Краткая история ракет
Общий принцип реактивного полета, который лег в основу всех ракет, прост - от тела отделяется какая-то часть, приводящая все остальное в движение.
Кто первым реализовал этот принцип – неизвестно, но различные догадки и домыслы доводят генеалогию ракетостроения аж до Архимеда. Доподлинно о первых подобных изобретениях известно, что ими активно пользовались китайцы, которые заряжали их порохом и за счет взрыва запускали в небо. Таким образом они создали первые твердотопливные ракеты. Большой интерес к ракетам появился у европейских правительств в начале
Второй ракетный бум
Ракеты ждали своего часа и дождались: в 1920-х годах начался второй ракетный бум, и связан он в первую очередь с двумя именами.
Константин Эдуардович Циолковский - ученый-самоучка из Рязанской губернии, невзирая на трудности и препятствия, сам дошел до многих открытий, без которых невозможно было бы даже говорить о космосе. Идея использования жидкого топлива, формула Циолковского, которая рассчитывает необходимую для полета скорость, исходя из соотношения конечной и начальной масс, многоступенчатая ракета - все это его заслуга. Во многом под влиянием его трудов создавалось и оформлялось отечественное ракетостроение. В Советском Союзе начали стихийно возникать общества и кружки по изучению реактивного движения, в числе которых ГИРД - группа изучения реактивного движения, а в 1933 году под патронажем властей появился Реактивный институт.
Константин Эдуардович Циолковский.
Источник: Wikimedia.org
Второй герой ракетной гонки - немецкий физик Вернер фон Браун. Браун имел отличное образование и живой ум, а после знакомства с другим светилом мирового ракетостроения, Генрихом Обертом, он решил приложить все свои силы к созданию и усовершенствованию ракет. В годы Второй Мировой фон Браун фактически стал отцом «оружия возмездия» Рейха - ракеты «Фау-2», которую немцы начали применять на поле боя в 1944 году. «Крылатый ужас», как называли её в прессе, принес разрушение многим английским городам, но, к счастью, на тот момент крах нацизма был уже делом времени. Вернер фон Браун вместе со своим братом решил сдаться в плен к американцам, и, как показала история, это был счастливый билет не только и не столько для ученых, сколько для самих американцев. С 1955 года Браун работает на американское правительство, и его изобретения ложатся в основу космической программы США.
Но вернемся в 1930-е. Советское правительство по достоинству оценило рвение энтузиастов на пути к космосу и решило употребить его в своих интересах. В годы войны себя отлично показала «Катюша» - система залпового огня, которая стреляла реактивными ракетами. Это было во многом инновационное оружие: «Катюша» на базе легкого грузовика «Студебеккер» приезжала, разворачивалась, обстреливала сектор и уезжала, не давая немцам опомниться.
Окончание войны подкинуло нашему руководству новую задачу: американцы продемонстрировали миру всю мощь ядерной бомбы, и стало совершенно очевидно, что на статус сверхдержавы может претендовать только тот, у кого есть нечто похожее. Но здесь была проблема. Дело в том, что, помимо самой бомбы, нам нужны были средства доставки, которые бы смогли обойти ПВО США. Самолеты для этого не годились. И СССР решил сделать ставку на ракеты.
Константин Эдуардович Циолковский умер в 1935 году, но ему на смену пришло целое поколение молодых ученых, которое и отправило человека в космос. Среди этих ученых был Сергей Павлович Королев, которому суждено было стать «козырем» Советов в космической гонке.
СССР принялся за создание своей межконтинентальной ракеты со всем усердием: были организованы институты, собраны лучшие ученые, в подмосковных Подлипках создается НИИ по ракетному вооружению, и работа кипит вовсю.
Только колоссальное напряжение сил, средств и умов позволило Советскому Союзу в кратчайшие сроки построить свою ракету, которую назвали Р-7. Именно её модификации вывели в космос «Спутник» и Юрия Гагарина, именно Сергей Королев и его соратники дали старт космической эре человечества. Но из чего состоит космическая ракета?
Конструкция ракеты
Схема двухступенчатой ракеты.
Назад
Вперёд
Внимание! Предварительный просмотр слайдов используется исключительно в ознакомительных целях и может не давать представления о всех возможностях презентации. Если вас заинтересовала данная работа, пожалуйста, загрузите полную версию.
Назад
Вперёд
Цели урока:
- Расширить представления детей о космонавтике. Выяснить, зачем люди летают в космос.
- Познакомить с искусственными спутниками Земли и их значением для человека, первым космонавтом Юрием Алексеевичем Гагариным.
- Развивать познавательный интерес учащихся, учить работать с дополнительной литературой, применять в работе ранее полученные знания. Воспитывать патриотические чувства.
Оборудование:
- модели ракет-носителей "Союз" и "Протон", фотографии и иллюстрации космических запусков, художественная литература и журналы, детские рисунки на космическую тематику;
- ИКТ - мультимедийная презентация: демонстрация современных достижений ракетно-космической техники, стартовых комплексов и космических пусков, фотографий космонавтов.
- песня в формате MP3: "Ода Байконуру", автор и исполнитель Тарас Ворона.
Ход урока
Презентация 1. Слайд 1. Фотозаставка. Тема урока.
1. Организационный момент. Вступительное слово и сообщение темы занятия.
Вопрос: Посмотрите, ребята, на оформление класса, вспомните, какая дата приближается. Кто догадался, о чем мы будем говорить сегодня на уроке?
На уроках знакомства с окружающим миром мы с вами говорили о том, как человек учился летать. Давайте вспомним, на чем, с помощью каких приспособлений люди пытались подняться в небо?
Издавна человечество стремилось к звёздам. С незапамятных времён люди мечтали о полётах на Луну, на планеты солнечной системы, к далёким таинственным мирам. На чем только не летали к Луне, Солнцу и звездам герои сказок и легенд: на летучих мышах и коньке - горбунке, на коврах - самолетах и волшебных стрелах.
Первым, кто увидел в ракете снаряд, способный вынести землян в межпланетные просторы, был великий русский ученый Константин Эдуардович Циолковский. Он говорил: "Земля - наша колыбель, но нельзя же вечно жить в колыбели".
Создать космическую ракету оказалось делом невероятной трудности. Сегодня наш классный час о том, как человек проложил себе дорогу в космос, о людях, которые делали первые шаги в космическое пространство, о современных достижениях космонавтики.
12 апреля наша страна, а вместе с ней и весь мир, отмечает День космонавтики - большой всенародный праздник в честь летчиков, космонавтов, конструкторов, служащих, рабочих, которые создают ракеты, космические корабли, искусственные спутники Земли.
2. Работа над темой урока.
Начало космической эры.
Вопрос: Знаете ли вы, как была открыта космическая эра, кто первым побывал в космосе?
Космическая эра была открыта более 50 лет назад, 4 октября 1957 года. В этот день в нашей стране был запущен первый искусственный спутник Земли. Он представлял собой шар диаметром 58 см, весил 86 кг и был снабжен четырьмя антеннами, работающими от батареек. (Демонстрация первого искусственного спутника в музее космодрома (книга, фотография).
Животные в космосе.
Прежде чем в космос полетел первый человек, ученые сначала отправляли в космическую неизвестность различных животных. Первыми "космонавтами" - разведчиками были мыши, собаки, кролики, насекомые и даже микробы. Первая маленькая мышка - космонавт пробыла над землей почти целые сутки. В ее черной шерстке появились белые волоски. Они поседели от космических лучей, но мышка вернулась живой.
Потом наступила очередь собак, более умных животных, чем мыши и кролики. Собак учили не бояться тряски и шума, переносить жару и холод, по сигналу лампочки начинать есть и многому другому. Первой в космос отправилась собака Лайка. Для нее построили специальную ракету, где был запас пищи, воды и воздуха. Лайка из космоса не вернулась.
Вслед за Лайкой в космос полетели другие собаки: Белка и Стрелка, Чернушка и Звездочка, Пчелка и Мушка. Все они возвратились на Землю.
Так ученые убедились, что живые существа могут жить в невесомости. Путь в космос был открыт.
Человек в космосе.
В 1960 году в Центре подготовки космонавтов отряд из 12 человек начал готовиться к полету в космос. Работали упорно, самозабвенно. С полной отдачей сил. Каждый хотел полететь в космос первым.
12 апреля 1961 года в 9 часов 7 минут по московскому времени с космодрома Байконур в Казахстане стартовал космический корабль "Восток", на борту которого находился человек. Обогнув Землю, корабль приземлился на волжской земле под Саратовом.
Первым в мире космонавтом стал Юрий Гагарин.
Слайд 2 - демонстрация фотографии Ю. Гагарина,
Ночью перед полетом Юрий Гагарин проспал 8 часов, проснулся бодрым и спокойным. Он был уверен, что все будет хорошо. В положенное время Гагарин поднялся на корабль. Взревели двигатели ракеты мощностью в 20 миллионов лошадиных сил. В момент отрыва ракеты от стартового стола земляне услышали знаменитое гагаринское: "Поехали!" Космический корабль "Восток" устремился ввысь. На трехсоткилометровой высоте "Восток" вышел на орбиту. Он мчался вокруг Земли со скоростью 28 тысяч километров в час. Полет продолжался 108 минут. Корабль совершил полный виток вокруг земли и плавно опустился в заданном районе.
Так началась эра пилотируемых полетов в космос.
Ликованию людей не было конца. Они восприняли это событие как радостный праздник. Родина отметила подвиг космонавта, присвоив ему звание Героя Советского Союза.
Проложив дорогу в космос другим, первый космонавт радовался успехам своих товарищей, мечтал о новых полетах, готовился к ним, окончил Военно-воздушную академию.
К несчастью, трагическая гибель во время полета на тренировочном реактивном самолете оборвала его короткую яркую жизнь. Но след от нее остался навсегда - и на земле, и в космосе. В этом году исполняется 50 лет со дня первого полета человека в космос.
Выходят чтецы.
Разные бывают даты. Об одних помнят только несколько человек, другие даты отмечают все люди. Именно к такой дате относится день 12 апреля 1961 года. С того праздничного утра началось освоение космоса. Сегодня все более мощные ракеты поднимаются к звездам. Но чем дальше уходит от нас год первого полета человека в космос, тем громче, торжественней звучит имя первопроходца Вселенной.
Рассвет еще не значит ничего,
Обычные "Последние известия",
А он уже летит через созвездия,
Земля проснется с именем его.Живем мы на нашей планете
В такой замечательный век.
И первый из первых в ракете
Советский летит человек!
Не с целью разведки военной,
На сверхскоростном корабле
Летел он один во Вселенной,
Чтоб снова вернуться к Земле!Помнит Земля,
Подвиг ценя,
Звонкий апрельский возглас:
"Как ты, Заря?
Слышишь меня?
Вижу открытый космос!Был человек очень земной,
Самый обыкновенный.
В смелый разбег
Послан страной
"Здравствуй!" - сказал Вселенной.
После первого полета Гагарина на околоземную орбиту вышли другие покорители космического пространства. Всё они делали впервые. С огромным риском для жизни. К сожалению, не все остались живы, но их дело продолжили другие. С каждым новым полетом усложнялись программы, задания космонавтам. Но герои честно и добросовестно выполняли свою работу.
Слайд 3 - фотография Г. Титова
6 августа 1961 года на корабле "Восток - 2" в космос полетел Герман Титов. В отличие от Юрия Гагарина он совершил 17 витков вокруг Земли. Этот полет был первым в мире многовитковым полетом. Его цель - проверить, как действует на организм человека невесомость. Герман Титов по праву считается космонавтом № 2, он первым вышел в открытый космос.
Слайд 4 - фотография В. Терешковой
А через 2 года, 16 июня 1963 года в космос отправилась первая в мире женщина космонавт Валентина Терешкова.
За время космической эры много космонавтов побывали в космосе, но эти были первым, поэтому их и называют пионерами космоса.
Вопрос: Каких еще космонавтов, кроме названных, вы знаете? (демонстрация в книге фотографий отряда космонавтов).
Подготовка космонавтов к старту.
Вопрос: Какими качествами и свойствами характера должен обладать будущий космонавт?
Знаете ли вы где и как тренируются космонавты, чтобы быть готовыми к космическим т полетам?
В процессе длительной и напряженной предполетной работы на Земле космонавты тщательно готовятся к выполнению всех этих многотрудных обязанностей. И большая их часть проходит во всемирно известном Звездном городке в Подмосковье, в Центре подготовки космонавтов, который сегодня носит имя Ю.А. Гагарина (демонстрация фотографии Звездного городка).
В физическую подготовку космонавтов включаются интенсивная утренняя зарядка, игра в футбол, волейбол, баскетбол, акробатика, бег, плавание, прыжки в воду, езда на велосипеде, силовые упражнения на спортивных снарядах.
В подготовке космонавтов используется целый ряд специальных тренажеров, имитирующих работу на космических кораблях в состоянии невесомости.
ИКТ - демонстрация слайдов подготовки космонавтов в Звездном.
5 слайд - Для тренировок космонавтов используют тренажер - центрифугу. В этой огромной, 18-метровой кегле создаются перегрузки, которые космонавт испытывает во время полета. Сама она вращается по кругу, голова ее тоже вращается, внутри головы вращается кабина, а внутри кабины вращается кресло с космонавтом.
6 слайд - Опытные тренеры, инструкторы и врачи тщательно наблюдают за тренировками, контролируют нагрузки. Смотрят, как реагирует организм человека при различных нагрузках на специальных тренажерах: это сурдокамеры, вращающиеся кресла, качели, стенды, термокамеры, барокамеры, центрифуги, проверяют надежность скафандров.
Вопрос: А как же питаются космонавты в космосе?
Слайд 7 - демонстрация слайдов с изображением продуктов питания космонавтов.
В космическом корабле продукты питания хранятся в тубах. Они похожи на тюбики с зубной пастой, только размером побольше. Из них еду выдавливают. В условиях невесомости крошки хлеба, капельки жидкости могут доставить неприятности космонавтам. В космическом доме есть холодильник и электрическая плита.
Подготовка космического аппарата к пуску.
Пока космонавты тренируются и готовятся к полетам, тысячи других специалистов готовят к стартам в космические дали ракеты-носители и другие космические аппараты.
Все знают, что самолету для взлета нужен аэродром, ракета - носитель с очередным спутником Земли или космическим кораблем стартует с космодрома.
Космодром - очень сложное многоплановое сооружение, с большим количеством сложных технических устройств. В нашей стране существовало несколько космодромов: Капустин яр в Астраханской области, Мирный в Архангельской области, Свободный в Амурской области, Байконур в Казахстане. Сегодня функционируют только два космодрома: Мирный в Архангельской области и Байконур в Казахстане.
Слайд 8 - слайды сборки КА в МИКе.
С завода космические аппараты и ракеты-носители доставляются на космодром в виде отдельных блоков. Их сборка происходит в монтажно-испытательном корпусе. Это здание длиной более 150 и шириной более 70 метров, высотой с 12-ти этажный дом. Сегодня в современных МИКах можно производить сборку нескольких ракет одновременно.
Именно в монтажно-испытательном корпусе ракета приобретает знакомый нам по экранам телевизоров вид.
ИКТ - демонстрация слайдов вывоза ракеты на стартовый комплекс.
9 слайд - Из монтажно-испытательного корпуса по железнодорожным рельсам космический аппарат доставляется на стартовую позицию.
10 слайд - Территория, где готовят ракету к запуску, больше московского стадиона Лужники.
ИКТ - демонстрация слайдов установки ракеты на стартовом столе.
11 слайд - Здесь ракета устанавливается вертикально на прочное железобетонное сооружение.
12 слайд - После установки ракеты на стартовой площадке проводятся предстартовые комплексные испытания ракеты-носителя и космического аппарата, производится заправка топливом. По команде топливо поступает в камеры двигателей. Включаются бортовые системы управления.
Космический аппарат отправляется в космос.
ИКТ - демонстрация слайдов пуска ракеты.
13 слайд - Зажигание! Объявляется минутная готовность. На космодроме все затихает. Кажется, что слышно как на вершине ракеты бьются человеческие сердца.
Зрелище старта никого не оставляет равнодушным!
По громкой связи над космодромом раздаются одна за другой четкие команды руководителя полета:
- Ключ на старт!
- Протяжка один!
- Продувка!
- Предварительная!
- Промежуточная!
- Главная!
14 слайд - Старт! В газоход устремляется водопад огня, и могучий грохот разносится по степи. Как будто рядом выстрелили, но звук выстрела не прекращается. Ракета окутывается красноватым дымом.
15 слайд - Подъем! Грохот нарастает, двигатели выходят на предельные режимы, раздвигаются опорные фермы, ракета медленно, очень медленно, опираясь на огненный столб, отрывается от Земли:
16 слайд - Поехали! :поднимается над стартовым столом и устремляется в небо. Рокочущие двигатели первой ступени извергают столько огня, что на мгновение слепнешь, пламя намного ярче солнца! И грохот стоит несусветный, как будто рядом происходит извержение вулкана:
17 слайд - В полете! И вот она уже вся как на ладони, показалась над стартом. Ракета быстро набирает скорость, еще мгновение - и она превратится уже в звездочку, звездочка, уменьшаясь, исчезнет в высоте:
На космодроме опять тишина. Только запах гари да раскинутые фермы стартового стола как бы тяжело и спокойно дышат, совершив тяжелую работу, отправив новый экипаж в космос. Через несколько минут по радио объявят: "Космический корабль вышел на заданную околоземную орбиту".
В первые секунды после старта полет контролируется командно-измерительным комплексом космодрома. После выхода космического корабля на заданную орбиту полет контролируется Центром управления полетом.
Достижения современной космонавтики.
Вопрос: А зачем сегодня люди летают в космос?
Во время первого космического полета Ю. Гагарин поддерживал радиосвязь с Центром управления полетом, сообщал о работе бортовых систем, передавал первые результаты наблюдения Земли с космической орбиты, следил за работой оборудования корабля и приборов, наблюдал за реакцией своего организма, принимал пищу и еду. Все это было впервые, и все это было очень важно для будущих полетов.
Сегодня экипажи космонавтов, отправляясь в очередную экспедицию на околоземную орбиту, выполняют конкретные задачи ученых, биологов, медиков, делают тысячи снимков земной поверхности и Мирового океана, определяют состояние сельскохозяйственных посевов.
Слайд 18:
Космонавты сообщают о стихийных бедствиях: о пожарах в лесах, о снежных обвалах в горах, о штормах на морях; уточняют прогноз погоды, помогают геологам в поисках природных ископаемых, испытывают новое снаряжение и новые технические системы, проводят многочисленные эксперименты по космическим технологиям.
Обобщение и подведение итогов урока.
А теперь давайте проверим, что нового вы узнали сегодня, какими были внимательными и что запомнили на уроке.
Викторина.
Задание 1. Назвать как можно больше слов на космическую тематику.
Слайд 19 - на экране появляются слова на космическую тематику.
Это слова - подсказки для ответов на вопросы викторины
Задание 2.
Космические вопросы.
- Небесное тело, которое само светится. (звезда)
- Звезда, вокруг которой вращается Земля. (Солнце)
- Пространство, окружающее Землю, звезды и планеты. (космос)
- Назовите животных - космонавтов. (собаки, обезьяны. мыши)
- Как называется одежда космонавта. (скафандр)
- Кто был первым космонавтом планеты?
- Когда состоялся первый полет в космос?
- Как назывался космический корабль, на борту которого первый космонавт планеты совершил полет? ("Восток")
- Сколько времени длился полет Ю.А. Гагарина? (108 минут)
- Кто из женщин первой побывал в космосе?
- Какую "шоколадную" планету можно купить в магазине? (Марс)
- Как называется город, в котором живут и работают космонавты? (Звездный)
- Место, где готовят и откуда запускают космические ракеты, спутники. (космодром)
- Название космодрома, откуда был совершен первый полет в космос. (Байконур)
Выходят чтецы.
После старта Юрия Гагарина прошло много лет. За это время многое изменилось в космонавтике: и техника, и подготовка экипажей, и программа работы на орбите.
Работа в космосе теперь длится долго. Стартуют новые корабли, орбитальные станции кружат вокруг планеты. Уходит в небо одна экспедиция, другая готовится к полету. В космосе работают мужественные люди, герои.
Может, быть пройдет совсем немного времени, и кто-нибудь из вас, сидящих сегодня за партами проложит свою дорогу в космическую неизвестность.
Когда над Землею летит космонавт,
Глядят ему вслед миллионы ребят.
Вечерней порою глядят в небеса,
Сияют, сияют ребячьи глаза.
И в них отражаются, ярко горят
Те звезды, к которым они полетят!
Мы спешим скорее в школу,
В наш любимый светлый класс.
Много дел, больших и новых,
Ожидает нас.
Будет день, дорогой света
Полетим и мы -
К тайнам, сказочным планетам,
В дальние миры.
Проложим дороги к далёким мирам,
В ракетах к Луне полетим,
И если мы встретим ровесников там,
То в гости к себе пригласим.
Подводя итоги урока, хочу сказать всем ребятам спасибо за активность и любознательность, и в подарок дать возможность полюбоваться тем местом, тем городом, который по праву считается Колыбелью Космонавтики.
Т. Ворона
Казахстанскую степь обнимают орлиные крылья.
Там, откуда ушел человек в самый первый космический тур.
Место есть на земле, где фантастика сделалась былью,
И название славного места того - БАЙКОНУР .
ИКТ - "Ода Байконуру". Презентация 2.
– это летательный аппарат, получивший широкое применение в космонавтике и военном деле. Космические ракеты используются для вывода в космос искусственных спутников, орбитальных станций, космических зондов и так далее. Такие ракеты были названы ракета-носителями.
Для того чтобы поднять ракету в воздух, необходим мощный двигатель. Большинство ракет оснащены несколькими так называемыми ракетными двигателями, количество которых зависит от массы самой ракеты и космического аппарата, который она должна доставить в космос. Ракетный двигатель работает на жидком, твердом или гибком топливе. В камере сгорания происходит химическая реакция между топливом и особым окислителем, в результате чего образуется газ и тепло. Раскаленные газы расширяются в камере сгорания и под большим давлением выбрасываются в сопла двигателя, где происходит их ускорение. Таким образом, выбрасываемый из сопла газ заставляет ракету двигаться в противоположном (движению газа) направлении.
Принцип строения и запуска ракет был разработан великим русским ученым Константином Эдуардовичем Циолковским. Важнейшие научные результаты получены Циолковским в теории движения ракет. Мысли об использовании принципа реактивного движения для целей летания высказывались Циолковским еще в 1883 году, однако создание им математически строгой теории реактивного движения относится к самому концу 19 века. В 1903 году в статье "Исследование мировых пространств реактивными приборами" на основании общих теорем механики Циолковский дал теорию полета ракеты с учетом изменения ее массы в процессе движения, а также обосновал возможность применения реактивных аппаратов для межпланетных сообщений. Строгое математическое доказательство возможности применения ракеты для решения научных проблем, использования ракетных двигателей для создания движения грандиозных межпланетных кораблей целиком принадлежат Константину Циолковскому. В этой статье и в последовавших продолжениях ее он впервые в мире дал основы теории жидкостного реактивного двигателя, а также элементов его конструкции.
В 1929 году Циолковский разработал весьма плодотворную теорию движения составных ракет. Он предлагал к осуществлению два типа составных ракет. Один из типов - последовательная составная ракета, состоящая из нескольких соединенных одна за другой ракет. При взлете толкающей является последняя (нижняя) ракета. После использования ее топлива она отделяется от общей конструкции и падает на землю. Далее начинает работать двигатель ракеты, оказавшейся последней. Эта ракета для оставшихся является толкающей до момента полного использования своего топлива, а затем также отделяется от общей конструкции. К цели полета доходит лишь головная ракета, достигающая значительно более высокой скорости, чем одиночная ракета, т. к. она разогнана отброшенными в процессе движения ракетами.
Второй тип составной ракеты (параллельное соединение ряда ракет) был назван Циолковским эскадрильей ракет. В этом случае, по мысли ученого, все ракеты работают одновременно, до момента использования половины своего топлива. Затем крайние ракеты сливают оставшийся запас топлива в полупустые баки остальных ракет и отделяются от ракетного поезда. Процесс переливания топлива повторяется до тех пор, пока от общей конструкции останется лишь одна головная ракета, набравшая очень высокую скорость.
Циолковский первым решил задачу о движении ракеты в однородном поле тяготения и подсчитал необходимые запасы топлива для преодоления силы притяжения Земли. Приближенно он рассмотрел влияние атмосферы на полет ракеты и вычислил необходимые запасы топлива для преодоления сил сопротивления воздушной оболочки Земли.
Циолковский является основоположником теории межпланетных сообщений. Вопрос о межпланетных путешествиях интересовал Константина Эдуардовича с самого начала его научных изысканий. Его исследования впервые строго научно показали возможность осуществления полета с космическими скоростями, несмотря на большие технические трудности практического осуществления этих полетов. Он первым изучил вопрос о ракете - искусственном спутнике Земли, и высказал идею о создании внеземных станций как промежуточных баз при межпланетных сообщениях, подробно рассмотрел условия жизни и работы людей на искусственном спутнике Земли и межпланетных станциях. Циолковский выдвинул идею газовых рулей для управления полетом ракеты в безвоздушном пространстве. Он предложил гироскопическую стабилизацию ракеты в свободном полете в пространстве, где нет сил тяжести и сил сопротивления. Циолковский понимал необходимость охлаждения стенок камеры сгорания реактивного двигателя, и его предложение охлаждать стенки камеры компонентами топлива широко используется в современных конструкциях реактивных двигателей.
Чтобы ракета не сгорела, как метеорит, при возвращении из космического пространства на Землю, Циолковский предложил специальные траектории планирования ракеты для погашения скорости при приближении к Земле, а также способы охлаждения стенок ракеты жидким окислителем. Он исследовал большое число различных окислителей и горючих и для жидкостных реактивных двигателей рекомендовал следующие топливные пары: жидкий кислород и жидкий водород; спирт и жидкий кислород; углеводороды и жидкий кислород или озон.
Русское слово «ракета» произошло от немецкого слова «ракет». А это немецкое слово - уменьшительное от итальянского слова «рокка», что значит «веретено». То есть, «ракета» означает «маленькое веретено», «веретёнце». Связано это, конечно, с формой ракеты: она похожа на веретено - длинная, обтекаемая, с острым носом. Но сейчас не так уж много детей видели настоящее веретено, зато все знают, как выглядит ракета. Теперь, наверное, нужно поступать так: «Дети! Знаете, как выглядит веретено? Как маленькая ракета!»
Ракеты человек изобрёл очень давно. Их придумали в Китае много сотен лет тому назад. Китайцы использовали их для того, чтобы делать фейерверки. Они долго держали в секрете устройство ракет, им нравилось удивлять чужестранцев. Но некоторые из этих удивлённых чужестранцев оказались людьми очень любознательными. Вскоре во многих странах научились делать фейерверки и праздничным салютом отмечать торжественные дни.
Долгое время ракеты служили только для праздников. Но потом их стали использовать на войне. Появилось ракетное оружие. Это очень грозное оружие. Современные ракеты могут точно поразить цель на расстоянии в тысячи километров.
А в XX веке школьный учитель физики Константин Эдуардович Циолковский (наверное, это самый знаменитый учитель физики!) придумал ракетам новую профессию. Он мечтал о том, как человек станет летать в космос. К сожалению, Циолковский умер до того, как первые корабли отправились в космос, но его всё равно называют отцом космонавтики.
Почему так трудно полететь в космос? Дело в том, что там нет воздуха. Там пустота, она называется вакуум. Поэтому там нельзя использовать ни самолёты, ни вертолёты, ни воздушные шары. Самолёты и вертолёты при взлёте опираются на воздух. Воздушный шар поднимается в небо, потому что он лёгкий и воздух выталкивает его вверх. А вот ракете, чтобы взлететь, воздух не нужен. Какая же сила поднимает ракету?
Эта сила называется реактивной . Реактивный двигатель устроен очень просто. В нём есть специальная камера, в которой сгорает топливо. При сгорании оно превращается в раскалённый газ. А из этой камеры есть только один выход - сопло, его направляют назад, в сторону, противоположную движению. Раскалённому газу тесно в маленькой камере, и он с огромной скоростью вырывается через сопло. Стремясь поскорее выбраться наружу, он со страшной силой отталкивается от ракеты. А поскольку ракету ничто не держит, то она и летит туда, куда её толкает газ: вперёд. Есть ли вокруг воздух, нет ли воздуха - для полёта совсем не важно. То, что её поднимает, создаёт она сама. Только газу нужно энергично отталкивался от ракеты, чтобы силы его толчков хватило на подъём. Ведь современные ракеты-носители могут весить по три тысячи тонн! Это много? Очень много! Грузовик, например, весит всего пять тонн.
Для того чтобы двигаться вперёд, нужно от чего-то отталкиваться. То, от чего ракета будет отталкиваться, она берёт с собой. Именно поэтому на ракетах можно летать в безвоздушном космическом пространстве.
Форма ракеты (как веретёнце) связана только с тем, что ей приходится по дороге в космос пролетать через воздух. Воздух мешает лететь быстро. Его молекулы стукаются о корпус и тормозят полёт. Для того чтобы уменьшить воздушное сопротивление, форму ракеты и делают гладкой и обтекаемой.
Итак, кто из наших читателей хочет стать космонавтом?
Принцип реактивного движения находит широкое практическое применение в авиации и космонавтике. В космическом пространстве нет среды, с которой тело могло бы взаимодействовать и тем самым изменять направление и модуль своей скорости. Поэтому для космических полётов могут быть использованы только реактивные летательные аппараты, т.е. ракеты.
Кто же придумал ракету?
Ракета была известна давно. Очевидно, она появилась много веков назад на Востоке, возможно, в Древнем Китае - родине пороха. Ракеты (см. ниже) использовали во время народных празднеств, устраивали фейерверки, зажигали в небе огненные дожди, фонтаны, колёса.
Древнекитайская ракета:
1 - ствол-направляющая;
2 - пороховой заряд орудия;
3 - пыж;
4 - ракета;
5 - пороховой заряд ракеты.
Ракеты применяли в военном деле. Долгое время ракета была одновременно и оружием, и игрушкой. При Петре I была создана и применялась однофунтовая сигнальная ракета образца 1717 года (см. ниже), остававшаяся на вооружении до конца XIX века. Она поднималась на высоту до \(1\) километра.
Некоторые изобретатели предлагали использовать ракету для воздухоплавания. Научившись подниматься на воздушных шарах, люди были беспомощны в воздухе. Первым, кто предложил использовать ракету как средство передвижения, был российский изобретатель, революционер Николай Иванович Кибальчич, осуждённый на казнь за покушение на царя.
За десять дней до смерти в Петропавловской крепости он завершил работу над своим изобретением и передал адвокату не просьбу о помиловании или жалобу, а «Проект воздухоплавательного прибора» (чертежи и математические расчёты ракеты). Именно ракета, считал он, откроет человеку путь в небо.
Про свой аппарат (см. выше) он написал: «Если цилиндр поставлен закрытым дном кверху, то при известном давлении газов... цилиндр должен подняться наверх».
Какая же сила применима к воздухоплаванию? - ставит вопрос Н.И. Кибальчич и отвечает. - Такой силой, по моему мнению, является медленно горящие взрывчатые вещества... Применить энергию газов, образующихся при воспламенении взрывчатых веществ к какой-либо продолжительной работе возможно только под тем условием, если та громадная энергия, которая образуется при горении взрывчатых веществ, будет образовываться не сразу, а в течение более или менее продолжительного промежутка времени. Если мы возьмём фунт зернистого пороху, вспыхивающего при зажигании мгновенно, спрессуем его под большим давлением в форму цилиндра, то увидим, что горение не сразу охватит цилиндр, а будет распространяться довольно медленно от одного конца к другому и с определённой скоростью... На этом свойстве прессованного пороха основано устройство боевых ракет.
Изобретатель имеет здесь в виду старинные (первой половины XIX века) ракеты, которые перекидывали 50-килограммовые бомбы на \(2-3\) километра при заряде в \(20\) кг. Н.И. Кибальчич вполне ясно и совершенно правильно представлял себе механизм действия ракеты.
Конструкцию космической ракеты с жидкостным реактивным двигателем впервые предложил в \(1903\) году русский учёный Константин Эдуардович Циолковский.
Он разработал теорию движения космических ракет и вывел формулу для расчёта их скорости.
Рассмотрим вопрос об устройстве и запуске так называемых ракет-носителей, т.е. ракет, предназначенных для вывода в космос искусственных спутников Земли, космических кораблей, автоматических межпланетных станций и других полезных грузов.
В любой ракете, независимо от её конструкции, всегда имеется оболочка и топливо с окислителем. Оболочка ракеты включает в себя полезный груз (в данном случае это космический корабль), приборный отсек и двигатель (камера сгорания, насосы и пр.).
Основную массу ракеты составляет топливо с окислителем (окислитель нужен для поддержания горения топлива, поскольку в космосе нет кислорода).
Топливо и окислитель с помощью насосов подаются в камеру сгорания. Топливо, сгорая, превращается в газ высокой температуры и высокого давления, который мощной струёй устремляется наружу через раструб специальной формы, называемый соплом. Назначение сопла состоит в том, чтобы повысить скорость струи.
С какой целью увеличивают скорость выхода струи газа? Дело в том, что от этой скорости зависит скорость ракеты. Это можно показать с помощью закона сохранения импульса.
Поскольку до старта импульс ракеты был равен нулю, то по закону сохранения суммарный импульс движущейся оболочки и выбрасываемого из неё газа тоже должен быть равен нулю. Отсюда следует, что импульс оболочки и направленный противоположно ему импульс струи газа должны быть равны по модулю:
p оболочки = p газа
m оболочки v оболочки = m газа v газа.
v оболочки = m газа v газа m оболочки.
Значит, чем с большей скоростью вырывается газ из сопла или чем меньше масса оболочки ракеты, тем больше будет скорость оболочки ракеты.
В практике космических полётов обычно используют многоступенчатые ракеты, развивающие гораздо большие скорости и предназначенные для более дальних полётов, чем одноступенчатые.
