Uzay uçuşları teorisi. Gelecekteki uzay araştırmaları

Giriiş.

İnsanlık her zaman uzaya yolculuk yapmayı hayal etmiştir. Yazarlar - bilim kurgu yazarları, bilim adamları, hayalperestler - bu hedefe ulaşmak için çeşitli yollar önerdiler. Ancak yüzyıllar boyunca, tek bir bilim adamı veya bilim kurgu yazarı, bir insanın elindeki, yerçekimi kuvvetinin üstesinden gelip uzaya uçmanın tek yolunu icat edemedi. Örneğin Fransız yazar Cyrano de Bergerac'ın 17. yüzyılda yazdığı öykünün kahramanı, içinde bulunduğu demir arabanın üzerine güçlü bir mıknatıs fırlatarak Ay'a ulaşmıştı. Araba, Ay'a ulaşana kadar mıknatısın etkisiyle Dünya'nın üzerinde giderek daha yükseğe yükseldi; Baron Munchausen, bir fasulye sapı boyunca Ay'a tırmandığını söyledi.

Yerçekimini yenebilecek tek cihazın roket olduğunu gösteren Rus bilim adamı Konstantin Eduardovich Tsiolkovsky (1857-1935) birçok insanın hayalini ve özlemlerini ilk kez gerçeğe yaklaştırdı. Uzaya, Dünya atmosferinin ötesine ve güneş sisteminin diğer gezegenlerine uçuşlar için roket kullanma olasılığının bilimsel kanıtı. Tsoilkovsky roketi, üzerindeki yakıtı ve oksitleyiciyi kullanan jet motorlu bir cihaz olarak adlandırdı.

Jet motoru, yakıtın kimyasal enerjisini gaz jetinin kinetik enerjisine dönüştürebilen ve böylece ters yönde hız elde edebilen bir motordur.

Bir jet motorunun çalışması hangi prensiplere ve fiziksel yasalara dayanmaktadır?

Fizik dersinden bildiğiniz gibi silahtan atılan ateşe geri tepme de eşlik eder. Newton yasalarına göre, eğer aynı kütleye sahip olsalardı, bir mermi ve bir silah aynı hızla farklı yönlere doğru uçardı. Dışarı atılan gaz kütlesi, hem havada hem de havasız alanda hareketin sağlanabileceği reaktif bir kuvvet oluşturur ve böylece geri tepme meydana gelir. Omzumuzda hissedilen geri tepme kuvveti ne kadar büyük olursa, kaçan gazların kütlesi ve hızı da o kadar büyük olur ve dolayısıyla silahın tepkisi ne kadar güçlü olursa, reaktif kuvvet de o kadar büyük olur. Bu olaylar momentumun korunumu yasasıyla açıklanmaktadır:

Kapalı bir sistemi oluşturan cisimlerin darbelerinin vektör (geometrik) toplamı, sistem cisimlerinin herhangi bir hareketi ve etkileşimi için sabit kalır.

Bir roketin geliştirebileceği maksimum hız, Tsiolkovsky formülü kullanılarak hesaplanır:

, Nerede

v max – maksimum roket hızı,

v 0 – başlangıç hızı,

v r – memeden gaz akış hızı,

m – yakıtın başlangıç kütlesi,

M boş roketin kütlesidir.

Sunulan Tsiolkovsky formülü, modern füzelerin tüm hesaplamasının dayandığı temeldir. Tsiolkovsky sayısı, yakıt kütlesinin motorun çalışması sonunda roketin kütlesine - boş roketin ağırlığına oranıdır.

Böylece roketin ulaşılabilir maksimum hızının esas olarak nozülden çıkan gaz akış hızına bağlı olduğunu bulduk. Ve meme gazlarının akış hızı da yakıtın türüne ve gaz jetinin sıcaklığına bağlıdır. Bu, sıcaklık ne kadar yüksek olursa hızın da o kadar yüksek olduğu anlamına gelir. O halde gerçek bir roket için en yüksek miktarda ısı üreten, en yüksek kalorili yakıtı seçmeniz gerekir. Formül, diğer şeylerin yanı sıra roketin hızının, roketin ilk ve son kütlesine, ağırlığının hangi kısmının yakıt olduğuna ve hangi kısmının işe yaramaz olduğuna (uçuş hızı açısından) bağlı olduğunu göstermektedir. yapılar: gövde, mekanizmalar vb. d.

Bir uzay roketinin hızını belirlemek için bu Tsiolkovsky formülünden çıkan ana sonuç, havasız uzayda roketin hızı arttıkça, gaz çıkış hızı arttıkça ve Tsiolkovsky sayısı arttıkça gelişeceğidir.

Balistik füze cihazı.

Genel anlamda modern, ultra uzun menzilli bir füze hayal edelim.

Böyle bir roket çok seviyeli olmalıdır. Savaş yükü kafasında bulunur ve arkasında kontrol cihazları, tanklar ve bir motor bulunur. Roketin fırlatma ağırlığı, yakıta bağlı olarak faydalı yükün ağırlığını 100-200 kat aşıyor! Bu nedenle, gerçek bir roketin ağırlığı birkaç yüz ton olmalı ve uzunluğu en azından on katlı bir binanın yüksekliğine ulaşmalıdır. Roketin tasarımına bir takım gereksinimler getirilmektedir. Bu nedenle örneğin itme kuvvetinin roketin ağırlık merkezinden geçmesi gerekir. Belirtilen koşullar karşılanmadığı takdirde roket amaçlanan rotadan sapabilir, hatta dönmeye bile başlayabilir.

Şekil 1 Roketin iç yapısı.

Dümenleri kullanarak doğru rotayı geri yükleyebilirsiniz. Seyreltilmiş havada, Tsiolkovsky tarafından önerilen gaz dümenleri gaz jetinin yönünü saptırarak çalışır. Aerodinamik dümenler, bir roket yoğun havada uçarken çalışır.

Modern balistik füzeler öncelikle sıvı yakıt kullanan motorlarla çalışır. Yakıt olarak genellikle gazyağı, alkol, hidrazin ve anilin kullanılırken, oksitleyici ajanlar olarak nitrik ve perklorik asitler, sıvı oksijen ve hidrojen peroksit kullanılır. En aktif oksitleyici maddeler flor ve sıvı ozondur ancak aşırı patlayıcı olmaları nedeniyle nadiren kullanılırlar.

Motor roketin en önemli unsurudur. Motorun en önemli unsuru yanma odası ve memedir. Yanma odalarında yakıtın yanma sıcaklığının 2500-3500 dereceye ulaşması nedeniyle HAKKINDA C, özellikle ısıya dayanıklı malzemeler ve karmaşık soğutma yöntemleri kullanılmalıdır. Geleneksel malzemeler bu sıcaklıklara dayanamaz.

Geriye kalan birimler de oldukça karmaşıktır. Örneğin, halihazırda ilklerden biri olan V-2 roketinde bulunan yanma odasının nozüllerine oksitleyici ve yakıt sağlaması gereken pompalar, saniyede 125 kg yakıt pompalayabiliyordu.

Bazı durumlarda, geleneksel silindirler yerine, yakıtı tanklardan alıp yanma odasına yönlendirebilen basınçlı hava veya başka bir gaz içeren silindirler kullanılır.

Gaz dümenlerinin grafit veya seramikten yapılması gerekir, bu nedenle çok kırılgan ve kırılgandırlar, bu nedenle modern tasarımcılar gaz dümenlerinin kullanımını terk etmeye, bunları birkaç ek nozulla değiştirmeye veya en önemli nozülü çevirmeye başlıyor. Nitekim uçuşun başlangıcında, yüksek hava yoğunluğunda roketin hızı düşüktür, bu nedenle dümenlerin kontrolü zayıftır ve roketin yüksek hız kazandığı yerlerde hava yoğunluğu düşüktür.

Avangard projesine göre inşa edilen bir Amerikan roketinde motor menteşelere asılıdır ve 5-7 oranında saptırılabilmektedir. HAKKINDA. Sonraki her aşamanın gücü ve çalışma süresi daha azdır, çünkü roketin her aşaması, tasarımını belirleyen tamamen farklı koşullar altında çalışır ve bu nedenle roketin tasarımı daha basit olabilir.

Balistik füze özel bir fırlatma cihazından fırlatılır. Genellikle bu, roketin etrafına vinçlerle parça parça monte edildiği delikli bir metal direk veya hatta bir kuledir. Böyle bir kulenin bölümleri, ekipmanı kontrol etmek ve hata ayıklamak için gerekli olan muayene kapaklarının karşısında bulunur. Rokete yakıt ikmali yapılırken taret uzaklaşır.

Roket dikey olarak başlıyor, sonra yavaş yavaş eğilmeye başlıyor ve çok geçmeden neredeyse tam anlamıyla eliptik bir yörünge çiziyor. Bu tür füzelerin uçuş yolunun çoğu, neredeyse hiç hava direncinin olmadığı, Dünya'nın 1000 km'den daha yüksek bir rakımında yatıyor. Hedefe yaklaşıldığında atmosfer, roketin hareketini keskin bir şekilde yavaşlatmaya başlarken, kabuğu çok ısınır ve önlem alınmazsa roket çökebilir ve yükü zamanından önce patlayabilir.

Kıtalararası bir balistik füzenin sunulan açıklaması modası geçmiş ve 60'ların bilim ve teknolojisinin gelişme düzeyine karşılık geliyor, ancak modern bilimsel materyallere sınırlı erişim nedeniyle, modern bir balistik füzenin işleyişinin doğru bir tanımını vermek mümkün değil. ultra uzun menzilli kıtalararası balistik füze. Buna rağmen çalışma, tüm roketlerin doğasında bulunan genel özelliklerin altını çizdi. Çalışma, açıklanan füzelerin geliştirilmesi ve kullanımının tarihine aşina olmak açısından da ilgi çekici olabilir.

Deryabin V. M. Fizikte korunum yasaları. – M.: Eğitim, 1982.

Gelfer Ya. M. Koruma yasaları. – M.: Nauka, 1967.

Beden K. Formsuz dünya. – M.: Mir, 1976.

Çocuk ansiklopedisi. – M.: SSCB Bilimler Akademisi Yayınevi, 1959.

Konstantin Eduardovich Tsiolkovsky, 5 Eylül (17) 1857'de Ryazan eyaletinin Izhevskoye köyünde bir ormancı ailesinde doğdu. Hastalığı nedeniyle okulda ders çalışamadı ve kendi başına okumak zorunda kaldı. Moskova'daki tek ücretsiz kütüphanede dersin çoğuna kendi başına hakim olduktan sonra, devlet okulları öğretmeni unvanı sınavını geçti ve Borovsky bölge okulunda öğretmen olarak göreve başladı. Daha sonra öğretmenlik yapmak üzere gelecekteki yaşamının tamamını geçirdiği Kaluga'ya transfer edildi. Boş zamanlarında Tsiolkovsky bilim okudu. “Hayvan Organizmasının Mekaniği” adlı çalışmasıyla Rusya Fiziko-Kimya Derneği'nin tam üyesi seçildi. Devrimden sonra eserleri talep görmeye başladı, yenilikçi olarak kabul edildi ve çağdaşlarının zihinlerini heyecanlandırdı. 1926–1929'da Tsiolkovsky, uzay uçuşunun pratik konularıyla ilgilendi. Şu anda, gelecekte gerçekleşmesi kesin olan en cesur ve hatta fantastik fikirler doğuyor. Tsiolkovsky, Dünya çevresinde uçuş için en uygun yüksekliği hesapladı, Evrendeki yaşam formlarının çeşitliliği fikrini savundu, ilk tekerlekli iniş takımını icat etti, uçan taşıtın ilkelerini geliştirdi, lazerin gelecekteki keşfi hakkında yazdı, ve matematiğin bilimin tüm alanlarına nüfuz etmesini öngördü. Tsiolkovsky 19 Eylül 1935'te öldü.

Sayısız ve bilimsel açıdan şüpheli felsefi çalışmaları nedeniyle, Tsiolkovsky'ye büyük bir hayalperest ve derin uzaydan eksantrik denilebilir, tek bir "ama" olmasa da: Konstantin Eduardovich, insanın uzay araştırmalarının ilk ideologu ve teorisyenidir. Tsiolkovsky her zaman uzayın hayalini kurdu ve hayallerini teorik ve hatta pratik olarak doğrulamaya çalıştı. Uzaya uçmak için roket kullanma konusundaki ilk düşünceler bilim adamları tarafından 1883'te ifade edildi, ancak jet itişine ilişkin tutarlı bir matematiksel teorinin yalnızca on üç yıl sonra ortaya çıkması bekleniyordu.

1903 yılında Scientific Review dergisinin beşinci sayısında "Jet aletlerini kullanarak dünya uzaylarının keşfi" makalesinin bir bölümünü yayınladı, ancak Tsiolkovsky'nin birçok keşfi ve eseri gibi bu da modern yaşamın gerçeklerinden çok uzaktı. Ancak bu makalede bilim adamı, gezegenler arası seyahat için roket kullanmanın gerçek olasılığının matematiksel hesaplamalarını ve gerekçelerini sundu. Tsiolkovsky, insanın uzaya girme araçlarını - roketi - belirtmekle sınırlı kalmadı, aynı zamanda motorun ayrıntılı bir tanımını da verdi. Konstantin Eduardovich'in teorilerinin çoğu, örneğin sıvı iki bileşenli yakıt seçimi ve diğer yakıt türlerini, özellikle de atomik bozunma enerjisini kullanma olasılığı hakkında kehanet olarak adlandırılabilir. Tsiolkovsky, o zamanlar devrim niteliğinde olan elektrikli jet motorları yaratma fikrini ortaya attı ve kendine özgü üslubuyla şöyle yazdı: “Belki elektriğin yardımıyla, zaman içinde havadan fırlatılan parçacıklara muazzam bir hız kazandırmak mümkün olabilir. jet cihazı.”

Yanma odasının ve motor nozulunun yakıt bileşenleriyle rejeneratif soğutulması, yapısal elemanların seramik yalıtımı, yakıtın ayrı depolanması ve yanma odasına pompalanması, bir uzay aracının uzaydan dönerken optimal iniş yörüngeleri hakkındaki fikirleri bugün başarıyla kullanılmaktadır.

Bilim adamı, aklındaki her şeyi gerçekten uygulamanın olası yollarını bulmaya çalışarak teori ve pratiği aktif olarak birleştirdi. Tsiolkovsky, roket uzay uçuşuyla ilgili sorunları bilimsel olarak doğruladı. Örneğin roketle ilgili her şeyi ayrıntılı olarak inceledi: hareket yasaları, tasarımı, kontrol sorunları, testler, tüm sistemlerin güvenilir çalışmasının sağlanması, kabul edilebilir uçuş koşullarının oluşturulması ve hatta psikolojik olarak uyumlu bir mürettebatın seçilmesi.

Neredeyse hiçbir alete sahip olmayan Tsiolkovsky'nin, Dünya çevresinde bir uçuş için en uygun yüksekliği - gezegenin üç yüz ila sekiz yüz kilometre yukarısında bir aralık - hesaplaması ilginçtir. Modern uzay uçuşları işte bu irtifalarda gerçekleştiriliyor. Tsiolkovsky, daha sonra onun adını alacak olan ve bir roket motorunun itme kuvvetinin etkisi altında bir uçağın hızının belirlenmesine olanak tanıyan bir formül türetti. Bilim adamı aynı zamanda önemli bir pratik sorunun cevabını da almayı başardı: Dünyadan gerekli kalkış hızını elde etmek ve gezegeni güvenli bir şekilde terk etmek için rokete ne kadar yakıt alınmalıdır? Hesaplamanın sonucu şuydu: Mürettebatlı bir roketin kalkış hızını geliştirmesi ve gezegenler arası uçuşa başlaması için roket gövdesinin ağırlığından yüz kat daha fazla yakıt almak gerekiyor, motor , mekanizmalar, aletler ve yolcular bir arada. Peki bir gemiye bu kadar yakıtı nasıl sığdırabilirsiniz? Bilim adamı orijinal bir çözüm buldu - birbirine bağlı birkaç roketten oluşan bir roket treni. Ön rokette belirli miktarda yakıt, yolcu ve ekipman bulunmaktadır. Daha sonra roketler dönüşümlü olarak çalışarak gezegenler arası trenin tamamını hızlandırır. Bir roketteki yakıt tamamen biter bitmez fırlatılır; bunun sonucunda boş tanklar çıkarılır ve gemi daha hafif hale gelir. Sonra ikinci roket çalışmaya başlar, sonra üçüncü vb. Tsiolkovsky'nin formülüne dayanarak, roketin yeteneklerinin öncelikle motorun özellikleri ve roket tasarımının mükemmelliği tarafından belirlendiği konusunda önemli bir sonuca varıldı.

Tsiolkovsky zengin bir bilimsel miras bıraktı. Fikirlerinin tümü bilim açısından büyük değere sahip değil, ancak yine de bilim adamı birçok konuyu ele alan ilk kişi oldu. Görüşleri şu anda bile biraz fantastik görünüyor. Bilim adamının geleceği ne kadar doğru tahmin ettiği şaşırtıcı. Böylece yapay Dünya uydusu meselesinin ve bunun ulusal ekonomideki rolünün incelenmesine öncülük etti. Güneş'in enerjisini kullanacak ve gezegenler arası iletişim için ara üs görevi görecek yapay yerleşim yerleri olarak gelecek nesiller tarafından Dünya'ya yakın istasyonlar oluşturulması fikrini dile getirdi. Bu gezegenlerarası istasyon fikri, sevilen rüyayı gerçekleştirmenin ana yoluydu - insanların güneş etrafındaki alanı keşfetmesi ve gelecekte "ruhani yerleşimlerin" yaratılması.

Ders 4 için metodoloji
"Uzay Biliminin Temelleri"

Dersin amacı: Astronotiğin teorik ve pratik temelleri hakkında bilgi geliştirmek.

Öğrenme Hedefleri:

Genel eğitim: kavramların oluşumu:

Uzay araştırmalarının teorik ve pratik önkoşulları, görevleri ve yöntemleri hakkında;
- Astronotik ile astronomi, fizik ve diğer doğa ve matematik bilimleri ve teknoloji arasındaki bağlantı hakkında;
- astronotik hakkında - uzay aracı;
- jet roket motorlarının ana türleri hakkında (katı yakıtlı roket motorları, sıvı yakıtlı motorlar, elektrikli tahrik motorları, nükleer tahrik motorları);
- uzay aracı hareketinin yörüngeleri, hızları ve özellikleri, gezegenler arası ve yıldızlararası navigasyonun özellikleri hakkında.

Eğitim: Öğrencilerin insanlık bilgisinin tarihi ile tanışmaları sırasında bilimsel dünya görüşünün oluşumu. Uzay biliminin gelişiminde Rus bilim ve teknolojisinin olağanüstü rolüne aşina olurken yurtsever eğitim. Astronotik biliminin pratik uygulamaları hakkında bilgi sunan Politeknik Eğitimi ve İşgücü Eğitimi.

Gelişimsel: Uzay aracının hareketini tanımlamak için kozmik cisimlerin hareket yasalarını, Tsiolkovsky formüllerini ve kozmik hızları kullanarak sorunları çözme becerilerinin geliştirilmesi.

Öğrenciler Bilmek:

Astronotik hakkında (astronotik araştırmaların konusu, görevi ve yöntemleri, diğer bilimlerle bağlantısı);
- astronotik hakkında: ana uzay aracı türleri, tasarımları ve özellikleri;
- ana roket motor tipleri, yapıları ve özellikleri hakkında
- Tsiolkovsky formülü, I, II, III kozmik hızlarının formülleri ve değerleri (Dünya için);
- uzay aracının uçuş yörüngeleri ve yörüngelerinin şekli ile hareket hızı arasındaki ilişki hakkında.

Öğrenciler yapabilmek: Uzay aracı hareketinin özelliklerini hesaplamak için Tsiolkovsky formülünün ve kozmik cisimlerin hareket yasalarının uygulanmasına ilişkin problemleri çözmek.

Görsel yardımlar ve gösteriler:

Film şeritleri: "Uzay uçuşu mekaniğinin unsurları."
Filmler: "Yapay Dünya uyduları"; "Uzay uçuşları".
Tablolar: "Uzay uçuşları"; "Uzay Araştırması".
Cihazlar ve araçlar: Uyduların hareketini göstermeye yarayan cihaz.

Ev ödevi:

1) Ders kitabı materyalini inceleyin:
- B.A. Vorontsov-Velyaminova: §§ 14 (4), 16 (4).
- E.P. Levitan: §§ 7-11 (tekrar).
- AV. Zasova, E.V. Kononoviç: § 11; alıştırmalar 11 (3, 4)

2) Vorontsov-Velyaminov B.A.'nın problem koleksiyonundaki görevleri tamamlayın. : 174; 179; 180; 186.

3) “Kozmonotik Tarihi” dersi için rapor ve mesajlar hazırlar.

Ders Planı

Ders adımları		Sunum yöntemleri	Zaman, dk
	Dersin konusunun güncellenmesi	Hikaye
	Astronotik araştırmaların teorik ve pratik önkoşulları, görevleri ve yöntemleri ile ilgili kavramların oluşturulması	Ders	7-10
	Astronotik ve ana roket motoru türleri ile ilgili kavramların oluşturulması	Ders	10-12
	Uzay aracı hareketinin yörüngeleri, hızları ve özellikleri, gezegenler arası ve yıldızlararası navigasyonun özellikleri hakkında kavramların oluşturulması	Ders	10-12
	Sorun çözme
	İşlenen materyalin özetlenmesi, dersin özetlenmesi, ödev

Materyal sunma metodolojisi

Bu ders en iyi şekilde, öğrencilerin doğa tarihi, doğa tarihi ve fizik derslerinde incelenen "bilim öncesi" astronotik bilgilerinin ve astronotik ve jet itişine ilişkin bilgilerin sistemleştirilmesi, genelleştirilmesi ve geliştirilmesinin anlatıldığı bir ders şeklinde öğretilir. tüm eğitim süresi boyunca gerçekleştirilir. Kılavuzun yazarları, yapay uyduların yörüngeleri ve hızları, Ay'a uzay aracı uçuşları ve gezegenler arası uçuşların en basit yörüngeleri hakkındaki soruların analiziyle kendimizi sınırlamayı öneriyorlar. Eğitim sonucunda öğrencinin astronotik biliminin teorik ve pratik temelleri hakkında bütünsel bir anlayış kazanması için bu materyali tamamlamanın ve genişletmenin, teorik hale getirmenin gerekli olduğunu düşünüyoruz. Materyalin sunumu fizik (klasik mekaniğin temelleri: Newton kanunları, yerçekimi kanunu, momentumun korunumu kanunu, jet itişi) ve astronomi (astrometri ve gök mekaniği: Kepler kanunları, kozmik uzay hakkında bilgiler) alanlarında daha önce çalışılmış materyallere dayanmalıdır. hızlar, kozmik cisimlerin yörüngeleri ve rahatsızlıklar). Eğitimin vatansever yönü, öğrencilerin dikkatini yerli bilim ve teknolojinin başarılarına, Rus bilim adamlarının roket bilimi ve astronotik biliminin ortaya çıkışına, oluşumuna ve gelişimine katkısına odaklayarak gerçekleştirilir. Tarihsel ayrıntılardan kaçınılmalı ve daha sonraki bir derse saklanmalıdır.

Kozmonotik - uzayda uçuşlar; çeşitli uzay araçları (SCAV): roketler, yapay Dünya uyduları (AES), otomatik gezegenler arası istasyonlar (AIS), uzay aracı (SC) kullanılarak uzayın ve uzay nesnelerinin ve bunların sistemlerinin araştırılmasını ve geliştirilmesini sağlayan bir dizi bilim ve teknoloji dalı , insanlı veya Dünya'dan kontrol edilen.

Uzay biliminin teorik temeli şunlardan oluşur:

1. Astronomi (astrometri, gök mekaniği ve astrofizik).

2. Uzay uçuşları teorisi - kozdinamik - gök mekaniğinin uygulamalı kısmı, uçuş yörüngelerinin incelenmesi, uzay aracı yörünge parametreleri vb.

3. Uzay roketleri, motorlar, kontrol sistemleri, iletişim ve bilgi iletimi, bilimsel ekipman vb. oluşturmanın bilimsel ve teknik sorunlarına çözümler sunan roketçilik.

4. Uzay biyolojisi ve tıbbı.

Uzayda ana ve şimdiye kadar tek ulaşım aracı rokettir. Roket hareketinin yasaları, klasik mekaniğin yasalarına dayanarak türetilmiştir: kinematik ve dinamik (Newton'un II yasası, momentumun korunumu yasası, vb.).

K. E. Tsiolkovsky'nin formülü, bir roketin dış koşulların etkisini hesaba katmadan uzaydaki hareketini açıklar ve roketin enerji kaynaklarını karakterize eder:

, - Tsiolkovsky sayısı, Nerede M 0 - başlangıç, M k roketin nihai kütlesidir, w fırlatılan kütlenin rokete göre hızıdır (jet akışı hızı), G- serbest düşüş ivmesi.

Pirinç. 73

Fırlatma aracı (LV), bir yükü uzaya (AES, AMS, uzay aracı vb.) fırlatmak için kullanılan çok aşamalı bir balistik rokettir. Fırlatma araçları genellikle faydalı yük I - II'ye kaçış hızı kazandıran 2-4 aşamalı roketlerdir (Şekil 73).

Roket motoru (RM), roketler için tasarlanmış bir jet motorudur ve operasyon için çevreyi kullanmaz. RD'de, yalnızca motora sağlanan enerji (kimyasal, güneş enerjisi, nükleer vb.) motorun çalışma sıvısının kinetik hareket enerjisine dönüştürülmez, aynı zamanda çekişin itici gücü de doğrudan motorda oluşturulur. motordan dışarı akan çalışma sıvısının jetinin reaksiyonu şeklindedir. Dolayısıyla RD, motorun kendisi ile tahrik cihazının bir kombinasyonu gibidir.

Taksi yolunun spesifik itme kuvveti aşağıdaki formülle belirlenir: .

Şu anda yalnızca kimyasal XRD'ler yaygın olarak kullanılmaktadır.

Katı yakıtlı roket motoru (katı yakıtlı roket motoru) yaklaşık 2000 yıldır - yaygın olarak roket topçuluğunda ve sınırlı olarak astronotikte - kullanılmaktadır. Katı yakıtlı roket motorlarının itme kuvveti aralığı gramdan yüzlerce tona (güçlü roket motorları için) kadar değişir. Yük şeklindeki yakıt (başlangıçta - 19. yüzyılın sonlarından itibaren kara barut - 20. yüzyılın ortalarından itibaren dumansız barut - özel bileşimler) tamamen yanma odasına yerleştirilir. Başladıktan sonra yanma genellikle yakıt tamamen yanana kadar devam eder; itme gücündeki değişiklik düzenlenmez. Tasarım ve kullanım açısından en basit olanıdır, ancak bir takım dezavantajları vardır: düşük spesifik itme kuvveti, tek fırlatma vb. ABD (Scout, Thor, Titan), Fransa ve Japonya'daki bazı fırlatma araçlarına kurulur. Ayrıca frenleme, kurtarma, düzeltme vb. sistemler olarak da kullanılır (Şekil 74).

Sıvı roket motoru (LPRE), sıvı roket yakıtıyla çalışan bir roket motorudur. 1903'te K. E. Tsiolkovsky tarafından önerildi. Modern uzay teknolojisinin ana motoru. Bir gramdan yüzlerce tona kadar itme. Sıvı yakıtlı motorlar amaçlarına göre ana (tahrik), frenleme, düzeltici vb. olarak ayrılır. Yakıt olarak aşağıdakiler kullanılır: oksitleyiciler - sıvı oksijen, nitrojen tetroksit, hidrojen peroksit; yanıcı maddeler - gazyağı, hidrazin, sıvı amonyak, sıvı hidrojen. Sıvı hidrojen ve oksijenin en umut verici kombinasyonu (LV Energia) (Şekil 75).

Spesifik itişi arttırmak için nükleer enerjinin kullanılması ümit vericidir. Nükleer roket motorlarının deneysel örnekleri ( BAHÇE) 60'ların ortalarından beri SSCB ve ABD'de geliştirildi. Şu anda Rusya, sürdürülebilir nükleer güçle çalışan roketatarlara sahip olan tek devlettir (Şekil 76).

Geliştirme devam ediyor elektrikli taksi yolları(EP) - elektrotermal, elektromanyetik, iyonik. Elektrikli tahrikin ilk deneysel örnekleri 1929-30'da SSCB'de oluşturuldu; Şu anda, Rusya ve Amerika Birleşik Devletleri'nde uzay araçları için yönlendirme motorları olarak elektrikli tahrik motorları kullanılmaktadır. İtiş iyon motoru, 90'ların sonlarında piyasaya sürülen AMS'ye kuruludur. ABD'de (Şekil 77).

Uzay uçuş mekaniği açısından taksi yolları ikiye ayrılır:

1. Jet akımının en yüksek sıcaklığına (kimyasal, nükleer vb.) göre belirlenen, w » 3 - 30 km/s arasında sınırlı egzoz hızına sahip tahrik sistemleri. Atmosferde kısa bir süre (dakikalar, saniyeler) çalışırlar ve uçuş yörüngesinin küçük aktif bölümlerinde (yüzlerce km) vakum oluştururlar.

2. Verimlerinin bağlı olduğu ayrı bir enerji kaynağına sahip sınırlı güç sistemleri (elektrik vb.).

3. Sınırlı itiş gücüne sahip sistemler (yelken ve radyoizotop).

Aktif uçuş aşamalarında uzay aracının hareketi motorlarının çalışmasına bağlıdır; Yörüngelerin pasif bölümlerinde, uzay aracının hareketi kozmik cisimlerin çekim kuvvetlerinden, hafif basınçtan ve güneş rüzgarından ve atmosferin üst katmanlarında aerodinamik sürtünme kuvvetlerinden etkilenir.

Bir uzay aracının pasif hareketinin temel özellikleri, 2 cisim probleminin çözülmesiyle belirlenebilir.

Devasa kozmik cisimlerin merkezi çekim alanında, uzay aracı Keplerian yörüngelerde hareket eder ve:

1. Uzay aracının yörüngesi, başlangıç hızının u 0 = 0 olması ve uzay aracının ağırlık merkezine doğru düzgün bir ivmeyle düşmesi durumunda doğrusaldır.

2. Uzay aracı, başlangıç hızı ağırlık merkezine belirli bir açıyla yönlendirildiğinde eliptik yörüngeler boyunca hareket eder. Dünya etrafındaki eliptik yörüngelerde, uyduları, modern uzay araçları ve yörünge istasyonları ile inceledikleri gezegenlerin yörüngesinde dönen uzay araçları hareket eder.

3. u 0 = u II noktasındaki parabolik yörüngeler boyunca, uzay aracının uzayda sonsuz uzak bir noktadaki son hızı sıfır olduğunda.

4. Hiperbolik yörüngeler boyunca (u 0 > u II), ağırlık merkezinden çok uzaktaki doğrusal olanlardan neredeyse ayırt edilemez.

Gezegenler arası uçuşların yörüngeleri, uzay uçuşunun amacına ve özelliklerine bağlı olarak şekil, uçuş süresi, enerji maliyetleri ve diğer faktörler açısından farklılık gösterir. Uzay aracının neredeyse hiçbir zaman düz bir çizgide hareket etmediğini belirtmek ilginçtir: Hareketlerinin yörüngeleri (bazı idealleştirilmiş durumlar hariç), kozmik cisimlerin yörüngelerini birbirine bağlayan ikinci dereceden eğrilerin (daireler, elipsler, paraboller ve hiperboller) bölümleridir. ya da bedenlerin kendileri.

Gezegenler arası uçuş yörüngelerinin 3 pasif bölümü vardır: 1) uzay aracının hareketinin yalnızca yerçekimi kuvveti tarafından belirlendiği Dünya'nın "hareket alanı" içinde; 2) Dünya'nın etki alanının sınırından kozmik bedenin etki alanının sınırına kadar - uzay aracının hareketinin çekim tarafından belirlendiği en uzun ve en sürekli uçuşun hedefi Güneş'in; 3) kozmik bedenin etki alanı dahilinde - uçuşun amacı.

Yukarıda, Dünya'nın etki alanından çıkmak için uzay aracının u > u II hızına sahip olması gerektiği belirtilmişti; . Yapay bir uydunun yörüngesinde bulunan bir uzay aracının Dünya'nın etki alanından çıkmak için kazanması gereken ek hıza çıkış hızı u denir. V. , Nerede R- kozmik bedene olan mesafe, R dÅ - Dünyanın etki alanının yarıçapı ( R dÅ = 925000 km).

Dünya yüzeyinden bir uzay aracı fırlatırken şunları dikkate almak gerekir:

1) Dünyanın kendi ekseni etrafında dönme hızı ve yönü;
2) Dünyanın Güneş etrafında dönme hızı ve yönü (u Å = 29,785 km/s).

Dünyanın kendi ekseni etrafında dönüş yönünün tersi yönde dönen uyduları fırlatmak çok zordur, bu da büyük enerji maliyetleri gerektirir; Ekliptik düzlemde yer almayan bir yörünge boyunca bir uzay aracını fırlatmak daha zordur.

Çıkış hızı Dünya'nın hareket hızıyla aynı yönde ise v Å Uzay aracının yörüngesi, günberi hariç, Dünya'nın yörüngesinin dışında yer alır (Şekil 79c).
Hızın ters yönü ile u V Uzay aracının yörüngesi, günöte hariç, Dünya'nın yörüngesinin içinde yer alır (Şekil 79a).
Aynı yön ve hızların eşitliği ile u V= u Å uzay aracının yörüngesi düz hale gelir ve bu doğrultuda uzay aracı yaklaşık 64 gün boyunca Güneş'in üzerine düşecektir (Şekil 79d).
ne zaman V= 0, uzay aracının yörüngesi Dünya'nın yörüngesine denk gelir (Şekil 79b).

Hızınız ne kadar yüksek olursa V Uzay aracının eliptik yörüngesinin eksantrikliği o kadar büyük olur. Nispeten basit hesaplamalarla değer belirlenir v içinde Uzay aracının yörüngesinin günberi veya afel noktasının dış veya iç gezegenlerin yörüngesinde yer alması için gerekli olan, .

Gezegenler arası uçuşun hedefleri olan Dünya'nın yörüngelerine ve kozmik cisimlere aynı anda dokunan uzay aracı uçuş yörüngelerine denir. Hohmann yörüngeleri(bunları hesaplayan Alman bilim adamı W. Homann'ın onuruna).

Dış gezegenler için: . İç gezegenler için: , Nerede R- gezegensel bir cismin Güneş'ten ortalama uzaklığı.

Homan yörüngesi boyunca uçuş süresi aşağıdaki formül kullanılarak hesaplanır: ortalama güneşli gün.

Hohmann yörüngelerini kullanarak gezegenler arası bir uçuşun yörüngesini hesaplarken, Dünya'nın, Güneş'in ve hedef gezegenin göreceli konumunu (başlangıç konfigürasyonu), gezegenlerin yörüngelerindeki hareketinin özelliklerini ve özelliklerini dikkate almak gerekir. . Örneğin, en kısa Hohmann yörüngesi boyunca Mars'a uçuş yalnızca 69,9 gün, Jüpiter'e - 1,11 yıl, Plüton'a - 19,33 yıl sürecektir. Bununla birlikte, Dünya, Güneş ve bu gezegenlerin gerçek optimal karşılıklı konumu son derece nadir olarak ortaya çıkar ve uçuş süresini azaltmak için uçuş süresini artırmak gerekir. V Bu da ek enerji tüketimi gerektirir. Bu nedenle, diğer nedenlerin yanı sıra, Güneş Sistemindeki gezegenlere insanlı uçuşlar, bu gezegenleri, hedeflerine yıllarca en ekonomik yörüngelerde uçabilen uzay araçlarıyla keşfetmekten çok daha pahalı ve daha zordur. Gezegenlerden ve Güneş'ten kaynaklanan rahatsızlıkların etkisi dikkate alındığında, AWS'lerin ve uzay araçlarının hareketin yörüngesini ayarlayacak motorlara sahip olması gerekir.

Hedef gezegenin hareket alanına ulaşıldığında, onun etrafında eliptik veya dairesel bir yörüngeye girebilmek için, uzay aracının hızını söz konusu gezegen için II kozmik değerinden daha düşük bir değere düşürmesi gerekir.

Gezegenlerarası navigasyonda, uzay aracının Güneş Sistemi gezegenlerinin çekim alanındaki manevrası yaygın olarak kullanılmaktadır.

Devasa bir kozmik cismin merkezi çekim alanında hareket ederken, uzay aracı bu cisimden gelen çekici bir kuvvete maruz kalır ve uzay aracının hareketinin hızını ve yönünü değiştirir. Uzay aracının ivmesinin yönü ve büyüklüğü, uzay aracının kozmik gövdeden ne kadar yakın uçtuğuna ve uzay aracının bu gövdenin hareket alanına giriş ve çıkış yönleri arasındaki j açısına bağlıdır.

Uzay aracının hızı şu şekilde değişir:

Uzay aracının hareket alanına giriş hızı bu bedenin yüzeyindeki kozmik hız u I'ye eşitse, uzay aracı kozmik gövdeden minimum mesafeden geçen bir yörünge boyunca hareket ederken en büyük ivmeyi elde eder; .

Uzay aracı, Ay'ın etrafında uçarken hızını 1,68 km/s, Venüs'ün etrafında uçarken 7,328 km/s, Jüpiter'in etrafında uçarken ise 42,73 km/s artırabiliyor. Uzay aracının gezegenin etki alanından ayrılma hızı, periapsisten geçerken motorlar çalıştırılarak önemli ölçüde artırılabilir.

Şek. Şekil 80-81, gezegenler arası uçuşların hesaplanmış bazı yörüngelerini göstermektedir.

Uzay bilimi- yıldızlararası uçuşların sorunlarını inceleyen bir astronotik dalı. Şu anda, modern bilim yıldızlara ulaşmayla ilgili teknik sorunları çözecek bilgiye sahip olmadığından, esas olarak uçuş mekaniğinin teorik problemlerini inceliyor.

Yıldızlararası uçuş için uzay aracının Güneş'in 9 × 10 12 km'ye eşit etki alanının ötesine geçmesi gerekir. Yıldızlararası mesafeler çok büyüktür: en yakın yıldız 270.000 AU'dur; Güneş'in etrafında tanımlanan 10 pc yarıçaplı bir küre içinde yalnızca 50 kadar yıldız vardır.

Şu anda Pioneer 10 ve 11 ile Voyager 1 ve 2 uzay araçları, güneş sisteminin ötesine geçerek binlerce yılda 1 ışık yılı uzaklığa gidecek bir uçuşa çıktı.

Mevcut ve hatta gelecek vaat eden roket motoru türleri, uzay aracını ışık hızının 0,1'ini aşan hızlara hızlandıramadıkları için yıldızlararası uçuşlar için uygun değil veya çok az kullanışlıdırlar. İle .

En yakın yıldızlara, otomatik yıldızlararası sondaların (AIS) yalnızca tek yönlü uçuşları veya insanlı uçuşlar, uygun gezegenleri “geri dönüşümlü ölüm” (hazırda bekletme) durumundaki bir mürettebatla veya nesil değişimiyle kolonileştirmek amacıyla teorik olarak mümkündür. Sadece teknik birçok problemin çözülmesini gerektiren geminin içinde, aynı zamanda etik, psikolojik, biyolojik problemler de var (mürettebat asla Dünya'ya dönmeyecek; nesillerin değişimi sırasında hayatlarının çoğu, hatta tüm hayatları geminin içinde geçmek zorunda kalacak) gemi; uzay aracı vb. için tamamen kapalı bir ekosistem oluşturmak gereklidir); Fırlatmadan önce bile, karasal astronomik gözlemler, uçuşun hedefi olan yıldızın yakınında yaşam için uygun koşullara sahip karasal gezegenlerin varlığını garanti etmelidir (aksi takdirde uçuş anlamını kaybeder).

Modern astronotiklerin “mavi rüyası” teorik olarak ideal bir kuantum (foton) roketatardır ve w = C - Galaksi içindeki yıldızlararası uçuşlara uygun tek kişi (Şekil 78).

Fiziksel cisimlerin ışık hızına yakın hızlardaki hareketi, herhangi bir fiziksel sürecin uzay-zaman modellerini inceleyen genel görelilik teorisinde (GTR) dikkate alınır.

Genel görelilik çerçevesinde Tsiolkovsky formülü genelleştirilir ve şu şekli alır: ,

Nerede z- Tsiolkovsky numarası, M 0 - başlangıç, M 1, uzay aracının nihai kütlesidir, u 1, uzay aracının dünyanın referans çerçevesindeki son hızıdır, w, jet akımının gemiye göre hızıdır.

Bir foton yıldız gemisi bile w = noktasında ışık hızına ulaşamaz. C Çünkü: .

Modern bilime göre hiçbir maddi cismin ışık hızından daha yüksek hızlarda uçması imkansızdır. Ancak (teorik olarak) bir yıldız gemisi ışık hızına yakın hızlarda hareket edebilir.

Yıldızlararası uçuş için olası seçenekler:

1. 3 aşamada uçuş: uzay aracının maksimum hıza hızlandırılması; motorlar kapalıyken yanaşma uçuşu; sıfır hıza kadar frenleme.
2. Sabit ivmeyle 2 aşamalı uçuş: Uçuşun ilk yarısında uzay aracı ivmeyle birlikte hızı artırır g~ gÅ= 10 m/s 2 ve ardından aynı ivmeyle frenlemeye başlar.

Genel Göreliliğin temel ilkelerine göre, uzay aracında bulunan bir gözlemci için, ışık hızına yaklaşıldığında tüm fiziksel süreçler bir kat yavaşlayacak ve uzay aracının hareket yönündeki mesafeler, ışık hızına yaklaşıldığında azalacaktır. aynı miktar: uzay ve zaman adeta “sıkıştırılmıştır”. Geminin referans çerçevesinde sabit olacak, ancak Dünya'ya ve uçuş hedefine göre u £ hızında hareket edecektir. C.

Kendi (gemi) uçuş süresi ve Dünya'da fırlatma anından itibaren geçen bağımsız süre, farklı formüller kullanılarak hesaplanır: , Nerede Ve - hiperbolik kosinüs ve hiperbolik sinüs fonksiyonları, R- uçuş hedefine olan mesafe.

Sürekli hızlanma ile G= 10 m/s 2 Bir Centauri'nin yıldıza uçuşu gemi saatine göre 3,6 yıl, dünya saatine göre 4,5 yıl sürecektir; Galaksinin merkezine uçuş geminin saatine göre sürecek T k= Dünya'ya göre 19,72 yıl TÅ= 27000 yıl; sarmal gökadaların en yakını olan M31 gökadasına (“Andromeda Bulutsusu”) uçuş da buna göre sürecektir T k= 28 yıl ve TÅ= 3,5 milyon yıl!

Bu, "ikiz paradoksuna" göre yıldızlararası uçuşlar için ödenecek bedeldir: Galaksinin yaklaşık yarısında uçmuş ve onlarca yıl yaşlanmış astronotlar, fırlatılmadan binlerce ve milyonlarca yıl sonra Dünya'ya geri döneceklerdir. Uzak geçmişten geleceğin dünyasına esasen “tek yönlü bir uçuştan” dönen uzaylıların tamamen etik sorunlarına ek olarak, astronotlar tarafından verilen bilgilerin değeri konusunda önemli bir sorun ortaya çıkıyor: uçuş sırasında bilim, Dünya'da hareketsiz durmuyor!

Yıldızlararası uçuşların enerji sorunları çok önemlidir: Gezegenler arası insanlı Dünya - Mars uçuşunun ikinci kozmik hızına ulaşmak için, yaklaşık 8,4 × 10 9 kW × saat enerji harcanacaktır (100 kapasiteli bir enerji santrali tarafından üretilir). 8,5 saatte MW), ardından uzay aracını 0,2'ye hızlandırmak için İle gereken enerji 10 15 kW × sa'dır; bu, Dünya'daki enerji santrallerinin 10 yılda ürettiği enerjinin tamamıdır. Hızın 0,4 saniyeye çıkarılması, %100 motor verimliliğiyle enerji tüketiminde 16 kat artış anlamına gelir! Termonükleer roket motorunun yakıt rezervleri, uzay aracının kütlesinin %99'undan fazlasını oluşturacak. Bir foton yıldız gemisinin tek bir uçuşu için antimaddenin sentezi o kadar büyük bir enerji gerektirir ki, modern bilim bunun Güneş Sistemindeki kaynağını gösteremez.

Bu nedenle, fizik yasalarına göre, dünyevi uygarlığın mevcut gelişme düzeyinde, yıldızlararası insanlı uzay aracı uçuşları neredeyse imkansızdır. Yıldızlararası insansız AMS ile yakındaki yıldızların incelenmesi oldukça mümkündür (şu anda ABD ve Rusya'da, AMS'yi 21. yüzyılın ortalarında Proxima Centauri'ye, Barnard Yıldızı'na ve diğer bazı nesnelere fırlatmak için projeler geliştirilmektedir). Onlarca tonluk taşıma yükü kütlesine sahip AMZ'ler 0,1-0,2 hıza çıkacak İle güneş enerjisi, radyoizotop veya termonükleer roket motorlarının uçuş süresi onlarca, hatta yüzlerce yıl olacaktır.

Çalışılan materyal problem çözme sürecinde birleştirilir:

Egzersiz 10:

1. Plüton'a uzay aracı göndermek neden Güneş'e göndermekten daha kolaydır?

2. 60'lı yılların bilim kurgu edebiyatında en sevilen durum olan, motoru arızalı bir uzay aracının çekilip Güneş'e düşmesi mümkün mü?

3. Kozmodromları nereye ve neden yerleştirmek daha karlı: kutuplara mı yoksa Dünya'nın ekvatoruna mı?

4. Uzay aracının Güneş Sisteminden ayrılma hızını belirleyin. En yakın yıldıza uçmak ne kadar sürer?

5. Uzay aracının içinde, uçuş yörüngesinin pasif kısmında neden ağırlıksızlık meydana geliyor?

6. Jüpiter etrafında dairesel bir yörüngede aşağıdaki mesafelerde dönen AMS'nin hızı nedir: a) 2000 km; b) Gezegenden 10.000 km uzakta mı?

7. 21 Kasım'da Mars'a ulaşan Sovyet uzay aracı “Mars-2” ve “Mars-3”ün uçuşu sırasında Dünya, Güneş ve Mars'ın yörüngeleri dairesel dikkate alınarak yapılanmasını çizim üzerinde çiziniz. 192 ve 188 günlük uçuşun ardından 1971 ve 2 Aralık 1971, gezegenlerin karşıtlığı ise 10 Ağustos 1971'de meydana geldi.

V.V.'ye göre. Radzievski öğretmenlerin ve öğrencilerin dikkatini “uzayın aktif keşfiyle bağlantılı olarak astronominin muazzam pratik önemine, astronotiklerin çevre kirliliğinin çevresel sorunlarını çözmedeki rolüne (havayı kirleten işletmelerin uzaya aktarılması, uzaya hava kirliliğinin salınması) çekmelidir. tehlikeli endüstriyel atıkların uzaya atılması, demografik beklentiler)… Programın kendisinde astronotik unsurlarını güçlendirmek, soruları tanıtmak gerekiyor: 2 cisim probleminde enerjinin korunumu yasası (temel sonuç)...

60-80'li yıllarda Sovyetler Birliği'ndeki okullarda A.D.'nin seçmeli dersi veriliyordu. Marlensky "Kozmonotiğin Temelleri" (IX sınıfı, 70 saatlik eğitim, haftada 2 saat). Yapısı, içeriği ve ders planlaması hakkındaki bilgiler, modern bir fizik ve astronomi öğretmeni için ilgili materyali fizik ve astronomi derslerinde (özellikle fizik ve matematik derslerinde) ve ders dışı etkinliklerde kullanmak için yararlı olabilir:

1) Astronotik tarihi(2 saat) (İlk fantastik uzay uçuşu projeleri. K.E. Tsiolkovsky - bilimsel astronotik kurucusu. Roket teknolojisinin gelişiminin ana aşamaları. İlk Sovyet uydusunun fırlatılması ve uzay çağının başlangıcı. İnsanın uzaya uçuşu ).

2) Roketlerin hareketi ve tasarımı(4 saat) (Roket prensibi. Değişken kütleli cisimlerin mekaniği kavramı. Tsiolkovsky formülü. Tek aşamalı bir roketin ana parçaları ve sayısal özellikleri. Çok aşamalı roketler. Roket motorları ve yakıtlar). Momentumun korunumu yasasını tekrarlayarak başlayın; buna dayanarak, bir roketten tek darbeli kütle fırlatmasını analiz edin. Bir dizi ardışık fırlatma düşünün ve bir roketin tek yönlü fırlatma sırasında ortaya çıkan hızının, her kütle fırlatmada aldığı hızların toplamına eşit olduğunu gösterin. Tsiolkovsky'nin formülünü bildirin (ayrıntılı bir sonuç olmadan, ancak ilgili sorunların fiziksel anlamının ve çözümünün ayrıntılı bir analiziyle). Reaktif kuvvete bağlı olarak bir roketin hareketini dinamik yasaları açısından düşünün. Akan su jeti örneklerini kullanarak reaktif kuvvetin oluşumunu deneysel olarak gösterin ve itme kuvvetinin nasıl değiştirilebileceğini gösterin (tesisatın şeması verilmiştir). Öğrencilere tek aşamalı ve çok aşamalı fırlatma araçlarının sayısal özelliklerini tanıtmak. Farklı özelliklere sahip roket projeleri geliştirmeyi (evde) teklif edin, bir sonraki derste bunları parçalara ayırın. RD'nin çalışmaları genel hatlarıyla incelenmektedir. Tasarım şemaları, yakıt beslemesi ve özelliklerdeki değişim grafikleri (taksi yolu ekseni boyunca yanma ürünlerinin hızı, sıcaklığı ve basıncı) dikkate alınır. Termik motorlar ve kara taşımacılığı yakıtıyla karşılaştırıldığında roket motorları ve roket yakıtının temel verilerine dikkat edin. Çalışan model roketlerin gösterilmesinde fayda var.

3) Yerçekimi alanında bir roketin serbest hareketi(8 saat) (Merkezi yerçekimi alanı. 2 cisim problemi. Yerçekimi alanında hareket ederken mekanik enerjinin korunumu yasası. Yerçekimi parametresi. Eliptik bir yörüngede hareket eden bir cismin hızının formülü. Yerçekimi alanındaki hareketin yörüngeleri (Kepler yörüngeleri). Dairesel hız, salınım hızı, hiperbolik hareket alanı kavramı. Evrensel çekim yasasını 2 maddi noktaya göre tekrarlayın ve formülünü ayrıntılı olarak inceleyin; devasa kozmik cisimleri maddi noktalar biçiminde temsil etme olasılığına işaret ediyor. Merkezi kuvvetlerin alanı olarak yerçekimi alanı ve özellikleri hakkında bir fikir oluşturulur: yerçekiminin ivmesi (merkezi alanın, alanın farklı noktalarına uygulanan cisimler üzerindeki kuvvet etkilerini belirlemeye olanak tanır) ve potansiyeller (enerji maliyetlerini belirlemek için) Bu alandaki çeşitli vücut hareketleri için). Sonsuzdaki noktalar için yerçekimi potansiyelinin sıfır değerinin seçimini gerekçelendirin; bu durumda, tüm kozmik cisimlerin yerçekimi potansiyelleri sıfır seviyesinden ölçülür ve karşılaştırılması kolaydır. Gezegenlerin yüzeyindeki noktaların çekim potansiyelleri karşılaştırılarak, bir cismi belirli bir noktadan sonsuza kadar uzaklaştırmak için gereken iş miktarı değerlendirilebilir (kozmik hız II kavramının tanıtılmasıyla). 2 cisim probleminin çözümü, enerjinin ve açısal momentumun korunumu yasalarına dayanmaktadır (açısal momentumun korunumu yasası kavramı, açısal kavramının tanımı olan Zhukovsky tezgahının gösterilmesine dayanarak oluşturulmalıdır) momentum ve bir dizi deney)

4) İtme etkisi altında bir roketin hareketi(6 saat) (Bir uzay aracının yörüngeye yerleştirilmesi. Hız kayıpları. Başlangıç ve toplam karakteristik hızlar. Uzay aracı kontrolü. Yörünge düzeltmeleri. Uçuşta aşırı yükler. Uzay navigasyonu kavramı. Atalet, astro ve radyo navigasyonu. Oryantasyon ve stabilizasyon uzay aracı). 5) Yapay Dünya uyduları(8 saat) (Uydu yörüngeleri. Dünyanın küresel olmaması, atmosferik direnç, Ay ve Güneş'in yerçekimi nedeniyle yörüngelerin bozulması. Uydunun Dünya yüzeyine göre hareketi. Uydunun yörüngeye yerleştirilmesi. Çoklu darbe manevraları. Yörüngede buluşma. Homan transferleri. Yörüngeden iniş. Atmosfere giriş sırasındaki temel fiziksel olaylar. 6) Ay ve gezegenlere uçuşlar(8 saat) (Ay'a uçuş yörüngeleri. Yapay ay uyduları. Ay'a iniş. Gezegenlere uçuş yörüngeleri. Optimal yörüngeler. Fırlatma pencereleri. Yörünge düzeltmeleri. Çoklu darbe yörüngeleri. Gezegenlerin yerçekimi alanını değiştirmek için gezegenlerin çekim alanını kullanma Uzay aracının yörüngeleri. Gezegenlerin etrafında uçmak. İniş sırasında atmosferin kullanılması. 7) Uzay uçuş koşulları(2 saat) (Radyasyon tehlikesi. Göktaşı tehlikesi. Korunma yöntemleri. Uzay aracında yaşam desteği. Uzay psikolojisi. Uzay aracında yaşamın ritmi. Ağırlıksızlık ve aşırı yükün vücut üzerindeki etkisi). 8) Uzay biliminin bilimsel ve pratik kullanımı(6 saat) (SSCB'nin uzay kullanımındaki başarıları. Uyduların, uzay araçlarının ve AWS'nin bilimsel donanımı. Astronotik yoluyla Dünya, Dünya'ya yakın uzay, Ay, gezegenler, gezegenler arası uzayın araştırılması. Astronotik biliminin pratik kullanımı : jeodezi, meteoroloji, navigasyon, iletişim, dünya kaynaklarının araştırılması için). 9) Uzay bilimi için beklentiler(2 saat) (Güneş Sisteminde daha ileri uzay uçuşlarına yönelik projeler. Ay ve gezegenlerin keşfedilmesine yönelik projeler. Yıldızlararası uçuş olasılığı). 10 saatlik pratik çalışma (astronomik gözlemler dahil).

<< Предыдущая наблюдения - лабораторные работы - практические работы - учебная программа - учебные пособия - лекции - педагогический эксперимент - дидактика - контрольные работы - задача
Ayrıca bakınız: Aynı konudaki tüm yayınlar >>

Kozmos kelimesi Evren kelimesiyle eş anlamlıdır. Uzay genellikle bir şekilde geleneksel olarak, şu anda yapay Dünya uyduları, uzay araçları, gezegenler arası istasyonlar ve diğer araçların yardımıyla keşfedilebilen yakın uzay ve uzak uzay - diğer her şeyle kıyaslanamayacak kadar büyük - olarak ikiye bölünmüştür. Aslında yakın uzay güneş sistemini, uzak uzay ise yıldızların ve galaksilerin geniş alanlarını ifade eder.

İki Yunanca kelimenin birleşimi olan "kozmonotik" kelimesinin gerçek anlamı - "Evrende yüzmek." Yaygın kullanımda bu kelime, uzay aracı - yapay uydular, çeşitli amaçlara yönelik otomatik istasyonlar, insanlı uzay aracı - yardımıyla uzay ve gök cisimlerinin araştırma ve geliştirmesini sağlayan çeşitli bilim ve teknoloji dalları kümesi anlamına gelir.

Kozmonotik veya bazen adlandırıldığı şekliyle astronotik, çeşitli uzay araçlarını kullanarak insanlığın ihtiyaçlarının yararına uzayın keşfedilmesine ve kullanılmasına hizmet eden bir dizi bilim ve teknoloji dalı olan uzaya uçuşları birleştirir. İnsanlığın uzay çağının başlangıcı, 4 Ekim 1957 olarak kabul ediliyor; bu tarih, ilk yapay Dünya uydusunun Sovyetler Birliği'nde fırlatıldığı tarih.

İnsanlığın uzun süredir hayali olan uzay uçuşu teorisi, büyük Rus bilim adamı Konstantin Eduardovich Tsiolkovsky'nin ufuk açıcı çalışmaları sonucunda bir bilim haline geldi. Füze balistiklerinin temel prensiplerini inceledi, sıvı yakıtlı roket motorunun bir diyagramını önerdi ve motorun reaktif kuvvetini belirleyen yasaları oluşturdu. Uzay aracının şemaları da önerildi ve artık pratikte yaygın olarak kullanılan roket tasarımının ilkeleri verildi. Meraklıların ve bilim adamlarının fikirlerinin, formüllerinin ve çizimlerinin tasarım bürolarında ve fabrika atölyelerinde "metalden" üretilmiş nesnelere dönüşmeye başladığı ana kadar uzun bir süre, astronotikin teorik temeli üç sütuna dayanıyordu: 1) uzay teorisi uzay aracı hareketi; 2) roket teknolojisi; 3) Evren hakkındaki astronomik bilginin bütünlüğü. Daha sonra, astronotik biliminin derinliklerinde, uzay nesneleri için kontrol sistemleri teorisi, uzay navigasyonu, uzay iletişimi ve bilgi iletim sistemleri teorisi, uzay biyolojisi ve tıp vb. gibi çok çeşitli yeni bilimsel ve teknik disiplinler ortaya çıktı. Bu disiplinler olmadan astronotu hayal etmenin bizim için zor olduğunu, astronotiklerin teorik temellerinin radyo dalgalarının kullanımına ilişkin yalnızca ilk deneylerin yapıldığı ve radyonun yapılamadığı bir zamanda K. E. Tsiolkovsky tarafından atıldığını hatırlamakta fayda var. uzayda bir iletişim aracı olarak kabul edilebilir.

Uzun yıllar boyunca, gezegenler arası bir uzay aracındaki aynalardan Dünya'ya yansıtılan güneş ışığı ışınlarını kullanarak sinyal vermek ciddi bir şekilde bir iletişim aracı olarak değerlendirildi. Artık ne Ay'ın yüzeyinden canlı televizyon yayınlarına, ne de Jüpiter'in yakınında veya Venüs'ün yüzeyinde çekilen radyo fotoğraflarına şaşırmamaya alıştığımıza göre buna inanmak zor. Dolayısıyla uzay iletişimi teorisinin tüm önemine rağmen hala uzay disiplinleri zincirinin ana halkası olmadığı ileri sürülebilir. Bu ana bağlantı uzay nesnelerinin hareketi teorisidir. Uzay uçuşunun teorisi olarak kabul edilebilecek şey budur. Bu bilimle ilgilenen uzmanların kendileri buna farklı bir ad veriyor: uygulamalı gök mekaniği, gök balistiği, uzay balistiği, kozdinamik, uzay uçuş mekaniği, yapay gök cisimlerinin hareket teorisi. Bütün bu isimler, son terimle tam olarak ifade edilen aynı anlama sahiptir. Dolayısıyla kozmodinamik, gök mekaniğinin bir parçasıdır - hem doğal (yıldızlar, Güneş, gezegenler, uyduları, kuyruklu yıldızlar, meteoroidler, kozmik toz) hem de yapay (otomatik uzay aracı ve insanlı uzay aracı) herhangi bir gök cisiminin hareketini inceleyen bir bilim. . Ancak kozdinamiği gök mekaniğinden ayıran bir şey var. Gök mekaniğinin bağrından doğan kozmodinamik, yöntemlerini kullanıyor ancak geleneksel çerçevesine uymuyor.

Uygulamalı gök mekaniği ile klasik mekanik arasındaki önemli bir fark, ikincisinin gök cisimlerinin yörünge seçimiyle ilgilenmemesi ve ilgilenememesi, birincisinin ise belirli bir gök cismine ulaşmak için çok sayıda olası yörünge arasından seçim yapmasıdır. Çok sayıda ve çoğu zaman birbiriyle çelişen talepleri hesaba katan belirli bir yörünge. Temel gereklilik, uçuşun ilk aktif aşamasında uzay aracının hızlandığı minimum hız ve buna bağlı olarak fırlatma aracının veya yörünge üst aşamasının (alçak Dünya yörüngesinden fırlatıldığında) minimum kütlesidir. Bu, maksimum taşıma yükünü ve dolayısıyla uçuşun en yüksek bilimsel verimliliğini sağlar. Kontrol kolaylığı gereksinimleri, radyo iletişim koşulları (örneğin, istasyonun uçuşu sırasında gezegene girdiği an), bilimsel araştırma koşulları (gezegenin gündüz veya gece tarafına iniş) vb. de dikkate alınır. Cosmodynamics, uzay operasyonu tasarımcılarına bir yörüngeden diğerine en uygun geçiş için yöntemler ve yörüngeyi düzeltme yolları sağlar. Görüş alanında klasik gök mekaniğinin bilmediği yörüngesel manevralar var. Kozmodinamik, genel uzay uçuşu teorisinin temelidir (tıpkı aerodinamiğin uçakların, helikopterlerin, hava gemilerinin ve diğer uçakların atmosferindeki uçuş teorisinin temeli olması gibi). Kozmodinamik, bu rolü roket hareketi bilimi olan roket dinamiği ile paylaşır. Her iki bilim de yakından iç içe geçmiş olup, uzay teknolojisinin temelini oluşturmaktadır. Her ikisi de, kendisi de fiziğin ayrı bir bölümü olan teorik mekaniğin bölümleridir. Kesin bir bilim olan kozdinamik, matematiksel araştırma yöntemlerini kullanır ve mantıksal olarak tutarlı bir sunum sistemi gerektirir. Gök mekaniğinin temellerinin, Kopernik, Galileo ve Kepler'in büyük keşiflerinden sonra, matematik ve mekaniğin gelişimine en büyük katkıyı yapan bilim adamları tarafından geliştirilmiş olması sebepsiz değildir. Bunlar Newton, Euler, Clairaut, d'Alembert, Lagrange, Laplace'dı. Ve şu anda matematik, göksel balistik problemlerinin çözülmesine yardımcı oluyor ve buna karşılık kozdinamiğin kendisine sunduğu görevler sayesinde gelişiminde bir ivme kazanıyor.

Klasik gök mekaniği tamamen teorik bir bilimdi. Vardığı sonuçlar astronomik gözlem verileriyle tutarlı bir şekilde doğrulandı. Kozmodinamik, gök mekaniğine deneyi getirdi ve gök mekaniği ilk kez deneysel bir bilime dönüştü, bu bakımdan, örneğin aerodinamik gibi bir mekaniğin dalına benzer. Klasik gök mekaniğinin istem dışı pasif doğasının yerini gök balistiğinin aktif, saldırgan ruhu aldı. Astronot bilimindeki her yeni başarı, aynı zamanda kozdinamik yöntemlerin etkinliğinin ve doğruluğunun da kanıtıdır. Kozmodinamik iki bölüme ayrılmıştır: bir uzay aracının kütle merkezinin hareket teorisi (kozmik yörüngeler teorisi) ve bir uzay aracının kütle merkezine göre hareket teorisi ("dönme hareketi" teorisi).

Roket motorları

Uzayda ana ve neredeyse tek ulaşım aracı, bu amaçla ilk kez 1903 yılında K. E. Tsiolkovsky tarafından önerilen rokettir. Roket itiş yasaları, uzay uçuşu teorisinin temel taşlarından birini temsil eder.

Kozmonotik, çeşitli enerji türlerinin kullanımına dayanan geniş bir roket tahrik sistemleri cephaneliğine sahiptir. Ancak her durumda, roket motoru aynı görevi yerine getirir: öyle ya da böyle, rezervi (sözde çalışma sıvısı) roketin içinde bulunan roketten belirli bir kütleyi dışarı atar. Roketten fırlatılan kütleye belirli bir kuvvet etki eder ve Newton'un üçüncü mekanik yasasına (etki ve tepki eşitliği yasası) göre aynı kuvvet, ancak ters yönde, rokete fırlatılan kütleye etki eder. Roketi iten bu son kuvvete itme kuvveti denir. Roketten birim zaman başına kütle ne kadar büyükse ve fırlatılan kütleye aktarılabilecek hız da o kadar büyükse, itme kuvvetinin de daha büyük olması gerektiği sezgisel olarak açıktır.

Bir roket tasarımının en basit diyagramı:

Bilim ve teknolojinin gelişiminin bu aşamasında farklı çalışma prensiplerine dayanan roket motorları bulunmaktadır.

Termokimyasal roket motorları.

Termokimyasal (veya basitçe kimyasal) motorların çalışma prensibi karmaşık değildir: kimyasal bir reaksiyonun (genellikle bir yanma reaksiyonu) sonucu olarak, büyük miktarda ısı açığa çıkar ve reaksiyon ürünleri yüksek bir sıcaklığa ısıtılarak hızla genleşir. roketten yüksek bir hızla fırlatıldı. Kimyasal motorlar, çalışma sıvısının ısınma yoluyla genleşmesi sonucu dışarı aktığı daha geniş bir termal (ısı değişimli) motor sınıfına aittir. Bu tür motorlar için egzoz hızı esas olarak genişleyen gazların sıcaklığına ve ortalama moleküler ağırlığına bağlıdır: sıcaklık ne kadar yüksekse ve moleküler ağırlık ne kadar düşükse egzoz hızı da o kadar büyük olur. Sıvı roket motorları, katı yakıtlı roket motorları ve hava soluyan motorlar bu prensiple çalışır.

Nükleer termik motorlar.

Bu motorların çalışma prensibi, kimyasal motorların çalışma prensibinden neredeyse hiç farklı değildir. Aradaki fark, çalışma sıvısının kendi kimyasal enerjisiyle değil, çekirdek içi reaksiyon sırasında açığa çıkan "yabancı" ısıyla ısıtılmasıdır. Bu prensibe dayanarak, titreşimli nükleer termal motorlar, termonükleer füzyona dayalı nükleer termal motorlar ve izotopların radyoaktif bozunması tasarlandı. Ancak atmosferin radyoaktif kirlenme tehlikesi ve atmosferde, uzayda ve su altında nükleer testlerin durdurulmasına ilişkin anlaşmanın imzalanması, söz konusu projelerin finansmanının kesilmesine yol açtı.

Dış enerji kaynağına sahip ısı motorları.

Çalışma prensibi dışarıdan enerji alınmasına dayanmaktadır. Bu prensibe dayanarak enerji kaynağı Güneş olan bir güneş enerjisi termal motoru tasarlanmıştır. Aynalar tarafından yoğunlaştırılan güneş ışınları, çalışma sıvısını doğrudan ısıtmak için kullanılır.

Elektrikli roket motorları.

Bu geniş motor sınıfı, şu anda yoğun bir şekilde geliştirilmekte olan çeşitli motor türlerini bir araya getirmektedir. Çalışma akışkanı elektrik enerjisi kullanılarak belirli bir egzoz hızına hızlandırılır. Enerji, uzay aracında bulunan bir nükleer veya güneş enerjisi santralinden (prensip olarak kimyasal bir bataryadan bile) elde edilir. Geliştirilmekte olan elektrik motorlarının tasarımları son derece çeşitlidir. Bunlar arasında elektrotermal motorlar, elektrostatik (iyonik) motorlar, elektromanyetik (plazma) motorlar, atmosferin üst katmanlarından çalışma sıvısı alan elektrik motorları bulunur.

Uzay roketleri

Modern bir uzay roketi, her biri amaçlanan rolü oynayan yüzbinlerce ve milyonlarca parçadan oluşan karmaşık bir yapıdır. Ancak bir roketi gerekli hıza hızlandırma mekaniği açısından bakıldığında, roketin ilk kütlesinin tamamı iki kısma ayrılabilir: 1) çalışma sıvısının kütlesi ve 2) serbest bırakıldıktan sonra kalan son kütle çalışma sıvısından. Çoğu durumda çalışma akışkanı sıvı yakıt olduğundan bu ikincisine genellikle "kuru" kütle denir. Roketin "kuru" kütlesi (veya tercih ederseniz, çalışma sıvısı olmadan "boş" kütlesi), yapının kütlesinden ve faydalı yükün kütlesinden oluşur. Tasarım, yalnızca roketin destekleyici yapısı, kabuğu vb. olarak değil, aynı zamanda tüm birimleriyle birlikte tahrik sistemi, kontroller, navigasyon ve iletişim ekipmanı vb. dahil olmak üzere kontrol sistemi olarak anlaşılmalıdır. - tek kelimeyle, roketin normal uçuşunu sağlayan her şey. Yük, bilimsel ekipman, radyo telemetri sistemi, yörüngeye fırlatılan uzay aracının gövdesi, mürettebat ve uzay aracının yaşam destek sistemi vb.'den oluşur. Yük, roketin onsuz normal bir uçuş yapabileceği bir şeydir.

Roketin hızlanması, çalışma sıvısı dışarı akarken roketin kütlesinin azalması, dolayısıyla sabit itme ile reaktif ivmenin sürekli artmasıyla kolaylaştırılır. Ancak ne yazık ki roket yalnızca tek bir çalışma sıvısından oluşmuyor. Çalışma sıvısının süresi doldukça, serbest bırakılan tanklar, merminin fazla parçaları vb. rokete ölü ağırlık yüklemeye başlar ve hızlanmasını zorlaştırır. Bazı noktalarda bu parçaların roketten ayrılması tavsiye edilir. Bu şekilde inşa edilen rokete kompozit roket adı verilir. Çoğu zaman, bir kompozit roket seri olarak bağlanan bağımsız roket aşamalarından oluşur (bu sayede bireysel aşamalardan çeşitli roket sistemleri yapılabilir). Ancak basamakların yan yana paralel bağlanması da mümkündür. Son olarak, son aşamanın bir öncekinin içine girdiği, bir öncekinin içinde yer alan vb. kompozit roket projeleri vardır; bu durumda aşamaların ortak bir motoru vardır ve artık bağımsız roketler değildir. İkinci şemanın önemli bir dezavantajı, harcanan aşamanın ayrılmasından sonra, motor aynı kaldığı için jet ivmesinin keskin bir şekilde artması, dolayısıyla itme kuvvetinin değişmemesi ve roketin hızlanan kütlesinin keskin bir şekilde azalmasıdır. Bu, füze yönlendirmesinin doğruluğunu karmaşıklaştırır ve yapının sağlamlığına yönelik talepleri artırır. Kademeler seri olarak bağlandığında, yeni açılan kademenin itme kuvveti daha az olur ve ivmelenme keskin bir şekilde değişmez. Birinci aşama çalışırken, kalan aşamaları gerçek yük ile birlikte birinci aşama yükü olarak değerlendirebiliriz. Birinci aşamanın ayrılmasından sonra, sonraki aşamalar ve gerçek yük ile birlikte bağımsız bir roket (“ilk alt roket”) oluşturan ikinci aşama çalışmaya başlar. İkinci aşama için, sonraki tüm aşamalar, gerçek yük ile birlikte, kendi yük taşıma kapasitesi vb. rolünü oynar. Her bir alt roket, mevcut hıza kendi ideal hızını ekler ve sonuç olarak, bir roketin nihai ideal hızı elde edilir. çok aşamalı roket, bireysel alt roketin ideal hızlarının toplamıdır.

Roket çok “pahalı” bir araçtır. Uzay aracı fırlatma araçları, esas olarak motorlarını çalıştırmak için gerekli olan yakıtı ve esas olarak yakıt kapları ve bir tahrik sisteminden oluşan kendi yapılarını "taşır". Yük, roketin fırlatma kütlesinin yalnızca küçük bir kısmını (%1,5-2,0) oluşturur.

Kompozit roket, uçuş sırasında yakıtı tükenen bir aşamanın ayrılması ve roket yakıtının geri kalanının, artık kullanılmayan aşamanın tasarımını hızlandırmak için israf edilmemesi nedeniyle kaynakların daha verimli kullanılmasına olanak sağlar. Uçuşa devam etmek gereksiz.

Füze konfigürasyon seçenekleri. Soldan sağa:

Tek aşamalı roket.
İki aşamalı kesit roketi.
Boyuna ayırmalı iki aşamalı roket.
İçlerindeki yakıt tükendikten sonra ayrılan harici yakıt tanklarına sahip bir roket.

Yapısal olarak çok aşamalı roketler, aşamaların enine veya boyuna ayrılmasıyla yapılır.

Enine ayırma ile aşamalar üst üste yerleştirilir ve birbiri ardına sırayla çalışır, ancak önceki aşamanın ayrılmasından sonra açılır. Bu şema, prensip olarak herhangi bir sayıda aşamada sistemler oluşturmayı mümkün kılar. Dezavantajı, sonraki aşamaların kaynaklarının bir önceki aşamanın çalışmalarında kullanılamaması, onun için pasif bir yük olmasıdır.

Boyuna ayırma ile, birinci aşama, ikinci aşamanın gövdesi etrafına simetrik olarak yerleştirilmiş birkaç özdeş roketten (pratikte ikiden sekize kadar) oluşur, böylece birinci aşama motorlarının ortaya çıkan itme kuvvetleri simetri ekseni boyunca yönlendirilir. ikincisi ve aynı anda çalışıyor. Bu şema, ikinci aşamanın motorunun birinci aşamanın motorlarıyla aynı anda çalışmasına izin verir, böylece roketin kütlesi maksimum olduğunda, özellikle birinci aşamanın çalışması sırasında gerekli olan toplam itme kuvvetini arttırır. Ancak aşamaların boylamasına ayrılmasına sahip bir roket yalnızca iki aşamalı olabilir.

Ayrıca, birinci aşamanın ikinciden uzunlamasına bölündüğü ve sonraki tüm aşamaların ayrılmasının enine gerçekleştiği her iki şemanın avantajlarını birleştirmenize olanak tanıyan, uzunlamasına-enine birleştirilmiş bir ayırma şeması da vardır. Bu yaklaşımın bir örneği yerli Soyuz fırlatma aracıdır.

Uzay Mekiği, ilk aşaması yana monteli iki katı yakıt güçlendiriciden oluşan, iki aşamalı, uzunlamasına ayrılmış bir roketin benzersiz bir tasarımına sahiptir; ikinci aşamada, yakıtın bir kısmı yörünge tanklarında (yeniden kullanılabilir uzay aracı) bulunur; kendisi) ve çoğu, çıkarılabilir bir harici yakıt deposunda bulunur. İlk olarak, yörünge aracı tahrik sistemi, yakıtı dış tanktan tüketir ve tükendiğinde, dış tank sıfırlanır ve motorlar, yörünge aracı tanklarında bulunan yakıtla çalışmaya devam eder. Bu tasarım, uzay aracının yörüngeye fırlatılmasının tamamı boyunca çalışan yörünge aracının tahrik sisteminden maksimum düzeyde faydalanmayı mümkün kılmaktadır.

Enine ayrıldığında, aşamalar, her biri sonraki tüm ağırlığın toplam ağırlığına dayanması gereken özel bölümler - adaptörler - silindirik veya konik şekilli yük taşıyan yapılar (aşamaların çaplarının oranına bağlı olarak) ile birbirine bağlanır. bu adaptörün roketin bir parçası olduğu tüm bölümlerde roketin yaşadığı aşırı yükün maksimum değeriyle çarpılan aşamalar. Boyuna bölünme ile, birinci aşamanın bloklarının tutturulduğu ikinci aşamanın gövdesi üzerinde güç bantları (ön ve arka) oluşturulur.

Kompozit roketin parçalarını birbirine bağlayan elemanlar, ona katı bir gövdenin sertliğini verir ve aşamalar ayrıldığında, üst aşamayı neredeyse anında serbest bırakmaları gerekir. Tipik olarak, adımlar piroboltlar kullanılarak bağlanır. Bir pirobolt, çubuğun içinde kafanın yanında bir boşluk oluşturulan, elektrikli bir patlatıcı ile yüksek patlayıcıyla doldurulmuş bir sabitleme cıvatasıdır. Elektrikli patlatıcıya bir akım darbesi uygulandığında, sürgü çubuğunu tahrip eden ve başlığının çıkmasına neden olan bir patlama meydana gelir. Pirobolttaki patlayıcı miktarı dikkatli bir şekilde dozlanır, böylece bir yandan kafanın yırtılması, diğer yandan rokete zarar verilmemesi garanti edilir. Aşamalar ayrıldığında, ayrılan parçaları birbirine bağlayan tüm piroboltların elektrikli kapsüllerine aynı anda bir akım darbesi uygulanır ve bağlantı serbest bırakılır.

Daha sonra basamaklar birbirinden güvenli bir mesafeye yerleştirilmelidir. (Motorun daha düşük bir kademenin yakınında daha yüksek bir kademede çalıştırılması, yakıt kapasitesinin tükenmesine ve artık yakıtın patlamasına neden olabilir, bu da üst kademeye zarar verebilir veya uçuşunun dengesini bozabilir.) Atmosferde kademeleri ayırırken, aracın aerodinamik kuvveti, Bunları ayırmak için yaklaşan hava akışı kullanılabilir ve boşlukta ayrılırken bazen yardımcı küçük katı roket motorları kullanılır.

Sıvı roketlerde, aynı motorlar aynı zamanda yakıtın üst kademedeki tanklarda "çökelmesine" de hizmet eder: alt kademenin motoru kapatıldığında, roket ataletle serbest düşme durumunda uçar, sıvı ise depolardaki yakıt askıdadır ve bu, motoru çalıştırırken arızaya yol açabilir. Yardımcı motorlar, yakıtın tankların dibine "yerleştiği" etkisi altında sahneye hafif bir hızlanma sağlar.

Adım sayısını artırmak ancak belirli bir sınıra kadar olumlu etki sağlar. Aşama sayısı arttıkça adaptörlerin toplam kütlesi ve uçuşun yalnızca bir kısmında çalışan motorlar da artar ve bir noktada aşama sayısındaki daha fazla artış ters etki yaratır. Modern roket bilimi uygulamalarında kural olarak dört aşamadan fazlası yapılmaz.

Aşama sayısını seçerken güvenilirlik konuları da önemlidir. Pyroboltlar ve yardımcı katı yakıtlı roket motorları, roketin fırlatılmasından önce işleyişi doğrulanamayan tek kullanımlık elemanlardır. Bu arada, tek bir piroboltun arızalanması bile roketin uçuşunun acilen durdurulmasına yol açabilir. Fonksiyonel testlere tabi olmayan tek kullanımlık elemanların sayısındaki artış, bir bütün olarak roketin tamamının güvenilirliğini azaltır. Bu aynı zamanda tasarımcıları çok fazla adım kullanmaktan kaçınmaya zorlar.

Kozmik hızlar

Roketin (ve onunla birlikte tüm uzay aracının) yolun aktif kısmında, yani roket motoru çalışırken nispeten kısa bölümde geliştirdiği hızın çok ama çok elde edilmesi gerektiğine dikkat etmek son derece önemlidir. yüksek.

Roketimizi zihinsel olarak boş alana yerleştirelim ve motorunu çalıştıralım. Motor itme kuvveti yarattı, roket bir tür hızlanma aldı ve düz bir çizgide hareket ederek hızlanmaya başladı (itme kuvveti yönünü değiştirmezse). Kütlesi başlangıçtaki m 0 değerinden son m k değerine düştüğünde roket hangi hızı elde edecektir? Roketten çıkan maddenin w hızının sabit olduğunu varsayarsak (bu, modern roketlerde oldukça doğru bir şekilde gözlemlenir), o zaman roket, ifade edilen v hızını geliştirecektir. Tsiolkovsky formülü, diğer tüm kuvvetlerin yokluğunda, bir roket motorunun itme kuvvetinin etkisi altında, yönü değişmeden bir uçağın geliştirdiği hızı belirler:

burada ln doğalı, log ise ondalık logaritmayı belirtir

Tsiolkovsky formülü kullanılarak hesaplanan hız, roketin enerji kaynaklarını karakterize eder. Buna ideal denir. İdeal hızın, çalışma akışkanının ikinci kütle tüketimine bağlı olmadığını, yalnızca w egzoz hızına ve kütle oranı veya Tsiolkovsky sayısı olarak adlandırılan z = m 0 /m k sayısına bağlı olduğunu görüyoruz.

Kozmik hızlar denilen bir kavram var: birinci, ikinci ve üçüncü. İlk kozmik hız, Dünya'dan fırlatılan bir cismin (uzay aracının) uydusu haline gelme hızıdır. Atmosferin etkisini hesaba katmazsak, deniz seviyesinin hemen üzerinde ilk kaçış hızı 7,9 km/s'dir ve Dünya'dan uzaklaştıkça azalmaktadır. Dünyadan 200 km yükseklikte bu hız 7,78 km/s'dir. Pratik olarak ilk kaçış hızının 8 km/s olduğu varsayılmaktadır.

Dünyanın yerçekimini yenerek örneğin Güneş'in bir uydusu haline gelmek veya güneş sistemindeki başka bir gezegene ulaşmak için, Dünya'dan fırlatılan bir cismin (uzay aracının) eşit olarak alınan ikinci bir kaçış hızına ulaşması gerekir. 11,2 km/s'ye kadar.

Bir cismin (uzay aracının) Dünya ve Güneş'in çekim kuvvetini yenerek Güneş sistemini terk edebilmesi için Dünya yüzeyinde üçüncü kozmik hıza sahip olması gerekir. Üçüncü kaçış hızının 16,7 km/s olduğu varsayılmaktadır.

Kozmik hızların önemi büyüktür. Havadaki ses hızından onlarca kat daha hızlıdırlar. Ancak bundan, astronotik alanında hangi karmaşık görevlerin karşı karşıya olduğu açıktır.

Kozmik hızlar neden bu kadar büyük ve uzay araçları neden Dünya'ya düşmüyor? Aslında tuhaftır: Güneş, muazzam çekim kuvvetiyle Dünya'yı ve güneş sistemindeki diğer tüm gezegenleri kendine yakın tutarak onların uzaya uçmalarını engeller. Dünya'nın Ay'ı kendisine yakın tutması garip görünebilir. Tüm cisimler arasında çekim kuvveti vardır ama gezegenler hareket halinde oldukları için Güneş'in üzerine düşmezler, işin sırrı budur.

Her şey Dünya'ya düşüyor: Yağmur damlaları, kar taneleri, dağdan düşen bir taş, masadan devrilen bir bardak. Peki Ay? Dünyanın etrafında döner. Yer çekimi olmasaydı yörüngeye teğetsel olarak uçacak, aniden dursaydı Dünya'ya düşecekti. Ay, Dünya'nın yerçekimi nedeniyle sürekli olarak Dünya'ya "düşüyor" gibi düz bir yoldan sapar.

Ay'ın hareketi belirli bir yay boyunca gerçekleşir ve yerçekimi etkili olduğu sürece Ay Dünya'ya düşmez. Dünya için de durum aynı; eğer durursa Güneş'e düşerdi, ancak bu aynı nedenden dolayı olmayacak. İki tür hareket (biri yerçekimi etkisi altında, diğeri atalet nedeniyle) toplanır ve eğrisel hareketle sonuçlanır.

Evreni dengede tutan evrensel çekim kanunu, İngiliz bilim adamı Isaac Newton tarafından keşfedildi. Keşfini yayınladığında insanlar onun delirdiğini söyledi. Yerçekimi kanunu yalnızca Ay ve Dünya'nın hareketini değil, aynı zamanda Güneş Sistemindeki tüm gök cisimlerinin, yapay uyduların, yörünge istasyonlarının ve gezegenler arası uzay araçlarının hareketini de belirler.

Kepler'in yasaları

Uzay araçlarının yörüngelerini ele almadan önce onları tanımlayan Kepler yasalarını ele alalım.

Johannes Kepler'in güzellik anlayışı vardı. Yetişkin hayatı boyunca güneş sisteminin bir tür mistik sanat eseri olduğunu kanıtlamaya çalıştı. İlk başta yapısını klasik antik Yunan geometrisindeki beş düzenli çokyüzlüyle ilişkilendirmeye çalıştı. (Düzenli bir çokyüzlü, tüm yüzleri eşit düzgün çokgenlere sahip olan üç boyutlu bir şekildir.) Kepler zamanında, dönen "kristal küreler" üzerine yerleştirildiğine inanılan altı gezegen biliniyordu. Kepler, bu kürelerin, düzenli çokyüzlülerin bitişik küreler arasına tam olarak oturacak şekilde düzenlendiğini savundu. İki dış kürenin (Satürn ve Jüpiter) arasına, dış kürenin içine yazılı bir küp yerleştirdi ve bu küpün içine de iç küre yazılıydı; Jüpiter ve Mars'ın küreleri arasında - bir tetrahedron (normal tetrahedron), vb. Altı gezegen küresi, aralarında yazılı beş normal çokyüzlü - mükemmelliğin kendisi gibi görünüyor mu?

Ne yazık ki, modelini gezegenlerin gözlemlenen yörüngeleriyle karşılaştıran Kepler, gök cisimlerinin gerçek davranışının, ana hatlarını çizdiği uyumlu çerçeveye uymadığını kabul etmek zorunda kaldı. Kepler'in gençlik dürtüsünün yüzyıllarca varlığını sürdüren tek sonucu, bilim adamının kendisi tarafından yapılan ve patronu Dük Frederick von Württemburg'a hediye olarak sunulan bir güneş sistemi modeliydi. Güzelce işlenmiş bu metal eserde, gezegenlerin tüm yörünge küreleri ve içlerine yazılan düzenli çokyüzlüler, birbirleriyle iletişim kurmayan içi boş kaplardır ve tatillerde Dük'ün misafirlerini ikram etmek için çeşitli içeceklerle doldurulması gerekiyordu.

Kepler, ancak Prag'a taşınıp ünlü Danimarkalı gökbilimci Tycho Brahe'nin asistanı olduktan sonra, adını bilim tarihinde gerçekten ölümsüzleştiren fikirlerle karşılaştı. Tycho Brahe tüm yaşamını astronomik gözlem verilerini toplayarak geçirdi ve gezegenlerin hareketleri hakkında muazzam miktarda bilgi biriktirdi. Onun ölümünden sonra Kepler'in eline geçtiler. Bu arada, bu kayıtlar o zamanlar büyük bir ticari değere sahipti, çünkü bunlar rafine edilmiş astrolojik burçları derlemek için kullanılabiliyordu (bugün bilim adamları erken astronominin bu bölümü hakkında sessiz kalmayı tercih ediyorlar).

Kepler, Tycho Brahe'nin gözlemlerinin sonuçlarını işlerken, modern bilgisayarlarla bile birisi için çözümü zor görünebilecek bir sorunla karşılaştı ve Kepler'in tüm hesaplamaları elle yapmaktan başka seçeneği yoktu. Elbette, zamanının çoğu gökbilimcisi gibi Kepler de Kopernik'in güneş merkezli sistemine zaten aşinaydı ve yukarıda açıklanan güneş sistemi modelinin kanıtladığı gibi, Dünya'nın Güneş'in etrafında döndüğünü biliyordu. Peki Dünya ve diğer gezegenler tam olarak nasıl dönüyor? Sorunu şu şekilde hayal edelim: Öncelikle kendi ekseni etrafında dönen ve ikinci olarak sizin bilmediğiniz bir yörüngede Güneş'in etrafında dönen bir gezegendesiniz. Gökyüzüne baktığımızda bilmediğimiz yörüngelerde hareket eden başka gezegenler de görüyoruz. Görev ise, Güneş etrafında kendi ekseni etrafında dönen dünyamız hakkında yapılan gözlemsel verilere dayanarak, diğer gezegenlerin yörüngelerinin geometrisini ve hareket hızlarını belirlemektir. Kepler'in en sonunda yapmayı başardığı şey de tam olarak budur ve elde edilen sonuçlara dayanarak üç yasayı türetmiştir!

İlk yasa, gezegen yörüngelerinin yörüngelerinin geometrisini tanımlar: Güneş Sistemindeki her gezegen, Güneş'in bulunduğu odaklardan birinde bir elips içinde döner. Bir okul geometri dersinden - bir elips, bir düzlem üzerindeki bir dizi noktadır; iki sabit noktaya (odaklara) olan mesafelerin toplamı bir sabite eşittir. Veya başka bir deyişle, bir koninin yan yüzeyinin, tabanına açılı, tabandan geçmeyen bir düzlem tarafından kesildiğini hayal edin - bu aynı zamanda bir elipstir. Kepler'in birinci yasası, gezegenlerin yörüngelerinin elips olduğunu ve odak noktalarından birinde Güneş'in bulunduğunu belirtir. Yörüngelerin eksantriklikleri (uzama derecesi) ve günberi (Güneş'e en yakın nokta) ve apohelia'da (en uzak nokta) Güneş'ten uzaklıkları tüm gezegenler için farklıdır, ancak tüm eliptik yörüngelerin ortak bir noktası vardır: Güneş elipsin iki odağından birinde yer almaktadır. Tycho Brahe'nin gözlemsel verilerini analiz ettikten sonra Kepler, gezegen yörüngelerinin bir dizi iç içe geçmiş elips olduğu sonucuna vardı. Ondan önce bu hiçbir gökbilimcinin aklına gelmemişti.

Kepler'in birinci yasasının tarihsel önemi göz ardı edilemez. Ondan önce gökbilimciler, gezegenlerin yalnızca dairesel yörüngelerde hareket ettiğine inanıyorlardı ve eğer bu gözlem çerçevesine uymuyorsa, ana dairesel hareket, gezegenlerin ana dairesel yörünge noktaları etrafında tanımladığı küçük dairelerle destekleniyordu. Bu öncelikle felsefi bir konumdu; şüpheye veya doğrulamaya tabi olmayan, bir tür değişmez gerçekti. Filozoflar, göksel yapının, dünyevi yapıdan farklı olarak uyumunun mükemmel olduğunu, geometrik şekillerin en mükemmeli daire ve küre olduğundan, bunun gezegenlerin bir daire içinde hareket ettiği anlamına geldiğini savundular. Önemli olan, Tycho Brahe'nin kapsamlı gözlem verilerine erişim sağlayan Johannes Kepler'in, gerçeklerle örtüşmediğini görerek bu felsefi önyargının üstesinden gelebilmesidir - tıpkı Kopernik'in Dünya'yı merkezden çıkarmaya cesaret etmesi gibi. Evrenin, yörüngelerdeki gezegenlerin "uygunsuz davranışını" da içeren ısrarcı yermerkezli fikirlerle çelişen argümanlarla karşı karşıya kalması.

İkinci yasa, gezegenlerin Güneş etrafındaki hareket hızlarındaki değişimi açıklar: Her gezegen Güneş'in merkezinden geçen bir düzlemde hareket eder ve eşit zaman dilimlerinde Güneş ile gezegeni birbirine bağlayan yarıçap vektörü eşit alanları tanımlar. . Eliptik yörünge bir gezegeni Güneş'ten ne kadar uzaklaştırırsa hareketi o kadar yavaşlar; Güneş'e ne kadar yakınsa gezegen o kadar hızlı hareket eder. Şimdi gezegenin yörüngesindeki iki konumunu Güneş'in bulunduğu elipsin odağına bağlayan bir çift çizgi parçası hayal edin. Aralarında uzanan elips parçasıyla birlikte alanı tam olarak "düz bir çizgi parçasıyla kesilen alan" olan bir sektör oluştururlar. İkinci kanunda tam olarak bundan bahsediliyor. Gezegen Güneş'e ne kadar yakınsa segmentleri o kadar kısa olur. Ancak bu durumda sektörün eşit sürede eşit alan kaplaması için gezegenin yörüngesinde daha fazla mesafe kat etmesi gerekiyor, bu da hareket hızının artması anlamına geliyor.

İlk iki yasa, tek bir gezegenin yörünge yörüngelerinin özellikleriyle ilgilidir. Kepler'in üçüncü yasası, gezegenlerin yörüngelerini birbirleriyle karşılaştırmamıza olanak tanır: Gezegenlerin Güneş etrafındaki dönüş periyotlarının kareleri, gezegenlerin yörüngelerinin yarı ana eksenlerinin küpleriyle ilişkilidir. Bir gezegen Güneş'ten ne kadar uzaksa, yörüngede hareket ederken tam bir devrim yapmasının o kadar uzun sürdüğünü ve buna göre bu gezegende "yılın" o kadar uzun sürdüğünü söylüyor. Bugün bunun iki faktörden kaynaklandığını biliyoruz. Birincisi, bir gezegen Güneş'ten ne kadar uzaksa yörüngesinin çevresi de o kadar uzun olur. İkincisi, Güneş'ten uzaklık arttıkça gezegenin doğrusal hareketinin hızı da azalır.

Kepler, yasalarında gözlem sonuçlarını inceleyip genelleştirerek yalnızca gerçekleri ifade etti. Eğer ona yörüngelerin eliptikliğine veya sektörlerin alanlarının eşitliğine neyin sebep olduğunu sorsaydınız size cevap vermezdi. Bu sadece onun analizinden çıktı. Ona diğer yıldız sistemlerindeki gezegenlerin yörünge hareketlerini sorsanız, onun da verecek bir cevabı olmayacaktır. Her şeye yeniden başlaması, gözlemsel verileri toplaması, sonra bunları analiz etmesi ve kalıpları belirlemeye çalışması gerekecekti. Yani, başka bir gezegen sisteminin Güneş sistemiyle aynı yasalara uyduğuna inanmak için hiçbir nedeni olmayacaktı.

Newton'un klasik mekaniğinin en büyük zaferlerinden biri, tam olarak Kepler yasalarına temel bir gerekçe sağlaması ve onların evrenselliğini öne sürmesinde yatmaktadır. Kepler yasalarının, Newton'un mekanik yasalarından, Newton'un evrensel çekim yasasından ve açısal momentumun korunumu yasasından titiz matematiksel hesaplamalar yoluyla türetilebileceği ortaya çıktı. Ve eğer öyleyse, Kepler yasalarının Evrenin herhangi bir yerindeki herhangi bir gezegen sistemine eşit şekilde uygulanacağından emin olabiliriz. Uzayda yeni gezegen sistemleri arayan gökbilimciler (ve bunlardan pek azı zaten keşfedildi), uzak gezegenlerin yörüngelerinin parametrelerini hesaplamak için elbette Kepler denklemlerini kullanıyorlar, ancak onları doğrudan gözlemleyemiyorlar. .

Kepler'in üçüncü yasası modern kozmolojide önemli bir rol oynadı ve oynamaya devam ediyor. Astrofizikçiler, uzak galaksileri gözlemleyerek, galaktik merkezden çok uzak yörüngelerde (genellikle yıldızlardan çok daha uzakta) dönen hidrojen atomları tarafından yayılan zayıf sinyalleri tespit ederler. Bilim adamları, bu radyasyonun spektrumundaki Doppler etkisini kullanarak galaktik diskin hidrojen çevresinin dönüş hızlarını ve bunlardan bir bütün olarak galaksilerin açısal hızlarını belirler. Bizi güneş sistemimizin yapısını doğru bir şekilde anlama yoluna sokan bilim adamının çalışmaları ve bugün, ölümünden yüzyıllar sonra, geniş Evrenin yapısının incelenmesinde çok önemli bir rol oynamaktadır.

Yörüngeler

Ana hedefin takip edilmesi gereken uzay aracı uçuş yörüngelerinin hesaplanması büyük önem taşımaktadır - maksimum enerji tasarrufu. Bir uzay aracının uçuş yolunu hesaplarken, en avantajlı zamanın ve mümkünse fırlatma yerinin belirlenmesi, fırlatma sırasında cihazın Dünya atmosferi ile etkileşimi sonucu ortaya çıkan aerodinamik etkilerin dikkate alınması ve bitirmek ve çok daha fazlası.

Pek çok modern uzay aracı, özellikle mürettebatı olanlar, nispeten küçük yerleşik roket motorlarına sahiptir; bunun asıl amacı, iniş sırasında yörüngenin ve frenlemenin gerekli şekilde düzeltilmesidir. Uçuş yolunu hesaplarken ayarlamayla ilgili değişiklikler dikkate alınmalıdır. Yörüngenin çoğu (aslında aktif kısmı ve ayarlama dönemleri hariç tüm yörünge) motorlar kapalıyken, ancak elbette gök cisimlerinin yerçekimi alanlarının etkisi altında gerçekleştirilir.

Bir uzay aracının yörüngesine yörünge denir. Bir uzay aracının serbest uçuşu sırasında, jet motorları kapatıldığında, hareket, yerçekimi kuvvetlerinin ve ataletin etkisi altında meydana gelir; ana kuvvet, Dünya'nın yerçekimidir.

Eğer Dünya'nın kesin olarak küresel olduğunu ve Dünya'nın yerçekimi alanının hareketinin tek kuvvet olduğunu düşünürsek, o zaman uzay aracının hareketi Kepler'in iyi bilinen yasalarına uyar: uzaydan geçen sabit (mutlak uzayda) bir düzlemde meydana gelir. dünyanın merkezi - yörünge düzlemi; yörünge bir elips veya daire (elipsin özel bir durumu) şeklindedir.

Yörüngeler bir dizi parametreyle karakterize edilir - gök cisminin uzaydaki yörüngesinin yönünü, boyutunu ve şeklini ve aynı zamanda gök cisminin yörüngesindeki sabit bir andaki konumunu belirleyen bir miktarlar sistemi. Kepler yasalarına göre cismin hareket ettiği kesintisiz yörünge şu şekilde belirlenir:

Yörünge eğimi (i) referans düzlemine; 0° ila 180° arasında değerlere sahip olabilir. Eğer cisim kuzey ekliptik kutbundaki veya kuzey gök kutbundaki bir gözlemciye saat yönünün tersine hareket ediyor gibi görünüyorsa eğim 90°'den az, eğer cisim ters yönde hareket ediyorsa 90°'den fazladır. Güneş Sistemine uygulandığında, Dünya'nın yörünge düzlemi (ekliptik düzlemi) genellikle referans düzlemi olarak seçilir; Dünya'nın yapay uyduları için, diğerlerinin uyduları için genellikle Dünya'nın ekvator düzlemi seçilir; Güneş Sistemindeki gezegenlerde, karşılık gelen gezegenin ekvator düzlemi genellikle referans düzlemi olarak seçilir.
Artan Düğüm Boylamı (Ω) Yörüngenin şeklini ve uzaydaki yönelimini matematiksel olarak tanımlamak için kullanılan, yörüngenin temel unsurlarından biri. Yörüngenin güneyden kuzeye doğru ana düzlemle kesiştiği noktayı tanımlar. Güneş etrafında dönen cisimler için ana düzlem ekliptiktir ve sıfır noktası Koç burcunun İlk Noktasıdır (ilkbahar ekinoksu).
Ana aks(lar) elipsin ana ekseninin yarısıdır. Astronomide, bir gök cisminin odaktan ortalama uzaklığını karakterize eder.
Eksantriklik- konik bir bölümün sayısal özelliği. Eksantriklik, düzlem hareketlerine ve benzerlik dönüşümlerine göre değişmezdir ve yörüngenin "sıkışmasını" karakterize eder.
Periapsis argümanı- çeken merkezden yörüngenin yükselen düğüm noktasına ve periapsis'e (uydunun yörüngesinin çekim merkezine en yakın noktası) doğrultular arasındaki açı veya düğüm çizgisi ile uydu çizgisi arasındaki açı olarak tanımlanır. apsis. Uydunun hareketi yönünde çekim merkezinden itibaren sayılır, genellikle 0°-360° aralığında seçilir. Yükselen ve alçalan düğümü belirlemek için, çekim merkezini içeren belirli bir (taban adı verilen) düzlem seçilir. Ekliptik düzlem (gezegenlerin, kuyruklu yıldızların, asteroitlerin Güneş etrafındaki hareketi), gezegenin ekvator düzlemi (uyduların gezegen etrafındaki hareketi) vb. Genellikle taban düzlemi olarak kullanılır.
Ortalama anomali Kesintisiz bir yörüngede hareket eden bir cisim için - ortalama hareketinin ve periapsisi geçtikten sonraki zaman aralığının çarpımı. Dolayısıyla ortalama anomali, ortalama harekete eşit sabit bir açısal hızla hareket eden varsayımsal bir cismin periapsisinden olan açısal mesafedir.

Farklı yörünge türleri vardır - ekvator ("i" eğimi = 0°), kutupsal ("i" eğimi = 90°), güneş-senkron yörüngeler (yörünge parametreleri, uydunun dünya yüzeyindeki herhangi bir noktadan geçmesini sağlayacak şekildedir) yaklaşık aynı zamanda), yerel güneş zamanı), düşük yörünge (160 km'den 2000 km'ye kadar yükseklikler), orta yörünge (2000 km'den 35786 km'ye kadar yükseklikler), sabit (yükseklik 35786 km), yüksek yörünge (yükseklik daha fazla) 35786 km'den fazla).

İlk uydunun yaratıcılarından biri, 1957'de ne kadar büyük bir işin başarıldığını hemen fark edemediğini itiraf etmişti. Ve gerekçe olarak şair V. Bryusov'a atıfta bulundu: “Görkemli olaylar, doğrudan olaya dahil olanlar için neredeyse algılanamaz: herkes gözlerinin önünde yalnızca bir ayrıntıyı görür, bütünün hacmi muhtemelen gözlemden kaçar. İnsanlığın “mucizeler çağına” girdiğini insanlar bir şekilde fark edemiyorlar.

Uzay çağının henüz dördüncü on yılına giriyoruz, ancak iletişim ve hava gözlemi için uydu sistemleri, navigasyon ve karada ve denizde tehlikede olanlara yardım için tüm Dünya'yı kaplayan uydu sistemleri gibi mucizelere zaten oldukça alışkınız. Tamamen sıradan bir şeymiş gibi, yörüngedeki insanların aylarca süren çalışmaları hakkındaki raporları dinliyoruz, Ay'daki ayak izleri, uzak gezegenlerin yakın çekim fotoğrafları veya uzay aracı tarafından ilk kez gösterilen kuyruklu yıldız çekirdeği bizi şaşırtmıyor. .

Çok kısa bir tarihsel dönemde astronotik, hayatımızın ayrılmaz bir parçası, ekonomik ilişkilerde ve çevremizdeki dünyaya ilişkin bilgide sadık bir yardımcı haline geldi. Ve hiç şüphe yok ki, dünya uygarlığının daha da gelişmesi, Dünya'ya yakın alanın tamamının gelişmesi olmadan yapılamaz.

Örneğin, pek çok bilim insanı yaklaşan çevre krizinden bir çıkış yolu olarak yakındaki uzayın kaynaklarını kullanıyor. Astronotik alanında önde gelen bir uzman olan K. Erike şöyle yazıyor: "Uzay potansiyelinin her derde deva olmadığı açık." "Önerilen yol, bugün elimizde bulunan cephanelikteki en etkili fırsatlardan sadece biri. Bu, çevremizde birçok ışık yılı boyunca uzanan alanda benzersiz olan dünyanın doğasını korurken, aynı zamanda toplumumuzun sürekli evrimi amacıyla da insanlığın modern bir toplum olarak hayatta kalmasını garanti altına almak için gereklidir."

Uzayın keşfi - bu "tüm insanlığın ili" - artan bir hızla devam ediyor. Halihazırda elde edilenlere baktığımızda, yeni yaşam alanımızı kullanmanın sonraki aşamaları için yaklaşık tarihleri belirlemeye çalışabiliriz. Uzun vadeli tahminlerde bulunmak çok daha risklidir. Ancak bu tür girişimler de bilinmektedir. Fiziksel ve Matematik Bilimleri Doktoru JI. Örneğin Leskov, bütün bir milenyuma bakıyor.

Bilim adamına göre önümüzdeki yüzyıla kalan yıllarda uzayda önce pilot-endüstriyel, ardından iyileştirilmiş malzemelerin seri üretimi düzenlenecek. Derin boşluk ve ağırlıksızlığın yanı sıra neredeyse sınırsız enerji olanakları, sanayicileri uzaya çeken başlıca unsurlardır. Bununla birlikte, bazı işletmelerin ve belki de kimya, metalurji, nükleer gibi tüm endüstrilerin önerilen yer değiştirmesinin tek nedeni benzersiz teknolojik koşullar değildir.

Gezegenimiz zaten endüstriyel atıklarla o kadar tıkanmış durumda ki, bunun daha da genişlemesi tüm biyosfer için felaketle sonuçlanacak sonuçlarla tehdit ediyor. Ve Dünya'nın hammadde rezervleri, gelecek kaygısı olmadan barış içinde yaşamamızı sağlayacak kadar büyük değil. Bu nedenle giderek daha fazla uzman, Dünya'ya yakın alanın yaygın sanayileşmesinin kaçınılmaz olduğu sonucuna varıyor. Uzay bilimi ve teknolojisi, yörüngede çeşitli teknolojik süreçlerin nasıl gerçekleştiğini incelemeye devam ederek ve aynı zamanda bunların enerji tedarikine yönelik projeler oluşturarak buna hazırlanıyor.

Aynı dönemde astronotiğin gelişimini öngören diğer uzmanlar, bu süreçte çeşitli yönlere dikkat ediyor. Örneğin Uluslararası Uzay Bilimleri Akademisi Başkanı J. Muller, dünya çapında insanlara kapsamlı bilgi hizmetleri sağlamak amacıyla uydu iletişiminin yakında yaygın olarak kullanılacağına dikkat çekiyor. Kendisine Sovyet akademisyen V. Avduevsky de eşlik ediyor. "Uzay teknolojisinin mikroelektronik ile bağlantısı", "çok yakın gelecekte küresel bir iletişim sisteminin organizasyonu hakkında, herhangi bir yer düğümüne "bağlı" olmayan abonelerle, yani yaratım hakkında konuşmamıza olanak tanıyor. Herkesin istediği zaman ve dünyanın herhangi bir yerinde katılabileceği tek bir bilgi alanı olması, milyonlarca insanın yaşam biçiminin kökten değişmesi anlamına geliyor. Dünya üzerinde yaşayan herkes, dünya kültürünün zenginliklerine erişebilecek. - dünyanın en büyük kitap depolarının koleksiyonlarından, her an "ziyaret edebilecekleri" Hermitage ve Louvre salonlarından, herhangi bir halka açık veya özel toplantının film ve müzik kütüphanelerine kadar slogan. gerçeğe dönüşecek: isteyen herkese yüksek öğrenim, referans verisi alma, operasyonel toplantı yapma fırsatından bahsetmiyorum bile..."

L. Leskov, uzay araştırmalarının bir sonraki aşamasına geçmek için yeni, daha verimli araçlar yaratmanın gerekli olacağına inanıyor: havacılık uçakları, insanlı ve otomatik uzay araçları, yeniden kullanılabilir fırlatma araçları, ağır kaldırma kapasitesine sahip yörüngeler arası römorkörler...

21. yüzyılın 20-50'li yıllarında yörüngede dev güneş ışığı reflektörleri ve güneş enerjisi santralleri ortaya çıkacak ve bundan sonra Ay'ın endüstriyel gelişiminin zamanı gelecek. O zaman bilim adamı onlarca yıl değil, yüzyıllar boyunca faaliyet gösterir. Uzayda büyük ölçekli yapıların oluşturulması, dünya dışı maddenin Dünya'ya ulaştırılmasıyla kullanılması, Mars ve Venüs'ün doğasının gelişimi ve dönüşümü gibi aşamalar sıralanıyor.

Sırada ne var? Ve en önemlisi, gezegenlerinden sonsuza kadar ayrılan insanlara ne olacak? Uzay tıbbı ve biyolojisi alanında önde gelen uzmanlardan biri olan Akademisyen O. Gazenko, uzay yerleşimine ilişkin iki senaryoyu ele alıyor: Güneş sistemi içinde ve sınırlarının ötesinde.

Bilim adamı, uzayda Dünya'dakine mümkün olduğu kadar yakın bir yaşam alanı yaratmanın mümkün olduğuna inanıyorsa, "ruhani yerleşimlerin" daimi sakinlerinin evrimi, görünüşe göre Dünya'dakiyle aynı şekilde ilerleyecektir. Doğru, kozmik ışınların etkisi altında insanlarda rastgele kalıtsal değişikliklerin meydana gelmesi ve evrimin ilerleyişinin öngörülemez hale gelmesi ihtimali vardır. Doğal olarak, bu ancak o zamana kadar güvenilir bir koruma aracı bulunamazsa gerçekleşebilir.

Bilim adamı, insanın uzun vadeli evrimini belirleyen ana faktörün radyasyon değil ağırlıksızlık olacağı durumlarda böyle bir seçeneği de kabul ediyor. Daha sonra yerçekiminin kendilerine "empoze ettiği" bazı fizyolojik özellikleri yavaş yavaş kaybeden insanlar farklı hale gelecek - belki de İspanyol sanatçı El Greco'nun resimlerindeki "maddi" karakterlere benzer şekilde.

Akademisyen, eğer insanlık kendisini güneş sistemini fethetmekle sınırlamaz ve sınırlarının ötesine geçerse, o zaman yüzlerce nesil sonra Galaksinin sonsuz genişliklerinin kendilerini, her ikisinden de belirgin şekilde farklı olan akıllı varlıkların ayrı kolonileri tarafından mesken bulacağına inanıyor. bizden ve birbirimizden.

Peki insan bu kadar olağandışı yaşam koşullarına uyum sağlayacak mı?

Bu kitap gençlere, "inşa etmek için okuyacak olanlara" hitap ediyor - Yu.Kondratyuk okuyucularına böyle hitap etti. Yıllar geçecek ve şimdi bu sayfaları çevirenler bugünün hayallerini gerçekleştirmeye başlayacaklar. Doğru: "oluşturmak için okuyun"!