalia pamoja na upakiaji halisi kama upakiaji wa hatua ya kwanza. Baada ya mgawanyiko wa hatua ya kwanza, hatua ya pili huanza kufanya kazi, ambayo, pamoja na hatua zinazofuata na upakiaji halisi, huunda roketi huru ("subrocket ya kwanza"). Kwa hatua ya pili, hatua zote zinazofuata, pamoja na upakiaji wa kweli, hucheza jukumu la mzigo wao wenyewe, nk. Kila roketi ndogo huongeza kasi yake bora kwa kasi iliyopo, na kwa sababu hiyo, kasi ya mwisho bora ya a. roketi ya hatua nyingi ni jumla ya kasi bora ya roketi ndogo ya mtu binafsi.

Roketi ni gari la "gharama kubwa". Vyombo vya angani vya kurusha magari "husafirisha" hasa mafuta muhimu kuendesha injini zao na muundo wao wenyewe, unaojumuisha hasa vyombo vya mafuta na mfumo wa uendeshaji. Mzigo wa malipo huchukua sehemu ndogo tu (1.5-2.0%) ya wingi wa uzinduzi wa roketi.

Roketi ya mchanganyiko inaruhusu matumizi bora ya rasilimali kwa sababu ya ukweli kwamba wakati wa kukimbia hatua ambayo imemaliza mafuta hutenganishwa, na mafuta mengine ya roketi hayapotei ili kuharakisha muundo wa hatua iliyotumiwa, ambayo imekuwa. sio lazima kuendelea na safari ya ndege.

Chaguzi za usanidi wa kombora. Kutoka kushoto kwenda kulia:

Roketi ya hatua moja.
Roketi ya sehemu-mbili ya hatua mbili.
Roketi ya hatua mbili yenye utengano wa longitudinal.
Roketi iliyo na matangi ya nje ya mafuta ambayo hutenganishwa baada ya mafuta ndani yake kumalizika.

Kimuundo, roketi za hatua nyingi hufanywa kwa mgawanyiko wa kupita au wa longitudinal wa hatua.

Kwa utengano wa kuvuka, hatua huwekwa moja juu ya nyingine na hufanya kazi kwa mfululizo moja baada ya nyingine, kuwasha tu baada ya mgawanyiko wa hatua ya awali. Mpango huu hufanya iwezekanavyo kuunda mifumo, kimsingi, na idadi yoyote ya hatua. Hasara yake ni kwamba rasilimali za hatua zinazofuata haziwezi kutumika katika kazi ya uliopita, kuwa mzigo wa passive kwa ajili yake.

Kwa kujitenga kwa muda mrefu, hatua ya kwanza ina roketi kadhaa zinazofanana (kwa mazoezi, kutoka mbili hadi nane), ziko kwa ulinganifu kuzunguka mwili wa hatua ya pili, ili nguvu za matokeo ya injini za hatua ya kwanza zielekezwe kwenye mhimili wa ulinganifu. ya pili, na kufanya kazi kwa wakati mmoja. Mpango huu huruhusu injini ya hatua ya pili kufanya kazi wakati huo huo na injini za kwanza, na hivyo kuongeza msukumo wa jumla, ambayo ni muhimu sana wakati wa operesheni ya hatua ya kwanza, wakati wingi wa roketi ni wa juu. Lakini roketi yenye mgawanyo wa muda mrefu wa hatua inaweza tu kuwa hatua mbili.

Pia kuna mpango wa kujitenga kwa pamoja - longitudinal-transverse, ambayo inakuwezesha kuchanganya faida za mipango yote miwili, ambayo hatua ya kwanza imegawanywa kutoka kwa pili kwa muda mrefu, na kujitenga kwa hatua zote zinazofuata hutokea transversely. Mfano wa njia hii ni gari la uzinduzi la Soyuz.

Space Shuttle ina muundo wa kipekee wa roketi iliyotenganishwa ya hatua mbili kwa muda mrefu, hatua ya kwanza ambayo ina nyongeza mbili za mafuta zilizowekwa upande; katika hatua ya pili, sehemu ya mafuta iko kwenye matangi ya obita (chombo cha anga kinachoweza kutumika tena. yenyewe), na nyingi ziko kwenye tanki la nje la mafuta linaloweza kutenganishwa. Kwanza, mfumo wa mzunguko wa mzunguko hutumia mafuta kutoka kwa tank ya nje, na inapopungua, tank ya nje imewekwa upya na injini zinaendelea kufanya kazi kwenye mafuta yaliyomo kwenye mizinga ya orbiter. Muundo huu hurahisisha matumizi ya juu zaidi ya mfumo wa kusogeza wa obita, ambao hufanya kazi katika kipindi chote cha uzinduzi wa chombo kwenye obiti.

Wakati kutengwa kwa usawa, hatua zinaunganishwa kwa kila mmoja na sehemu maalum - adapta - miundo yenye kubeba ya sura ya silinda au conical (kulingana na uwiano wa kipenyo cha hatua), ambayo kila moja inapaswa kuhimili uzito wa jumla wa yote yanayofuata. hatua, ikizidishwa na kiwango cha juu cha upakiaji unaopitia roketi katika sehemu zote, ambazo adapta hii ni sehemu ya roketi. Kwa mgawanyiko wa longitudinal, bendi za nguvu (mbele na nyuma) zinaundwa kwenye mwili wa hatua ya pili, ambayo vitalu vya hatua ya kwanza vinaunganishwa.

Vipengele vinavyounganisha sehemu za roketi ya mchanganyiko huipa uthabiti wa mwili dhabiti, na hatua zinapotenganishwa, zinapaswa karibu kutolewa hatua ya juu mara moja. Kwa kawaida, hatua zimeunganishwa kwa kutumia pyrobolts. Pyrobolt ni bolt ya kufunga, katika fimbo ambayo cavity huundwa karibu na kichwa, iliyojaa mlipuko wa juu na detonator ya umeme. Wakati pigo la sasa linatumiwa kwa detonator ya umeme, mlipuko hutokea, kuharibu fimbo ya bolt, na kusababisha kichwa chake kitoke. Kiasi cha vilipuzi kwenye pyrobolt hutiwa kwa uangalifu ili, kwa upande mmoja, kuhakikishiwa kung'oa kichwa, na, kwa upande mwingine, sio kuharibu roketi. Wakati hatua zinatenganishwa, pigo la sasa linatumika wakati huo huo kwa detonators ya umeme ya pyrobolts zote zinazounganisha sehemu zilizotengwa, na uunganisho hutolewa.

Ifuatayo, hatua zinapaswa kuwekwa kwa umbali salama kutoka kwa kila mmoja. (Kuanzisha injini ya hatua ya juu karibu na ya chini kunaweza kusababisha kuchomwa kwa uwezo wake wa mafuta na mlipuko wa mafuta ya mabaki, ambayo yataharibu hatua ya juu au kudhoofisha kukimbia kwake.) Wakati wa kutenganisha hatua katika angahewa, nguvu ya aerodynamic ya anga. mtiririko wa hewa unaokuja unaweza kutumika kuwatenganisha, na wakati wa kutenganisha ndani Katika tupu, motors ndogo za roketi za msaidizi wakati mwingine hutumiwa.

Kwenye roketi za kioevu, injini hizi hizo pia hutumikia "kuweka" mafuta kwenye mizinga ya hatua ya juu: wakati injini ya hatua ya chini imezimwa, roketi huruka kwa hali ya hewa, katika hali ya kuanguka bure, wakati kioevu. mafuta katika mizinga iko katika kusimamishwa, ambayo inaweza kusababisha kushindwa wakati wa kuanza injini. Injini za msaidizi hutoa hatua kwa kuongeza kasi kidogo, chini ya ushawishi ambao mafuta "huweka" chini ya mizinga.

Kuongeza idadi ya hatua hutoa athari nzuri tu hadi kikomo fulani. Hatua zaidi, zaidi ya jumla ya wingi wa adapters, pamoja na injini zinazofanya kazi tu kwenye sehemu moja ya ndege, na, wakati fulani, ongezeko zaidi la idadi ya hatua huwa kinyume. Katika mazoezi ya kisasa ya sayansi ya roketi, zaidi ya hatua nne, kama sheria, hazifanyiki.

Wakati wa kuchagua idadi ya hatua, masuala ya kuaminika pia ni muhimu. Pyrobolts na motors za roketi dhabiti za kusaidia ni vitu vinavyoweza kutupwa, ambavyo utendakazi wake hauwezi kuthibitishwa kabla ya kuzinduliwa kwa roketi. Wakati huo huo, kushindwa kwa pyrobolt moja tu kunaweza kusababisha kusitishwa kwa dharura kwa kukimbia kwa roketi. Kuongezeka kwa idadi ya vitu vinavyoweza kutumika ambavyo haviko chini ya majaribio ya kufanya kazi hupunguza kuegemea kwa roketi nzima kwa ujumla. Hii pia inawalazimu wabunifu kukataa kutumia hatua nyingi.

Kasi ya cosmic

Ni muhimu sana kutambua kwamba kasi iliyotengenezwa na roketi (na chombo chote cha anga) kwenye sehemu hai ya njia, yaani, kwenye sehemu hiyo fupi wakati injini ya roketi inaendesha, lazima ifikiwe sana, sana. juu.

Hebu kiakili tuweke roketi yetu katika nafasi ya bure na kuwasha injini yake. Injini iliunda msukumo, roketi ilipokea aina fulani ya kuongeza kasi na kuanza kuchukua kasi, ikisonga kwa mstari ulio sawa (ikiwa nguvu ya kutia haibadilishi mwelekeo wake). Roketi itapata kasi gani wakati wingi wake unapungua kutoka m 0 ya awali hadi thamani ya mwisho m k? Ikiwa tunadhania kwamba kasi w ya utokaji wa jambo kutoka kwa roketi ni ya mara kwa mara (hii inazingatiwa kwa usahihi kabisa katika roketi za kisasa), basi roketi itaendeleza kasi ya v, iliyoonyeshwa. Njia ya Tsiolkovsky, ambayo huamua kasi ambayo ndege hukua chini ya ushawishi wa msukumo wa injini ya roketi, bila kubadilika kwa mwelekeo, kwa kukosekana kwa nguvu zingine zote:

ambapo ln inaashiria asili na logi inaashiria logariti za desimali

Kasi, iliyohesabiwa kwa kutumia formula ya Tsiolkovsky, ni sifa ya rasilimali za nishati za roketi. Inaitwa bora. Tunaona kwamba kasi bora haitegemei matumizi ya pili ya wingi wa maji ya kazi, lakini inategemea tu kasi ya kutolea nje w na kwa nambari z = m 0 / m k, inayoitwa uwiano wa wingi au nambari ya Tsiolkovsky.

Kuna dhana ya kinachojulikana kasi ya cosmic: ya kwanza, ya pili na ya tatu. Kasi ya kwanza ya ulimwengu ni kasi ambayo mwili (chombo cha anga) kinachorushwa kutoka Duniani kinaweza kuwa satelaiti yake. Ikiwa hatuzingatii ushawishi wa anga, basi moja kwa moja juu ya usawa wa bahari kasi ya kwanza ya kutoroka ni 7.9 km / s na hupungua kwa umbali unaoongezeka kutoka kwa Dunia. Kwa urefu wa kilomita 200 kutoka duniani ni 7.78 km / s. Kwa kweli, kasi ya kwanza ya kutoroka inachukuliwa kuwa 8 km / s.

Ili kushinda mvuto wa Dunia na kugeuka, kwa mfano, kwenye satelaiti ya Jua au kufikia sayari nyingine katika mfumo wa jua, mwili (spacecraft) iliyozinduliwa kutoka duniani lazima ifikie kasi ya pili ya kutoroka, kuchukuliwa sawa. hadi 11.2 km/s.

Mwili (chombo cha anga) lazima kiwe na kasi ya tatu ya ulimwengu kwenye uso wa Dunia katika hali ambapo inahitajika kwamba inaweza kushinda mvuto wa Dunia na Jua na kuacha mfumo wa Jua. Kasi ya tatu ya kutoroka inachukuliwa kuwa 16.7 km / s.

Kasi za ulimwengu ni kubwa sana katika umuhimu wao. Wao ni makumi kadhaa ya mara kwa kasi zaidi kuliko kasi ya sauti katika hewa. Ni kutokana na hili tu ni wazi ni kazi gani ngumu zinazokabili katika uwanja wa astronautics.

Kwa nini kasi za ulimwengu ni kubwa sana na kwa nini vyombo vya anga havianguki Duniani? Hakika, ni ajabu: Jua, pamoja na nguvu zake kubwa za mvuto, hushikilia Dunia na sayari nyingine zote za mfumo wa jua karibu na yenyewe, zikiwazuia kuruka kwenye anga ya nje. Inaweza kuonekana kuwa ya kushangaza kwamba Dunia inashikilia Mwezi karibu yenyewe. Kuna nguvu za uvutano kati ya miili yote, lakini sayari hazianguki kwenye Jua kwa sababu ziko kwenye mwendo, hii ndio siri.

Kila kitu kinaanguka chini ya Dunia: matone ya mvua, theluji za theluji, jiwe linaloanguka kutoka mlimani, na kikombe kilichopinduliwa kutoka kwa meza. Na Mwezi? Inazunguka Dunia. Isingekuwa kwa nguvu za uvutano, ingeruka kwa tangentially hadi kwenye obiti, na ikiwa ingesimama ghafla, ingeanguka Duniani. Mwezi, kwa sababu ya mvuto wa Dunia, hutoka kwenye njia iliyonyooka, wakati wote kana kwamba "unaanguka" Duniani.

Mwendo wa Mwezi hutokea kando ya arc fulani, na kwa muda mrefu kama mvuto unatenda, Mwezi hautaanguka duniani. Ni sawa na Dunia - ikiwa ingesimama, ingeanguka kwenye Jua, lakini hii haitatokea kwa sababu hiyo hiyo. Aina mbili za mwendo - moja chini ya ushawishi wa mvuto, nyingine kutokana na hali - ongeza na kusababisha mwendo wa curvilinear.

Sheria ya uvutano wa ulimwengu wote, ambayo huweka Ulimwengu katika usawa, iligunduliwa na mwanasayansi wa Kiingereza Isaac Newton. Alipochapisha ugunduzi wake, watu walisema alikuwa ameenda wazimu. Sheria ya mvuto huamua sio tu harakati ya Mwezi na Dunia, lakini pia ya miili yote ya mbinguni katika Mfumo wa Jua, pamoja na satelaiti za bandia, vituo vya orbital, na spacecraft interplanetary.

Sheria za Kepler

Kabla ya kuzingatia mizunguko ya vyombo vya angani, acheni tuzingatie sheria za Kepler zinazozifafanua.

Johannes Kepler alikuwa na hisia ya uzuri. Maisha yake yote ya watu wazima alijaribu kuthibitisha kwamba mfumo wa jua ni aina fulani ya kazi ya ajabu ya sanaa. Mwanzoni alijaribu kuunganisha muundo wake na polihedra tano za kawaida za jiometri ya kale ya Kigiriki. (Polihedroni ya kawaida ni mchoro wa pande tatu, ambao nyuso zote ni poligoni za kawaida.) Wakati wa Kepler, sayari sita zilijulikana, ambazo ziliaminika kuwekwa kwenye “tufe za fuwele” zinazozunguka. Kepler alidai kuwa tufe hizi zimepangwa kwa njia ambayo polihedra ya kawaida inafaa kabisa kati ya tufe zilizo karibu. Kati ya nyanja mbili za nje - Saturn na Jupiter - aliweka mchemraba ulioandikwa katika nyanja ya nje, ambayo, kwa upande wake, nyanja ya ndani imeandikwa; kati ya nyanja za Jupiter na Mars - tetrahedron (tetrahedron ya kawaida), nk nyanja sita za sayari, polihedra tano za kawaida zimeandikwa kati yao - ingeonekana kuwa ukamilifu yenyewe?

Ole, baada ya kulinganisha kielelezo chake na mizunguko ya sayari zilizotazamwa, Kepler alilazimika kukubali kwamba tabia halisi ya miili ya mbinguni haiendani na mfumo wa usawa alioelezea. Matokeo pekee ya msukumo wa ujana wa Kepler ambao ulinusurika karne nyingi ulikuwa mfano wa mfumo wa jua, uliofanywa na mwanasayansi mwenyewe na kuwasilishwa kama zawadi kwa mlinzi wake, Duke Frederick von Württemburg. Katika bandia hii ya chuma iliyotekelezwa kwa uzuri, nyanja zote za obiti za sayari na polihedra ya kawaida iliyoandikwa ndani yao ni vyombo vya mashimo ambavyo haviwasiliana na kila mmoja, ambavyo kwa likizo vilipaswa kujazwa na vinywaji mbalimbali ili kutibu wageni wa Duke.

Ni baada tu ya kuhamia Prague na kuwa msaidizi wa mwanaastronomia maarufu wa Denmark Tycho Brahe, Kepler alikutana na mawazo ambayo kwa kweli yalibadilisha jina lake katika historia ya sayansi. Tycho Brahe alikusanya data ya uchunguzi wa unajimu katika maisha yake yote na akakusanya habari nyingi sana kuhusu mienendo ya sayari. Baada ya kifo chake walikuja kumilikiwa na Kepler. Rekodi hizi, kwa njia, zilikuwa na thamani kubwa ya kibiashara wakati huo, kwani zingeweza kutumiwa kukusanya nyota zilizosafishwa za unajimu (leo wanasayansi wanapendelea kukaa kimya juu ya sehemu hii ya unajimu wa mapema).

Wakati wa kuchakata matokeo ya uchunguzi wa Tycho Brahe, Kepler alikabiliwa na tatizo ambalo, hata akiwa na kompyuta za kisasa, linaweza kuonekana kuwa lisilowezekana kwa mtu, na Kepler hakuwa na chaguo ila kufanya mahesabu yote kwa mkono. Kwa kweli, kama wanaastronomia wengi wa wakati wake, Kepler alikuwa tayari anafahamu mfumo wa heliocentric wa Copernican na alijua kwamba Dunia inazunguka Jua, kama inavyothibitishwa na mfano ulioelezwa hapo juu wa mfumo wa jua. Lakini ni kwa jinsi gani Dunia na sayari nyingine huzunguka? Wacha tufikirie shida kama ifuatavyo: uko kwenye sayari ambayo, kwanza, inazunguka mhimili wake, na pili, inazunguka Jua katika obiti isiyojulikana kwako. Tukitazama angani, tunaona sayari nyingine ambazo pia zinasonga katika njia zisizojulikana kwetu. Na kazi ni kuamua, kwa kuzingatia data ya uchunguzi iliyofanywa kwenye dunia yetu inayozunguka karibu na mhimili wake kuzunguka Jua, jiometri ya obiti na kasi ya harakati ya sayari nyingine. Hivi ndivyo Kepler hatimaye aliweza kufanya, baada ya hapo, kulingana na matokeo yaliyopatikana, alipata sheria zake tatu!

Sheria ya kwanza inaelezea jiometri ya trajectories ya obiti za sayari: kila sayari katika Mfumo wa Jua huzunguka kwenye duaradufu, kwenye moja ya foci ambayo Jua iko. Kutoka kwa kozi ya jiometri ya shule - duaradufu ni seti ya pointi kwenye ndege, jumla ya umbali kutoka kwa pointi mbili za kudumu - foci - ni sawa na mara kwa mara. Au kwa maneno mengine - fikiria sehemu ya uso wa upande wa koni na ndege kwa pembe hadi msingi wake, bila kupita msingi - hii pia ni duaradufu. Sheria ya kwanza ya Kepler inasema kwamba obiti za sayari ni duaradufu, na Jua kwenye moja ya foci. Eccentricities (shahada ya kurefusha) ya obiti na umbali wao kutoka kwa Jua kwenye perihelion (hatua iliyo karibu na Jua) na apohelia (hatua ya mbali zaidi) ni tofauti kwa sayari zote, lakini njia zote za mviringo zina kitu kimoja - Jua iko kwenye moja ya foci mbili za duaradufu. Baada ya kuchanganua data ya uchunguzi wa Tycho Brahe, Kepler alihitimisha kuwa obiti za sayari ni seti ya duaradufu zilizowekwa. Kabla yake, hii haikutokea kwa mwanaastronomia yeyote.

Umuhimu wa kihistoria wa sheria ya kwanza ya Kepler hauwezi kukadiriwa. Kabla yake, wanaastronomia waliamini kwamba sayari zilisogea pekee katika mizunguko ya duara, na ikiwa hii haiendani na mfumo wa uchunguzi, mwendo kuu wa mviringo uliongezewa na miduara midogo ambayo sayari zilielezea kuzunguka sehemu za obiti kuu ya duara. Hii ilikuwa kimsingi msimamo wa kifalsafa, aina ya ukweli usiobadilika, usio na shaka au uthibitisho. Wanafalsafa walisema kwamba muundo wa mbinguni, tofauti na ule wa kidunia, ni mkamilifu katika maelewano yake, na kwa kuwa takwimu kamili zaidi za kijiometri ni mduara na nyanja, ina maana kwamba sayari zinasonga kwenye mduara. Jambo kuu ni kwamba, baada ya kupata data ya uchunguzi wa Tycho Brahe, Johannes Kepler aliweza kuvuka ubaguzi huu wa kifalsafa, kwa kuona kwamba haukuendana na ukweli - kama vile Copernicus alithubutu kuondoa Dunia kutoka katikati. ya ulimwengu, ilikabiliwa na hoja zinazopingana na mawazo yanayoendelea ya kijiografia, ambayo pia yalijumuisha "tabia isiyofaa" ya sayari katika obiti.

Sheria ya pili inaelezea mabadiliko katika kasi ya mwendo wa sayari kuzunguka Jua: kila sayari husogea kwenye ndege inayopita katikati ya Jua, na kwa vipindi sawa vya wakati, vekta ya radius inayounganisha Jua na sayari inaelezea maeneo sawa. . Kadiri obiti ya duaradufu inavyochukua sayari kutoka kwa Jua, ndivyo mwendo wa polepole unavyosonga; kadiri inavyokaribia Jua, ndivyo sayari inavyosonga kwa kasi. Sasa fikiria jozi ya sehemu za mstari zinazounganisha nafasi mbili za sayari katika obiti yake kwa kuzingatia duaradufu ambayo Jua liko. Pamoja na sehemu ya duaradufu iliyo kati yao, huunda sekta, eneo ambalo ni "eneo ambalo limekatwa na sehemu ya mstari wa moja kwa moja." Hivi ndivyo sheria ya pili inazungumza. Kadiri sayari ilivyo karibu na Jua, ndivyo sehemu zinavyokuwa fupi. Lakini katika kesi hii, ili sekta hiyo ifikie eneo sawa kwa wakati sawa, sayari inapaswa kusafiri umbali mkubwa katika obiti yake, ambayo inamaanisha kasi yake ya harakati huongezeka.

Sheria mbili za kwanza zinahusika na maalum ya trajectories ya obiti ya sayari moja. Sheria ya tatu ya Kepler inaturuhusu kulinganisha obiti za sayari na kila mmoja: miraba ya vipindi vya mapinduzi ya sayari zinazozunguka Jua yanahusiana kama cubes za shoka kuu za mizunguko ya sayari. Inasema kwamba sayari ya mbali zaidi kutoka kwa Jua, ndivyo inachukua muda mrefu kukamilisha mapinduzi kamili wakati wa kusonga katika obiti na kwa muda mrefu, ipasavyo, "mwaka" hudumu kwenye sayari hii. Leo tunajua kwamba hii ni kutokana na mambo mawili. Kwanza, kadiri sayari inavyokuwa mbali na Jua, ndivyo mzunguko wa mzunguko wake ulivyo mrefu. Pili, umbali kutoka kwa Jua unapoongezeka, kasi ya mstari wa harakati ya sayari pia hupungua.

Katika sheria zake, Kepler alisema ukweli tu, baada ya kusoma na kujumlisha matokeo ya uchunguzi. Ikiwa ungemuuliza ni nini kilichosababisha ellipticity ya obiti au usawa wa maeneo ya sekta, asingeweza kukujibu. Hii ilifuatiwa tu na uchambuzi wake. Ikiwa ungemuuliza kuhusu mwendo wa obiti wa sayari katika mifumo mingine ya nyota, pia hangekuwa na chochote cha kukujibu. Angelazimika kuanza tena - kukusanya data ya uchunguzi, kisha kuichanganua na kujaribu kutambua mifumo. Hiyo ni, hangekuwa na sababu ya kuamini kwamba mfumo mwingine wa sayari unatii sheria sawa na mfumo wa Jua.

Mojawapo ya ushindi mkubwa zaidi wa mechanics ya zamani ya Newton iko katika ukweli kwamba inatoa uhalali wa kimsingi kwa sheria za Kepler na inasisitiza umoja wao. Inabadilika kuwa sheria za Kepler zinaweza kupatikana kutoka kwa sheria za Newton za mechanics, sheria ya Newton ya mvuto wa ulimwengu wote na sheria ya uhifadhi wa kasi ya angular kwa njia ya hesabu kali za hisabati. Na ikiwa ndivyo, tunaweza kuwa na uhakika kwamba sheria za Kepler zinatumika kwa usawa katika mfumo wowote wa sayari popote katika Ulimwengu. Wanaastronomia wanaotafuta mifumo mipya ya sayari angani (na michache kati yao tayari imegunduliwa) muda baada ya muda, kama jambo la hakika, hutumia milinganyo ya Kepler kukokotoa vigezo vya mizunguko ya sayari za mbali, ingawa hawawezi kuiona moja kwa moja. .

Sheria ya tatu ya Kepler ilicheza na inaendelea kuwa na jukumu muhimu katika cosmology ya kisasa. Kwa kutazama galaksi za mbali, wataalamu wa anga hugundua ishara hafifu zinazotolewa na atomi za hidrojeni zinazozunguka katika njia za mbali sana kutoka katikati ya galaksi - mbali zaidi kuliko nyota kawaida. Kutumia athari ya Doppler katika wigo wa mionzi hii, wanasayansi huamua kasi ya mzunguko wa pembeni ya hidrojeni ya diski ya galactic, na kutoka kwao kasi ya angular ya galaxi kwa ujumla. Kazi za mwanasayansi, ambaye alituweka kwa uthabiti kwenye njia ya ufahamu sahihi wa muundo wa mfumo wetu wa jua, na leo, karne baada ya kifo chake, huchukua jukumu muhimu sana katika kusoma muundo wa Ulimwengu mkubwa.

Mizunguko

Ya umuhimu mkubwa ni hesabu ya trajectories ya ndege ya spacecraft, ambayo lengo kuu linapaswa kufuatiwa - akiba ya juu ya nishati. Wakati wa kuhesabu njia ya ndege ya spacecraft, inahitajika kuamua wakati unaofaa zaidi na, ikiwezekana, eneo la uzinduzi, kuzingatia athari za aerodynamic zinazotokea kama matokeo ya mwingiliano wa kifaa na anga ya Dunia wakati wa uzinduzi na. kumaliza, na mengi zaidi.

Vyombo vingi vya angani vya kisasa, haswa vilivyo na wafanyakazi, vina injini ndogo za roketi za ndani, kusudi kuu ambalo ni marekebisho ya lazima ya obiti na breki wakati wa kutua. Wakati wa kuhesabu njia ya ndege, mabadiliko yake yanayohusiana na marekebisho lazima izingatiwe. Wengi wa trajectory (kwa kweli, trajectory nzima, isipokuwa kwa sehemu yake ya kazi na vipindi vya marekebisho) hufanyika na injini zimezimwa, lakini, bila shaka, chini ya ushawishi wa mashamba ya mvuto wa miili ya mbinguni.

Njia ya chombo cha anga inaitwa obiti. Wakati wa safari ya bure ya chombo cha anga, wakati injini zake za ndege za ndani zimezimwa, harakati hutokea chini ya ushawishi wa nguvu za mvuto na inertia, na nguvu kuu ikiwa mvuto wa Dunia.

Ikiwa tunachukulia Dunia kuwa duara madhubuti, na hatua ya uwanja wa mvuto wa Dunia kuwa nguvu pekee, basi mwendo wa chombo cha anga unatii sheria zinazojulikana za Kepler: hutokea katika stationary (katika nafasi kabisa) ndege inayopita. katikati ya Dunia - ndege ya orbital; obiti ina sura ya duara au duara (kesi maalum ya duaradufu).

Mizunguko ina sifa ya idadi ya vigezo - mfumo wa kiasi kwamba huamua mwelekeo wa obiti ya mwili wa mbinguni katika nafasi, ukubwa wake na sura, pamoja na nafasi katika obiti ya mwili wa mbinguni kwa wakati fulani uliowekwa. Mzunguko usio na wasiwasi ambao mwili husogea kwa mujibu wa sheria za Kepler imedhamiriwa na:

Mwelekeo wa obiti (i) kwa ndege ya kumbukumbu; inaweza kuwa na maadili kutoka 0 ° hadi 180 °. Mwelekeo ni chini ya 90 ° ikiwa mwili unaonekana kusonga kinyume cha saa kwa mwangalizi aliye kwenye ncha ya kaskazini ya ecliptic au pole ya kaskazini ya mbinguni, na zaidi ya 90 ° ikiwa mwili unasonga kinyume. Inapotumika kwa Mfumo wa Jua, ndege ya mzunguko wa Dunia (ndege ya ecliptic) kawaida huchaguliwa kama ndege ya marejeleo; kwa satelaiti bandia za Dunia, ndege ya ikweta ya Dunia kawaida huchaguliwa kama ndege ya marejeleo; kwa satelaiti za zingine. sayari za Mfumo wa Jua, ndege ya ikweta ya sayari inayolingana kawaida huchaguliwa kama ndege ya kumbukumbu.
Urefu wa Nodi ya Kupanda (Ω)- moja ya vipengele vya msingi vya obiti, inayotumiwa kuelezea kihisabati sura ya obiti na mwelekeo wake katika nafasi. Inafafanua hatua ambayo obiti inaingiliana na ndege kuu katika mwelekeo kutoka kusini hadi kaskazini. Kwa miili inayozunguka Jua, ndege kuu ni ecliptic, na hatua ya sifuri ni Pointi ya Kwanza ya Mapacha (ikwinoksi ya vernal).
ekseli kuu ni nusu ya mhimili mkuu wa duaradufu. Katika unajimu, inaashiria umbali wa wastani wa mwili wa mbinguni kutoka kwa lengo.
Ekcentricity- tabia ya nambari ya sehemu ya conic. Eccentricity haibadiliki kuhusiana na miondoko ya ndege na mabadiliko ya kufanana na inabainisha "mgandamizo" wa obiti.
Hoja ya Periapsis- inafafanuliwa kama pembe kati ya mwelekeo kutoka kituo cha kuvutia hadi nodi ya kupanda ya obiti na kwa periapsis (hatua ya mzunguko wa satelaiti karibu na kituo cha kuvutia), au pembe kati ya mstari wa nodi na mstari wa apses. Imehesabiwa kutoka kituo cha kuvutia katika mwelekeo wa harakati ya satelaiti, kwa kawaida huchaguliwa ndani ya safu ya 0 ° -360 °. Kuamua node ya kupanda na kushuka, ndege fulani (kinachojulikana kama msingi) iliyo na kituo cha kuvutia huchaguliwa. Ndege ya ecliptic (mwendo wa sayari, kometi, asteroidi kuzunguka Jua), ndege ya ikweta ya sayari (mwendo wa satelaiti kuzunguka sayari), n.k. kawaida hutumiwa kama msingi wa ndege.
Ukosefu wa wastani kwa mwili unaotembea katika obiti isiyo na wasiwasi - bidhaa ya mwendo wake wa wastani na muda wa muda baada ya kupitisha periapsis. Kwa hivyo, upungufu wa wastani ni umbali wa angular kutoka kwa periapsis ya mwili wa dhahania unaosonga na kasi ya angular ya mara kwa mara sawa na mwendo wa wastani.

Kuna aina tofauti za obiti - ikweta (mwelekeo "i" = 0 °), polar (mwelekeo "i" = 90 °), mizunguko ya jua-synchronous (vigezo vya obiti ni kwamba satelaiti hupita juu ya sehemu yoyote ya uso wa dunia takriban wakati huo huo wakati wa jua wa ndani), obiti ya chini (mwinuko kutoka km 160 hadi 2000 km), katikati ya obiti (mwinuko kutoka km 2000 hadi 35786 km), geostationary (urefu wa kilomita 35786), juu-orbital (mwinuko zaidi ya 35786 km).

Mmoja wa waundaji wa satelaiti ya kwanza alikiri mara moja kwamba hakugundua mara moja ni kitendo gani kikubwa kilikuwa kimefanywa wakati huo, mnamo 1957. Na kwa kuhesabiwa haki alirejelea mshairi V. Bryusov, ambaye alisema kwamba "matukio makubwa hayaonekani kwa wale wanaohusika moja kwa moja: kila mtu huona jambo moja tu mbele ya macho yao, kiasi cha uchunguzi wote hauonekani." Kwa hivyo, labda, wengi watu kwa namna fulani hawatambui, kwamba ubinadamu umeingia katika “enzi ya miujiza.”

Tunaingia katika muongo wa nne tu wa enzi ya anga, lakini tayari tumezoea miujiza kama vile mifumo ya satelaiti ya mawasiliano na uchunguzi wa hali ya hewa, urambazaji na usaidizi kwa wale walio katika dhiki juu ya ardhi na bahari ambayo imefunika Dunia nzima. Kama kitu cha kawaida kabisa, tunasikiliza ripoti kuhusu miezi mingi ya kazi ya watu kwenye obiti, hatushangazwi na nyayo kwenye Mwezi, picha za sayari za mbali zilizochukuliwa bila kitu, au kiini cha comet kilichoonyeshwa kwa mara ya kwanza na vyombo vya anga.

Katika kipindi kifupi sana cha kihistoria, astronautics imekuwa sehemu muhimu ya maisha yetu, msaidizi mwaminifu katika masuala ya kiuchumi na ujuzi wa ulimwengu unaozunguka. Na hakuna shaka kwamba maendeleo zaidi ya ustaarabu wa kidunia hayawezi kufanya bila maendeleo ya nafasi nzima ya karibu ya Dunia.

Kwa mfano, wanasayansi wengi wanaona njia ya kutoka kwa shida ya mazingira inayokuja kwa kutumia rasilimali za nafasi ya karibu. “Ni wazi kwamba uwezo wa angani si dawa ya matatizo yote,” aandika mtaalamu mashuhuri katika uwanja wa astronautics, K. Erike. kuhakikisha uhai wa binadamu kama jamii ya kisasa. Hii ni muhimu pia kwa madhumuni ya mageuzi endelevu ya jamii yetu huku tukihifadhi asili ya dunia, ambayo ni ya kipekee katika eneo linaloenea kwa miaka mingi ya nuru inayotuzunguka."

Uchunguzi wa anga - "jimbo hili la wanadamu wote" - unaendelea kwa kasi inayoongezeka. Tukiangalia nyuma kile ambacho tayari kimepatikana, tunaweza kujaribu kubainisha tarehe zinazokadiriwa za hatua zinazofuata za kutumia makazi yetu mapya. Ni hatari zaidi kufanya utabiri wa muda mrefu. Lakini majaribio kama hayo pia yanajulikana. Daktari wa Sayansi ya Kimwili na Hisabati JI. Leskov, kwa mfano, anaangalia mbele kwa milenia nzima.

Kulingana na mwanasayansi huyo, katika miaka iliyobaki kabla ya karne ijayo, majaribio ya kwanza-ya viwanda na kisha uzalishaji wa wingi wa nyenzo zilizoboreshwa utapangwa katika nafasi. Uwezekano wa nishati usio na kikomo, pamoja na utupu wa kina na kutokuwa na uzito, ndio hasa huvutia wafanyabiashara kwenye nafasi. Walakini, hali ya kipekee ya kiteknolojia sio sababu pekee ya kuhamishwa kwa pendekezo la idadi ya biashara, na labda tasnia nzima, kama vile, tuseme, kemikali, metallurgiska, nyuklia ...

Sayari yetu tayari imefungwa sana na taka za viwandani hivi kwamba upanuzi wake zaidi unatishia matokeo ya janga kwa biosphere nzima. Na akiba ya malighafi ya Dunia sio kubwa sana kwamba tunaweza kuishi kwa amani, bila kuwa na wasiwasi juu ya siku zijazo. Kwa hiyo, wataalam zaidi na zaidi wanafikia hitimisho kwamba kuenea kwa viwanda kwa nafasi ya karibu ya Dunia ni kuepukika. Sayansi ya anga na teknolojia inajiandaa kwa hili kwa kuendelea kusoma jinsi michakato mbalimbali ya kiteknolojia inavyotokea katika obiti, na wakati huo huo kuunda miradi ya usambazaji wao wa nishati.

Kutabiri maendeleo ya astronautics kwa kipindi hicho, wataalam wengine huzingatia maelekezo mbalimbali katika mchakato huu. Rais wa Chuo cha Kimataifa cha Astronautics, J. Muller, kwa mfano, anaelekeza kwenye matumizi makubwa yanayokuja ya mawasiliano ya satelaiti kwa ajili ya huduma za habari za kina kwa watu ulimwenguni pote. Mwanataaluma wa Soviet V. Avduevsky anajiunga naye. "Uunganisho wa teknolojia ya anga na microelectronics," anabainisha, "inatuwezesha kuzungumza juu ya shirika katika siku za usoni za mfumo wa mawasiliano wa kimataifa na wanachama ambao "hawajafungwa" kwa nodes yoyote ya msingi. Hiyo ni, kuhusu uumbaji. ya uwanja mmoja wa habari ambapo kila mtu anaweza kujiunga na mtu yeyote wakati wowote na mahali popote duniani.Hii ina maana kwamba mfumo wa maisha wa mamilioni na mamilioni ya watu utabadilika sana.Kila mtu anayeishi duniani atapata utajiri wa utamaduni wa dunia. - kutoka kwa umiliki wa hazina kubwa zaidi za vitabu ulimwenguni, kumbi za Hermitage na Louvre, ambapo unaweza "kutembelea" wakati wowote, hadi maktaba za filamu na muziki za mkusanyiko wowote wa umma au wa kibinafsi. ukweli: elimu ya juu kwa kila mtu anayetaka kuipokea. Bila kusahau fursa ya kupata data yoyote ya marejeleo, fanya mkutano wa uendeshaji..."

Ili kuhamia hatua inayofuata ya uchunguzi wa anga, L. Leskov anaamini, itakuwa muhimu kuunda magari mapya, yenye ufanisi zaidi: ndege za anga, vyombo vya anga vya juu na vya kiotomatiki, magari ya kurusha yanayoweza kutumika tena, kuvuta baina ya obiti na uwezo wa kuinua vitu vizito...

Katika miaka ya 20-50 ya karne ya 21, viashiria vikubwa vya jua na mimea ya nguvu ya nafasi ya jua itaonekana kwenye obiti, na baada ya hii wakati utakuja kwa maendeleo ya viwanda ya Mwezi. Kisha mwanasayansi hufanya kazi si kwa miongo kadhaa, lakini kwa karne nyingi. Miongoni mwa hatua zifuatazo zimeorodheshwa kama vile uundaji wa miundo mikubwa katika nafasi, matumizi ya vitu vya nje na uwasilishaji wake kwa Dunia, ukuzaji na mabadiliko ya asili ya Mirihi na Zuhura.

Nini kinafuata? Na muhimu zaidi, nini kitatokea kwa watu ambao wameachana milele na sayari yao? Mmoja wa wataalam wakuu katika uwanja wa dawa na biolojia ya anga, Msomi O. Gazenko, anazingatia matukio mawili ya makazi ya nafasi: ndani ya mfumo wa jua na nje ya mipaka yake. Ikiwa, mwanasayansi anaamini, inawezekana kuunda makazi katika nafasi ambayo ni karibu iwezekanavyo na ile Duniani, mageuzi ya wenyeji wa kudumu wa "makazi ya kweli" yataendelea kwa njia sawa na Duniani. Kweli, kuna uwezekano kwamba, chini ya ushawishi wa mionzi ya cosmic, mabadiliko ya urithi wa random yatatokea kwa watu, na mwendo zaidi wa mageuzi hautatabirika. Kwa kawaida, hii inaweza kutokea tu ikiwa kwa wakati huo hakuna njia za kuaminika za ulinzi zimepatikana.

Mwanasayansi pia anakubali chaguo kama hilo wakati sababu kuu inayoamua mageuzi ya muda mrefu ya mwanadamu haitakuwa mionzi, lakini kutokuwa na uzito. Halafu watu, hatua kwa hatua wakipoteza baadhi ya sifa za kisaikolojia "zinazowekwa" juu yao na mvuto, zitakuwa tofauti - labda, sawa na wahusika "wasio na mwili" katika picha za msanii wa Uhispania El Greco.

Ikiwa ubinadamu haujiwekei kikomo kwa ushindi wa mfumo wa jua na kwenda nje ya mipaka yake, basi, mwanataaluma anaamini, baada ya mamia ya vizazi upanuzi usio na mwisho wa Galaxy utajikuta umekaliwa na koloni tofauti za viumbe wenye akili, tofauti kabisa na zote mbili. sisi na kutoka kwa kila mmoja.

Lakini je, mtu atakabiliana na hali hizo za maisha zisizo za kawaida? Hivi ndivyo K. Tsiolkovsky alisema: "...Kwa sasa, tabaka la juu la ubinadamu linajitahidi kuweka maisha yao zaidi na zaidi ndani ya mifumo ya bandia, na je, hii sio maendeleo yanajumuisha? Kupambana na hali mbaya ya hewa, ya juu na ya chini. joto, mvuto ", pamoja na wanyama, na wadudu hatari na bakteria, je, hata sasa haifanyi mazingira ya bandia karibu na mtu? Katika nafasi ya etheric, bandia hii itafikia kikomo chake kikubwa, lakini kwa upande mwingine, mtu kuwa katika hali ambayo ni nzuri kwake mwenyewe."

Hata hivyo, tusiangalie mbali hivyo. Wacha turudi kwenye utabiri wa siku zijazo zisizo mbali sana. Bila shaka, waandishi wao wanajua vyema kwamba mipango ya kronolojia wanayopendekeza ni ya makadirio sana. Kwa hiyo, hawajaribu kutaja muda maalum wa utekelezaji wa miradi fulani, wakizingatia hasa maelezo yao ya kiufundi. Tutazingatia kanuni sawa katika hadithi yetu kuhusu matarajio ya shughuli za nje ya ulimwengu wa ustaarabu wetu.

Kitabu hiki kinaelekezwa kwa vijana, "wale ambao watasoma ili kujenga" - hivi ndivyo Yu. Kondratyuk alivyohutubia wasomaji wake. Miaka itapita, na wale ambao sasa wanafungua kurasa hizi wataanza kutimiza ndoto za leo. Hiyo ni kweli: "soma ili kujenga"!