Kaip veikia įprasta kosminė raketa? Kosminis greitis laboratorijoje. Tęsinys

Korznikovas cituoja skaičiavimus, kad esant didesniam nei 0,1 C greičiui erdvėlaivis nespės pakeisti skrydžio trajektorijos ir išvengti susidūrimo. Jis mano, kad esant silpnam šviesos greičiui, erdvėlaivis subyrės nepasiekęs tikslo. Jo nuomone, tarpžvaigždinės kelionės įmanomos tik ženkliai mažesniu greičiu (iki 0,01 C). Nuo 1950-60 m JAV buvo kuriamas erdvėlaivis su branduoliniu impulsiniu raketiniu varikliu, skirtas tyrinėti tarpplanetinę erdvę „Orion“.

Tarpžvaigždinis skrydis – kelionė tarp žvaigždžių pilotuojamomis transporto priemonėmis arba automatinės stotys. NASA Ames tyrimų centro direktoriaus Simono P. Wordeno teigimu, giluminio erdvės variklio konstrukcija galėtų būti sukurta per 15–20 metų.

Tegul skrydis ten ir skrydis atgal susideda iš trijų fazių: tolygiai pagreitinto pagreičio, skrydžio pastoviu greičiu ir tolygiai pagreitinto lėtėjimo. Leiskite erdvėlaiviui pajudėti pusę kelio vienetiniu pagreičiu, o antrąją pusę – tokiu pat pagreičiu (). Tada laivas apsisuka ir kartoja greitėjimo ir lėtėjimo etapus.

Ne visų tipų varikliai tinkami tarpžvaigždiniam skrydžiui. Skaičiavimai rodo, kad naudojant šiame darbe nagrinėjamą kosmoso sistemą, žvaigždę Alfa Kentauro galima pasiekti... per maždaug 10 metų“. Kaip vieną iš problemos sprendimo variantų, kaip raketos darbinę medžiagą siūloma panaudoti elementarias daleles, judančias šviesos ar artimo šviesos greičiu.

Koks yra šiuolaikinio erdvėlaivio greitis?

Išmetamųjų dujų dalelių greitis yra nuo 15 iki 35 kilometrų per sekundę. Todėl kilo idėjos aprūpinti tarpžvaigždinius laivus energija iš išorinio šaltinio. Įjungta Šis momentasšis projektas neįgyvendinamas: variklio išmetimo greitis turi būti 0,073 s (savitasis impulsas 2 mln. sekundžių), o jo trauka turi siekti 1570 N (ty 350 svarų).

Susidūrimas su tarpžvaigždinės dulkėsįvyks beveik šviesos greičiu ir fiziniu poveikiu primins mikrosprogimus. Mokslinės fantastikos kūriniuose dažnai minimi judėjimu pagrįsti tarpžvaigždinių kelionių metodai greitesnis greitisšviesa vakuume. Didžiausią įgulą sudarė 8 astronautai (tarp jų 1 moteris), kurie 1985 m. spalio 30 d. startavo daugkartinio naudojimo erdvėlaiviu „Challenger“.

Atstumas iki artimiausios žvaigždės (Proxima Centauri) yra apie 4,243 šviesmečio, tai yra maždaug 268 tūkst. didesnis atstumas nuo Žemės iki Saulės. Erdvėlaivių skrydžiai mokslinėje fantastikoje užima reikšmingą vietą.

Esant tokiai situacijai, skrydžio laikas žemės atskaitos rėme bus maždaug 12 metų, o pagal laikrodį laive – 7,3 metų. Įvairių tipų variklių tinkamumas tarpžvaigždiniams skrydžiams buvo ypač aptartas 1973 m. Britų tarpplanetinės draugijos susirinkime, kurį vedė daktaras Tony Martinas.

Darbo metu buvo pasiūlyti projektai dideliems ir mažiems žvaigždėlaiviams („kartos laivams“), galintiems pasiekti žvaigždę Alfa Kentaurį atitinkamai per 1800 ir 130 metų. 1971 metais G. Marxo pranešime Biurakano mieste vykusiame simpoziume buvo pasiūlyta tarpžvaigždiniams skrydžiams naudoti rentgeno lazerius. 1985 metais R. Forwardas pasiūlė sukurti tarpžvaigždinį zondą, pagreitintą mikrobangų energija.

Erdvės greičio apribojimas

Pagrindinis šiuolaikinių raketų masės komponentas yra degalų masė, reikalinga raketai įsibėgėti. Jei galime kaip nors panaudoti aplinką supančią raketą kaip darbinį skystį ir kurą, galime žymiai sumažinti raketos masę ir taip pasiekti didelį greitį.

1960-aisiais Bussardas pasiūlė sukurti tarpžvaigždinį reaktyvinį variklį (MRJE). Tarpžvaigždinę terpę daugiausia sudaro vandenilis. 1994 m. Geoffrey Landis pasiūlė tarpžvaigždinio jonų zondo projektą, kuris stotyje gautų energiją iš lazerio spindulio.

Raketų laivas pagal „Daedalus“ projektą pasirodė toks didžiulis, kad jį teks statyti kosmosas. Vienas iš tarpžvaigždinių laivų trūkumų yra būtinybė neštis su jais elektros tinklą, o tai padidina masę ir atitinkamai sumažina greitį. Taigi elektrinio raketinio variklio būdingas 100 km/s greitis yra per lėtas, kad per priimtiną laiką nuskristų į tolimas žvaigždes.

Pateikta skaitytojų dėmesiui greičiausių raketų pasaulyje per visą kūrimo istoriją.

Greitis 3,8 km/s

Greičiausia vidutinio nuotolio balistinė raketa, kurios maksimalus greitis yra 3,8 km per sekundę, atveria greičiausių pasaulio raketų reitingą. R-12U buvo modifikuota R-12 versija. Raketa nuo prototipo skyrėsi tuo, kad oksidatoriaus bake nebuvo tarpinio dugno ir kai kuriais nedideliais konstrukcijos pakeitimais - šachtoje nėra vėjo apkrovų, dėl kurių buvo galima palengvinti bakus ir sausus raketos skyrius bei pašalinti poreikį. stabilizatoriams. Nuo 1976 m. raketos R-12 ir R-12U buvo pradėtos šalinti ir pakeistos mobiliosiomis antžeminėmis sistemomis „Pioneer“. 1989 metų birželį jos buvo atšauktos iš tarnybos, o 1990 metų gegužės 21 dieną Baltarusijos Lesnajos bazėje buvo sunaikintos 149 raketos.

Greitis 5,8 km/s

Viena greičiausių Amerikos raketų, kurios maksimalus greitis yra 5,8 km per sekundę. Tai pirmoji JAV sukurta tarpžemyninė balistinė raketa. Sukurta kaip MX-1593 programos dalis nuo 1951 m. Jis buvo JAV oro pajėgų branduolinio arsenalo pagrindas 1959–1964 m., tačiau vėliau buvo greitai pašalintas iš tarnybos dėl pažangesnės Minuteman raketos atsiradimo. Tai buvo pagrindas sukurti „Atlas“ kosminių raketų šeimą, kuri veikia nuo 1959 m.

Greitis 6 km/s

U.G.M.-133 A Trišakis II– Amerikos trijų pakopų balistinė raketa, viena greičiausių pasaulyje. Ji Maksimalus greitis yra 6 km per sekundę. „Trident-2“ buvo kuriamas nuo 1977 m. lygiagrečiai su žiebtuvėliu „Trident-1“. Priimta eksploatuoti 1990 m. Paleidimo svoris – 59 tonos. Maks. metimo svoris - 2,8 tonos, o paleidimo nuotolis yra 7800 km. Maksimalus skrydžio nuotolis su sumažintu kovinių galvučių skaičiumi yra 11 300 km.

Greitis 6 km/s

Viena greičiausių kietojo kuro balistinių raketų pasaulyje, naudojama su Rusija. Jo minimalus žalos spindulys yra 8000 km, o apytikslis greitis – 6 km/s. Raketą nuo 1998 metų kūrė Maskvos šiluminės inžinerijos institutas, kuris ją sukūrė 1989–1997 metais. antžeminės raketos „Topol-M“. Iki šiol buvo atlikti 24 bandomieji „Bulava“ paleidimai, iš kurių penkiolika buvo laikomi sėkmingais (pirmojo paleidimo metu buvo paleistas masinio dydžio raketos prototipas), du (septintasis ir aštuntasis) buvo sėkmingi iš dalies. Paskutinis bandomasis raketos paleidimas įvyko 2016 metų rugsėjo 27 dieną.

Greitis 6,7 km/s

Minutininkas LGM-30 G– viena greičiausių antžeminių tarpžemyninių balistinių raketų pasaulyje. Jo greitis yra 6,7 ​​km per sekundę. Numatomas LGM-30G Minuteman III skrydžio nuotolis yra nuo 6 000 iki 10 000 kilometrų, priklausomai nuo kovinės galvutės tipo. Minuteman 3 buvo naudojamas JAV nuo 1970 m. iki šių dienų. Tai vienintelė siloso pagrindu veikianti raketa JAV. Pirmasis raketos paleidimas įvyko 1961 m. vasario mėn., II ir III modifikacijos buvo paleistos atitinkamai 1964 ir 1968 m. Raketa sveria apie 34 473 kilogramus, joje sumontuoti trys kietojo kuro varikliai. Planuojama, kad raketa bus naudojama iki 2020 m.

Greitis 7 km/s

Greičiausia pasaulyje priešraketinė raketa, skirta sunaikinti labai manevringus taikinius ir didelio aukščio hipergarsines raketas. Amūro komplekso 53T6 serijos bandymai prasidėjo 1989 m. Jo greitis yra 5 km per sekundę. Raketa yra 12 metrų smailus kūgis be išsikišusių dalių. Jo korpusas pagamintas iš didelio stiprumo plieno, naudojant kompozitinę apviją. Raketos konstrukcija leidžia jai atlaikyti dideles perkrovas. Perėmėjas paleidžiamas 100 kartų pagreičiu ir gali perimti taikinius, skrendančius iki 7 km per sekundę greičiu.

Greitis 7,3 km/s

Galingiausia ir greičiausia branduolinė raketa pasaulyje, kurios greitis siekia 7,3 km per sekundę. Visų pirma, ketinama sunaikinti labiausiai įtvirtintus komandų postus, balistinių raketų silosus ir oro bazes. Vienos raketos branduoliniai sprogmenys gali sunaikinti Didelis miestas, labai didelė JAV dalis. Pataikymo tikslumas yra apie 200-250 metrų. Raketa yra patalpinta stipriausiuose pasaulyje silosuose. SS-18 gabena 16 platformų, iš kurių viena yra prikrauta jaukų. Patekdamos į aukštą orbitą visos „šėtono“ galvos patenka į netikrų taikinių „debesį“ ir jų praktiškai neatpažįsta radarai.

Greitis 7,9 km/s

Tarpžemyninė balistinė raketa (DF-5A), kurios maksimalus greitis yra 7,9 km per sekundę, atveria greičiausių pasaulyje trejetuką. Kinijos DF-5 ICBM pradėtas naudoti 1981 m. Jis gali nešti didžiulę 5 MT kovinę galvutę ir nuvažiuoti daugiau nei 12 000 km. DF-5 nukreipimas yra maždaug 1 km, o tai reiškia, kad raketa turi vieną tikslą - sunaikinti miestus. Kovos galvutės dydis, nukreipimas ir tai, kad pilnai pasiruošti paleidimui užtrunka tik valandą, reiškia, kad DF-5 yra baudžiamasis ginklas, skirtas nubausti bet kokius būsimus užpuolikus. 5A versija padidino nuotolį, pagerino 300 m įlinkį ir galimybę nešiotis kelias kovines galvutes.

R-7 Greitis 7,9 km/s

R-7– Sovietų, pirmoji tarpžemyninė balistinė raketa, viena greičiausių pasaulyje. Didžiausias jo greitis yra 7,9 km per sekundę. Pirmųjų raketos kopijų kūrimą ir gamybą 1956–1957 metais atliko įmonė OKB-1 netoli Maskvos. Po sėkmingų paleidimų jis buvo panaudotas 1957 metais pirmiesiems pasaulyje dirbtiniams Žemės palydovams paleisti. Nuo tada R-7 šeimos raketos buvo aktyviai naudojamos erdvėlaiviams paleisti įvairiems tikslams, o nuo 1961 metų šios raketos buvo plačiai naudojamos pilotuojamuose skrydžiuose į kosmosą. R-7 pagrindu buvo sukurta visa nešančiųjų raketų šeima. Nuo 1957 iki 2000 m. buvo paleista daugiau nei 1800 R-7 paleidimo raketų, iš kurių daugiau nei 97% buvo sėkmingos.

Greitis 7,9 km/s

RT-2PM2 „Topol-M“ (15Zh65)- greičiausia tarpžemyninė balistinė raketa pasaulyje, kurios maksimalus greitis yra 7,9 km per sekundę. Maksimalus atstumas – 11 000 km. Turi vieną termobranduolinę galvutę, kurios galia 550 kt. Siloso pagrindu sukurta versija buvo pradėta eksploatuoti 2000 m. Paleidimo būdas yra skiedinys. Raketą palaikantis kietojo kuro variklis leidžia jai įsibėgėti daug greičiau nei ankstesnių tipų panašios klasės raketos, sukurtos Rusijoje ir Sovietų Sąjungoje. Dėl to raketinės gynybos sistemoms daug sunkiau ją perimti aktyvioje skrydžio fazėje.

Siekdami įveikti „kondensacijos slenkstį“, aerodinamikos mokslininkai turėjo atsisakyti besiplečiančio antgalio. Buvo sukurti iš esmės naujo tipo viršgarsiniai vėjo tuneliai. Prie įėjimo į tokį vamzdį dedamas cilindras aukštas spaudimas, kuri nuo jos atskirta plona plokštele – diafragma. Išleidimo angoje vamzdis prijungiamas prie vakuuminės kameros, dėl to vamzdyje susidaro didelis vakuumas.

Jei diafragma sugenda, pavyzdžiui, smarkiai padidėjus slėgiui cilindre, dujų srautas vamzdžiu pateks į išretėjusią vakuuminės kameros erdvę, prieš tai pasigirs galinga smūginė banga. Todėl šie įrenginiai vadinami smūginiais vėjo tuneliais.

Kaip ir baliono tipo vamzdžio atveju, vėjo tunelių smūgio laikas yra labai trumpas ir siekia vos kelias tūkstantąsias sekundės dalis. Norint atlikti reikiamus matavimus tokiems trumpam laikui būtina naudoti sudėtingus didelės spartos elektroninius prietaisus.

Smūgio banga juda vamzdyje su labai didelis greitis ir be specialaus antgalio. Užsienyje sukurtuose vėjo tuneliuose buvo galima išgauti greitį oro srautas iki 5200 metrų per sekundę, kai paties srauto temperatūra yra 20 000 laipsnių. Esant tokiai aukštai temperatūrai, garso greitis dujose taip pat didėja ir daug daugiau. Todėl, nepaisant didelio oro srauto greičio, jo perteklius virš garso greičio pasirodo nereikšmingas. Dujos juda dideliu absoliučiu greičiu ir mažu greičiu, palyginti su garsu.

Norint atkurti didelius viršgarsinius skrydžio greičius, reikėjo arba dar labiau padidinti oro srauto greitį, arba sumažinti garso greitį jame, tai yra sumažinti oro temperatūrą. Ir tada aerodinamikai vėl prisiminė besiplečiantį antgalį: juk su jo pagalba galima daryti abu vienu metu – jis pagreitina dujų srautą ir tuo pačiu jas vėsina. Besiplečiantis viršgarsinis antgalis šiuo atveju pasirodė esąs pistoletas, iš kurio aerodinamikai vienu akmeniu nukovė du paukščius. Smūgio vamzdeliuose su tokiu antgaliu buvo galima gauti oro srauto greitį, 16 kartų didesnį už garso greitį.

PALYDOVO GREIČIU

Galite smarkiai padidinti slėgį amortizatoriaus vamzdžio cilindre ir taip pralaužti diafragmą Skirtingi keliai. Pavyzdžiui, kaip tai daro JAV, kur naudojama galinga elektros iškrova.

Vamzdyje ties įleidimo anga dedamas aukšto slėgio cilindras, nuo likusio atskirtas diafragma. Už cilindro yra išsiplečiantis antgalis. Prieš bandymų pradžią slėgis cilindre pakilo iki 35-140 atmosferų, o vakuuminėje kameroje, ties vamzdžio išėjimu, nukrito iki milijoninės atmosferos slėgio. Tada cilindre buvo atliktas itin galingas iškrovimas elektros lankas dabartinė milijono galia! Dirbtinis žaibas vėjo tunelyje smarkiai padidino dujų slėgį ir temperatūrą balione, diafragma akimirksniu išgaravo ir oro srautas pateko į vakuuminę kamerą.

Per vieną dešimtąją sekundės dalį pavyko atkurti apie 52 000 kilometrų per valandą arba 14,4 kilometro per sekundę skrydžio greitį! Taigi laboratorijose buvo galima įveikti ir pirmąjį, ir antrąjį kosminį greitį.

Nuo to momento vėjo tuneliai tapo patikima pagalba ne tik aviacijai, bet ir raketinei įrangai. Jie leidžia išspręsti daugybę šiuolaikinės ir ateities kosminės navigacijos klausimų. Su jų pagalba galite išbandyti raketų, dirbtinių Žemės palydovų ir erdvėlaivių modelius, atkartodami jų skrydžio dalį, kurią jie praeina planetos atmosferoje.

Tačiau pasiekti greičiai turėtų būti tik pačioje įsivaizduojamo kosminio spidometro skalės pradžioje. Jų kūrimas yra tik pirmas žingsnis kuriant naują mokslo šaką – kosmoso aerodinamiką, kurią atgaivino sparčiai besivystančios raketų technologijos poreikiai. Ir jau dabar yra didelių naujų laimėjimų toliau plėtojant kosminius greičius.

Kadangi elektros iškrovos metu oras tam tikru mastu yra jonizuojamas, galite pabandyti naudoti elektromagnetiniai laukai dar labiau paspartinti susidariusią oro plazmą. Tokia galimybė buvo realizuota praktiškai kitame JAV suprojektuotame nedidelio skersmens hidromagnetinio smūgio vamzdyje, kuriame smūginės bangos greitis siekė 44,7 kilometro per sekundę! Apie tokį judėjimo greitį erdvėlaivių dizaineriai kol kas gali tik pasvajoti.

Neabejotina, kad tolesnė mokslo ir technologijų pažanga atvers didesnes galimybes ateities aerodinamikai. Jau dabar aerodinaminėse laboratorijose pradedami naudoti modernūs fiziniai įrenginiai, pavyzdžiui, įrenginiai su greitaeigiais plazminiais purkštukais. Norint atkurti fotonų raketų skrydį išretėjusioje tarpžvaigždinėje terpėje ir ištirti erdvėlaivių praplaukimą tarpžvaigždinių dujų spiečius, reikės panaudoti branduolinių dalelių pagreičio technologijos pasiekimus.

Ir, aišku, dar gerokai anksčiau nei pirmieji žvaigždėlaiviai paliks sienas, jų miniatiūrinės kopijos Ne kartą vėjo tuneliuose jie patirs visus ilgos kelionės į žvaigždes sunkumus.

P.S. Apie ką dar galvoja britų mokslininkai: tačiau kosminis greitis vyksta ne tik mokslinėse laboratorijose. Taigi, tarkime, jei jus domina svetainių kūrimas Saratove - http://galsweb.ru/, tada čia jie jums tai sukurs tikrai kosminiu greičiu.

Iliustracijos autorinės teisės Thinkstock

Dabartinis greičio rekordas kosmose tęsiasi 46 metus. Korespondentas domėjosi, kada jis bus sumuštas.

Mes, žmonės, esame apsėsti greičio. Taigi, tik per pastaruosius kelis mėnesius tapo žinoma, kad Vokietijoje studentai pasiekė elektromobilio greičio rekordą, o JAV oro pajėgos planuoja patobulinti hipergarsinius lėktuvus taip, kad jie pasiektų penkis kartus didesnį už garso greitį, t.y. virš 6100 km/val.

Tokie lėktuvai neturės įgulos, bet ne todėl, kad su tokiais žmonės negalėtų judėti didelis greitis. Tiesą sakant, žmonės jau judėjo greičiu, kelis kartus didesniu už garso greitį.

Tačiau ar yra riba, kurią peržengę mūsų sparčiai besiveržiantys kūnai nebeatlaikys perkrovos?

Dabartinį greičio rekordą lygiomis dalimis dalijasi trys astronautai, dalyvavę kosminė misija„Apollo 10“ – Tomas Stafordas, Johnas Youngas ir Eugene'as Cernanas.

1969 m., kai astronautai apskriejo Mėnulį ir grįžo atgal, kapsulė, kurioje jie buvo, pasiekė greitį, kuris Žemėje būtų 39,897 km/val.

„Manau, kad prieš šimtą metų sunkiai galėjome įsivaizduoti, kad žmogus gali judėti erdvėje beveik 40 tūkstančių kilometrų per valandą greičiu“, – sako Jimas Bray iš aviacijos ir kosmoso koncerno „Lockheed Martin“.

Bray yra erdvėlaivio „Orion“ gyvenamojo modulio projekto direktorius, kurį kuria JAV kosmoso agentūra NASA.

Kūrėjų teigimu, erdvėlaivis „Orion“ – universalus ir iš dalies daugkartinio naudojimo – turėtų iškelti astronautus į žemą Žemės orbitą. Labai gali būti, kad su jo pagalba pavyks sumušti prieš 46 metus žmogui pasiektą greičio rekordą.

Naujoji itin sunkioji raketa, kuri yra kosmoso paleidimo sistemos dalis, pirmąjį pilotuojamą skrydį turėtų atlikti 2021 m. Tai bus Mėnulio orbitoje esančio asteroido praskridimas.

Vidutinis žmogus gali atlaikyti maždaug penkių G jėgų prieš apalpdamas.

Tada turėtų sekti mėnesius trunkančios ekspedicijos į Marsą. Dabar, dizainerių teigimu, įprastas maksimalus „Orion“ greitis turėtų būti maždaug 32 tūkst. Tačiau „Apollo 10“ pasiektą greitį galima pranokti net ir išlaikant bazinę erdvėlaivio „Orion“ konfigūraciją.

„Orion“ sukurtas taip, kad galėtų skristi į įvairius taikinius per visą savo eksploatavimo laiką, – sako Bray. „Tai gali būti daug greičiau nei šiuo metu planuojame.

Tačiau net Orionas neatstos žmogaus greičio potencialo viršūnės. „Iš esmės nėra jokių apribojimų greičiui, kuriuo galime keliauti, išskyrus šviesos greitį“, - sako Bray.

Šviesos greitis yra vienas milijardas km/val. Ar yra vilties, kad mums pavyks įveikti atotrūkį tarp 40 tūkst. km/h ir šių verčių?

Stebėtina, kad greitis kaip vektorinis dydis, rodantis judėjimo greitį ir judėjimo kryptį, fizine prasme žmonėms nėra problema, jei tik jis yra santykinai pastovus ir nukreiptas viena kryptimi.

Vadinasi, žmonės – teoriškai – erdvėje gali judėti tik šiek tiek lėčiau nei „visatos greičio riba“, t.y. šviesos greitis.

Iliustracijos autorinės teisės NASA Vaizdo antraštė Kaip žmogus jausis beveik šviesos greičiu plaukiančiame laive?

Tačiau net jei įveiksime reikšmingas technologines kliūtis, susijusias su greitaeigiais erdvėlaiviais, mūsų trapūs, daugiausia vandens telkiniai susidurs su naujais pavojais, susijusiais su didelio greičio padariniais.

Tik įsivaizduojami pavojai gali kilti, jei žmonės sugebės keliauti greičiau nei šviesos greitis, pasinaudodami šiuolaikinės fizikos spragomis arba atlikdami proveržio atradimus.

Kaip atlaikyti perkrovą

Tačiau jei ketiname važiuoti didesniu nei 40 tūkst. km/h greičiu, teks jį pasiekti, o vėliau – lėtai ir kantrūs – sulėtinti greitį.

Greitas pagreitis ir toks pat greitas lėtėjimas kelia mirtiną pavojų žmogaus organizmui. Tai liudija sužalojimų sunkumas dėl autoįvykių, kurių metu greitis nuo kelių dešimčių kilometrų per valandą nukrenta iki nulio.

Kokia to priežastis? Toje Visatos savybėje, kuri vadinama inercija arba fizinio kūno, turinčio masę, gebėjimu atsispirti savo ramybės ar judėjimo būsenos pokyčiams, kai nėra išorinių poveikių arba jų nėra kompensuojama.

Ši idėja suformuluota pirmajame Niutono įstatyme, kuriame teigiama: „Kiekvienas kūnas ir toliau išlaikomas ramybės būsenoje arba tolygiai ir tiesiškai juda tol, kol ir nebent jis bus priverstas taikomų jėgų pakeisti tą būseną“.

Mes, žmonės, galime ištverti didžiules perkrovas be rimtų sužalojimų, nors tik keletą akimirkų.

„Būti ramybėje ir judėti pastoviu greičiu yra normalu žmogaus kūnui“, – aiškina Bray’us, – „verčiau turėtume nerimauti dėl žmogaus būsenos įsibėgėjimo momentu“.

Maždaug prieš šimtmetį sukūrus tvirtus lėktuvus, galinčius manevruoti dideliu greičiu, pilotai pranešdavo apie keistus simptomus, atsiradusius dėl greičio ir skrydžio krypties pasikeitimų. Šie simptomai buvo laikinas regėjimo praradimas ir sunkumo ar nesvarumo jausmas.

Priežastis yra g jėgos, išmatuotos G vienetais, tai yra tiesinio pagreičio ir pagreičio santykis. laisvas kritimasŽemės paviršiuje veikiamas traukos ar gravitacijos. Šie vienetai atspindi gravitacijos pagreičio poveikį, pavyzdžiui, žmogaus kūno masei.

1 G perkrova lygi kūno svoriui, kuris yra Žemės gravitaciniame lauke ir traukiamas į planetos centrą 9,8 m/sek greičiu (jūros lygyje).

G jėgos, patiriamos vertikaliai nuo galvos iki kojų arba atvirkščiai, yra tikrai blogos naujienos pilotams ir keleiviams.

Esant neigiamoms perkrovoms, t.y. sulėtėjus, kraujas veržiasi iš kojų pirštų į galvą, atsiranda persisotinimo jausmas, kaip ir stovint ant rankų.

Iliustracijos autorinės teisės SPL Vaizdo antraštė Kad suprastų, kiek Gs astronautai gali atlaikyti, jie mokomi centrifugoje

„Raudonasis šydas“ (jausmas, kurį patiria žmogus, kai kraujas veržiasi į galvą) atsiranda, kai pakyla krauju patinę, permatomi apatiniai vokai ir dengia akių vyzdžius.

Ir atvirkščiai, pagreičio ar teigiamų g jėgų metu kraujas teka iš galvos į pėdas, akims ir smegenims pradeda trūkti deguonies, nes kraujas kaupiasi apatinėse galūnėse.

Iš pradžių regėjimas tampa miglotas, t.y. prarandamas spalvų matymas ir apsiverčia vadinamasis „pilkas šydas“, tada visiškai prarandamas regėjimas arba „juodas šydas“, tačiau žmogus lieka sąmoningas.

Per didelis perkrovimas sukelia visišką sąmonės netekimą. Ši būklė vadinama perkrovos sinkope. Daugelis pilotų žuvo, nes ant jų akių užkrito „juodas šydas“ ir jie sudužo.

Vidutinis žmogus gali atlaikyti maždaug penkių G jėgą, kol netenka sąmonės.

Pilotai, vilkintys specialius anti-g kostiumus ir išmokyti ypatingu būdu įtempti ir atpalaiduoti liemens raumenis, kad iš galvos netekėtų kraujas, lėktuvą gali valdyti maždaug devyniais G.

Orbitoje pasiekę stabilų 26 000 km/h kreiserinį greitį, astronautai greitį patiria ne daugiau nei komercinių skrydžių keleiviai.

„Trumpą laiką žmogaus kūnas gali atlaikyti daug didesnes g jėgas nei devynios G“, – sako Jeffas Swiatekas, Aerokosminės medicinos asociacijos, įsikūrusios Aleksandrijoje, Vašingtone, vykdomasis direktorius. „Tačiau gebėjimas atlaikyti dideles g jėgas. per ilgą laiką yra labai mažai“.

Mes, žmonės, galime ištverti didžiules perkrovas be rimtų sužalojimų, nors tik keletą akimirkų.

Trumpalaikį ištvermės rekordą Hollomano oro pajėgų bazėje Naujojoje Meksikoje pasiekė JAV oro pajėgų kapitonas Eli Beedingas jaunesnysis. 1958 m., stabdydamas specialiomis rogutėmis su raketiniu varikliu, per 0,1 sekundės įsibėgėjęs iki 55 km/h, patyrė 82,3 G perkrovą.

Tokį rezultatą užfiksavo prie krūtinės pritvirtintas akselerometras. Beedingas taip pat patyrė „juodą debesį“ ant akių, tačiau per šį nepaprastą žmogaus ištvermės demonstravimą jis išvengė tik mėlynių. Tiesa, po varžybų jis ligoninėje praleido tris paras.

O dabar į kosmosą

Astronautai, priklausomai nuo transporto priemonės, taip pat patyrė gana dideles perkrovas – nuo ​​trijų iki penkių G – atitinkamai pakildami ir grįždami į tankius atmosferos sluoksnius.

Šios perkrovos yra gana lengvai toleruojamos dėl sumanios idėjos pririšti kosmoso keliautojus į sėdynes gulinčioje padėtyje, nukreiptoje į skrydžio kryptį.

Orbitoje pasiekę stabilų 26 000 km/h kreiserinį greitį, astronautai pajunta ne didesnį greitį nei komercinių skrydžių keleiviai.

Jei perkrovos nekelia problemų ilgoms ekspedicijoms erdvėlaiviu „Orion“, tai su mažomis kosminėmis uolienomis – mikrometeoritais – viskas yra sudėtingiau.

Iliustracijos autorinės teisės NASA Vaizdo antraštė Norint apsisaugoti nuo mikrometeoritų, Orionui reikės kažkokių kosminių šarvų

Šios ryžių grūdo dydžio dalelės gali pasiekti įspūdingą, tačiau destruktyvų greitį iki 300 tūkst. km/val. Siekiant užtikrinti laivo vientisumą ir jo įgulos saugumą, „Orion“ yra įrengtas išorinis apsauginis sluoksnis, kurio storis svyruoja nuo 18 iki 30 cm.

Be to, numatyti papildomi ekranavimo skydai, taip pat naudojamas išradingas įrangos išdėstymas laivo viduje.

„Kad neprarastume viskam gyvybiškai svarbių skrydžių sistemų erdvėlaivis", turime tiksliai apskaičiuoti mikrometeoritų artėjimo kampus", - sako Jimas Bray'us.

Būkite ramūs: mikrometeoritai nėra vienintelė kliūtis kosminėms misijoms, kurių metu vis svarbesnį vaidmenį atliks didelis žmogaus skrydžio vakuume greitis.

Ekspedicijos į Marsą metu teks išspręsti ir kitas praktines problemas, pavyzdžiui, aprūpinti įgulą maistu ir kovoti su padidėjusiu vėžio pavojumi dėl poveikio Žmogaus kūnas kosminė spinduliuotė.

Sutrumpinus kelionės laiką, tokių problemų rimtumas sumažės, todėl kelionės greitis taps vis labiau pageidaujamas.

Naujos kartos skrydis į kosmosą

Šis greičio poreikis sukurs naujų kliūčių kosmoso keliautojams.

Naujasis NASA erdvėlaivis, kuris grasina sumušti „Apollo 10“ greičio rekordą, vis tiek pasikliaus laiko patikrinta cheminių raketų varomų sistemų, naudojamų nuo pirmųjų skrydžių į kosmosą. Tačiau šios sistemos turi griežtus greičio apribojimus, nes vienam kuro vienetui išsiskiria nedidelis energijos kiekis.

Labiausiai pageidaujamas, nors ir sunkiai prieinamas, greito erdvėlaivio energijos šaltinis yra antimedžiaga, įprastos materijos atitikmuo ir antipodas.

Todėl, norėdami žymiai padidinti žmonių, vykstančių į Marsą ir už jo ribų, skrydžio greitį, mokslininkai pripažįsta, kad reikia visiškai naujų požiūrių.

„Šiandien turimos sistemos gali mus ten pasiekti, – sako Bray, – bet mes visi norėtume būti variklių revoliucijos liudininkais.

Ericas Davisas, vyresnysis mokslinis fizikas iš Pažangių studijų instituto Ostine, Teksase, ir šešerius metus NASA proveržio fizikos programos dalyvis. Mokslinių tyrimų projektas baigtas 2002 m., nustatė tris tradicinės fizikos požiūriu perspektyviausias priemones, kurios gali padėti žmonijai pasiekti greitį, kurio pakanka tarpplanetinėms kelionėms.

Trumpai tariant, mes kalbame apie energijos išsiskyrimo reiškinius skaidant medžiagą, termobranduolinę sintezę ir antimedžiagos anihiliaciją.

Pirmasis metodas apima atomų dalijimąsi ir yra naudojamas komerciniuose branduoliniuose reaktoriuose.

Antroji, termobranduolinė sintezė, apima sunkesnių atomų kūrimą iš paprasti atomai– tokia reakcija maitina Saulę energija. Tai technologija, kuri žavi, bet sunkiai suvokiama; „Visada liko dar 50 metų“ – ir taip bus visada, kaip sakoma sename pramonės šūkie.

„Tai labai pažangios technologijos, – sako Davisas, – tačiau jos pagrįstos tradicine fizika ir yra tvirtai įsitvirtinusios nuo atominio amžiaus aušros. Optimistiniais vertinimais, varomosios sistemos, pagrįstos atomų dalijimosi ir termobranduolinės sintezės koncepcijomis, teoriškai yra pajėgios pagreitinti laivą iki 10% šviesos greičio, t.y. iki labai garbingo 100 mln. km/val.

Iliustracijos autorinės teisės JAV oro pajėgos Vaizdo antraštė Skrydis viršgarsiniu greičiu žmonėms nebėra problema. Kitas dalykas – šviesos greitis ar bent jau jam artimas...

Labiausiai pageidaujamas, nors ir sunkiai pasiekiamas, greito erdvėlaivio energijos šaltinis yra antimedžiaga, įprastos materijos atitikmuo ir antipodas.

Kai susiliečia dviejų tipų medžiagos, jos sunaikina viena kitą, todėl išsiskiria gryna energija.

Šiandien egzistuoja technologijos, leidžiančios pagaminti ir saugoti – kol kas itin nereikšmingus – antimedžiagos kiekius.

Tuo pačiu metu antimedžiagos gamybai naudingais kiekiais reikės naujų specialių naujos kartos galimybių, o inžinerija turės stoti į konkurencines lenktynes, kad sukurtų tinkamą erdvėlaivį.

Bet, kaip sako Davis, daug puikios idėjos jau ruošiamasi ant braižymo lentų.

Erdvėlaiviai, varomi antimedžiagos energija, galės įsibėgėti mėnesius ar net metus ir pasiekti didesnį šviesos greičio procentą.

Tuo pačiu metu perkrovos laive išliks priimtinos laivo gyventojams.

Tuo pačiu metu tokie fantastiški nauji greičiai bus kupini kitų pavojų žmogaus organizmui.

Energijos miestas

Kelių šimtų milijonų kilometrų per valandą greičiu bet kokia dulkių dėmė erdvėje – nuo ​​pasklidusių vandenilio atomų iki mikrometeoritų – neišvengiamai tampa didelės energijos kulka, galinčia pramušti laivo korpusą.

„Kai judate labai dideliu greičiu, tai reiškia, kad dalelės, einančios link jūsų, juda tokiu pačiu greičiu“, – sako Arthuras Edelsteinas.

Kartu su savo velioniu tėvu Williamu Edelsteinu, radiologijos profesoriumi Medicinos mokykla Johnso Hopkinso universitete, jis dirbo mokslinis darbas, kuriame buvo nagrinėjamas kosminių vandenilio atomų poveikio (žmonėms ir technologijoms) poveikis itin greitų kosminių kelionių kosmose metu.

Vandenilis pradės skaidytis į subatomines daleles, kurios prasiskverbs į laivą ir apšvitins tiek įgulą, tiek įrangą.

Alcubierre variklis varys jus kaip banglentininką, važiuojantį banga Ericas Davisas, fizikos tyrinėtojas

Esant 95% šviesos greičiui, tokios spinduliuotės poveikis reikštų beveik momentinę mirtį.

Erdvėlaivis įkais iki lydymosi temperatūros, kuriai negali atsispirti jokia įsivaizduojama medžiaga, o įgulos narių kūnuose esantis vanduo iš karto užvirs.

„Visos tai labai varginančios problemos“, – su niūriu humoru pastebi Edelsteinas.

Jis ir jo tėvas apytiksliai apskaičiavo, kad norint sukurti hipotetinę magnetinio ekranavimo sistemą, kuri galėtų apsaugoti laivą ir jame esančius žmones nuo mirtinų vandenilio lietaus, žvaigždėlaivis galėtų skristi ne didesniu nei pusės šviesos greičio greičiu. Tada laive esantys žmonės turi galimybę išgyventi.

Markas Millisas, transliacinio varymo fizikas ir buvęs NASA Propulsion Physics programos direktorius, perspėja, kad šis galimas greičio apribojimas keliaujant į kosmosą tebėra tolima problema.

„Remiantis iki šiol sukauptomis fizinėmis žiniomis, galime pasakyti, kad bus labai sunku pasiekti greitį, viršijantį 10% šviesos greičio, – sako Millis. „Paprasta analogija: kam dėl to jaudintis mes galime nuskęsti, jei dar net neįlipome į vandenį“.

Greičiau už šviesą?

Jei darysime prielaidą, kad, taip sakant, išmokome plaukti, ar tada galėsime įvaldyti sklandymą per kosminį laiką – toliau plėtoti šią analogiją – ir skristi superluminal greičiu?

Hipotezė apie įgimtą gebėjimą išgyventi superluminalinėje aplinkoje, nors ir abejotina, bet ne be tam tikrų išsilavinusio nušvitimo žvilgsnių aklinoje tamsoje.

Viena iš tokių intriguojančių keliavimo priemonių yra paremta technologijomis, panašiomis į tas, kurios naudojamos „Star Trek“ serijos „warp drive“ arba „warp drive“.

Šio veikimo principas elektrinė, taip pat žinomas kaip „Alcubierre engine“ * (pavadintas Meksikos teorinio fiziko Miguelio Alcubierre vardu), leidžia laivui suspausti įprastą erdvėlaikį priešais jį, kaip apibūdino Albertas Einšteinas, ir išplėsti jį už jo.

Iliustracijos autorinės teisės NASA Vaizdo antraštė Dabartinis greičio rekordas priklauso trims „Apollo 10“ astronautams – Tomui Stafordui, Johnui Youngui ir Eugene'ui Cernanui.

Iš esmės laivas juda tam tikrame erdvės laiko tūryje, tam tikrame "kreivumo burbule", kuris juda greičiau nei šviesos greitis.

Taigi šiame „burbule“ laivas išlieka nejudantis įprastu erdvėlaikiu, nepatiriamas deformacijų ir išvengiant visuotinės šviesos greičio ribos pažeidimų.

„Užuot plūduriavęs įprasto erdvėlaikio vandenyje, – sako Davisas, – „Alcubierre drive“ ves jus kaip banglentininką, važiuojantį banglente palei bangos keterą.

Čia taip pat yra tam tikras laimikis. Šiai idėjai įgyvendinti reikalinga egzotiška materijos forma, turinti neigiamą masę, kad suspaustų ir išplėstų erdvėlaikį.

"Fizika nieko nesako prieš neigiamą masę, - sako Davisas, - bet nėra to pavyzdžių, ir mes niekada to nematėme gamtoje.

Yra dar vienas laimikis. 2012 m. paskelbtame dokumente Sidnėjaus universiteto mokslininkai teigė, kad „metmenų burbulas“ kaups didelės energijos kosmines daleles, nes neišvengiamai pradėjo sąveikauti su Visatos turiniu.

Kai kurios dalelės prasiskverbs į paties burbulo vidų ir pumpuos laivą spinduliuote.

Įstrigę silpnu šviesos greičiu?

Ar tikrai dėl savo subtilios biologijos esame pasmerkti užstrigti esant silpnam šviesos greičiui?!

Kalbama ne tiek apie naujo pasaulio (galaktinio?) greičio rekordo nustatymą žmonėms, kiek apie žmonijos pavertimo tarpžvaigždine visuomene perspektyvą.

Esant perpus mažesniam šviesos greičiui – ir tai yra riba, kurią, remiantis Edelsteino tyrimais, mūsų kūnas gali atlaikyti – kelionė pirmyn ir atgal iki artimiausios žvaigždės užtruktų daugiau nei 16 metų.

(Laiko išsiplėtimo efektai, dėl kurių erdvėlaivio įgula turėtų mažiau laiko savo koordinačių sistemoje nei žmonėms, likusiems Žemėje jų koordinačių sistemoje, neturėtų dramatiškų pasekmių esant pusei šviesos greičio.)

Markas Millis yra tikintis. Atsižvelgdamas į tai, kad žmonija išrado „G“ kostiumus ir apsaugą nuo mikrometeorų, leidžiančių žmonėms saugiai keliauti dideliu mėlynu atstumu ir žvaigždėmis nusagstytais juodais kosmosais, jis įsitikinęs, kad galime rasti būdų, kaip išgyventi bet kokius greičio apribojimus, kuriuos pasieksime ateityje.

„Tos pačios technologijos, kurios gali padėti mums pasiekti neįtikėtiną naują kelionės greitį“, – svarsto Millis, – „suteiks mums naujų, dar nežinomų įgulų apsaugos galimybių“.

Vertėjo pastabos:

*Miguelis Alcubierre'as savo burbulo idėją sugalvojo 1994 m. O 1995 metais rusų teorinis fizikas Sergejus Krasnikovas pasiūlė prietaiso, skirto greitesniam nei šviesos greičiui kosmosu keliauti, koncepciją. Idėja buvo pavadinta „Krasnikovo vamzdžiu“.

Tai dirbtinis erdvės laiko kreivumas pagal vadinamosios kirmgraužos principą. Hipotetiškai laivas judėtų tiesia linija nuo Žemės iki tam tikros žvaigždės per išlenktą erdvėlaikį, eidamas per kitus matmenis.

Pagal Krasnikovo teoriją, kosmoso keliautojas grįš tuo pačiu metu, kai iškeliaus.

Kosmoso tyrinėjimai žmonijai jau seniai tapo gana įprastu dalyku. Tačiau skrydžiai į žemesnę Žemės orbitą ir į kitas žvaigždes neįsivaizduojami be gravitaciją įveikiančių įrenginių – raketų. Kiek iš mūsų žino: kaip veikia ir funkcionuoja paleidimo raketa, kur vyksta paleidimas ir koks jos greitis, leidžiantis įveikti planetos gravitaciją ir beorėje erdvėje. Pažvelkime į šias problemas atidžiau.

Įrenginys

Norėdami suprasti, kaip veikia raketa, turite suprasti jos struktūrą. Pradėkime apibūdinti mazgus nuo viršaus iki apačios.

ŠMC

Įrenginys, paleidžiantis į orbitą palydovą ar krovinių skyrių, savo konfigūracija visada skiriasi nuo nešiklio, skirto vežti įgulą. Pastarasis pačiame viršuje turi specialią avarinio gelbėjimo sistemą, kuri padeda evakuoti skyrių nuo astronautų nešančiosios raketos gedimo atveju. Tai nestandartinės formos Bokštelis, esantis pačiame viršuje, yra miniatiūrinė raketa, leidžianti ypatingomis aplinkybėmis „patraukti“ kapsulę su žmonėmis ir perkelti ją į saugų atstumą nuo avarijos vietos skrydžio metu, kai vis dar galima atlikti nusileidimą su parašiutu iš erdvės, SAS vaidmuo artimoje žemei erdvėje, leidžiantis atskirti nusileidimo raketą, tampa ne toks svarbus leis išgelbėti astronautus.

Krovinių skyrius

Po SAS yra skyrius su kroviniu: pilotuojama transporto priemonė, palydovas, krovinių skyrius. Atsižvelgiant į nešančiosios raketos tipą ir klasę, į orbitą išleidžiamo krovinio masė gali svyruoti nuo 1,95 iki 22,4 tonos. Visas laivu gabenamas krovinys yra apsaugotas galvutės gaubtu, kuris, praplaukus atmosferos sluoksnius, išmetamas.

Pagrindinis variklis

Toli nuo kosmoso žmonės mano, kad jei raketa atsiduria beorėje erdvėje, šimto kilometrų aukštyje, kur prasideda nesvarumas, vadinasi, jos misija baigta. Tiesą sakant, priklausomai nuo užduoties, į kosmosą paleisto krovinio tikslinė orbita gali būti daug toliau. Pavyzdžiui, telekomunikacijų palydovai turi būti nugabenti į orbitą didesniame nei 35 tūkstančių kilometrų aukštyje. Norint pasiekti reikiamą pašalinimą, reikalingas varomasis variklis arba, kaip kitaip vadinama, viršutinė pakopa. Norint pasiekti suplanuotą tarpplanetinę ar išvykimo trajektoriją, skrydžio greičio režimas turi būti keičiamas ne kartą, atliekant tam tikrus veiksmus, todėl šis variklis turi būti paleidžiamas ir išjungiamas pakartotinai, tuo jis skiriasi nuo kitų panašių raketų komponentų.

Daugiapakopė

Paleidimo raketoje tik nedidelę jos masės dalį užima vežamasis naudingoji apkrova, visa kita yra varikliai ir degalų bakai, kurie yra skirtinguose įrenginio etapuose. Šių agregatų dizaino ypatybė yra galimybė juos atskirti pasibaigus kurui. Po to jie sudega atmosferoje nepasiekę žemės. Tiesa, kaip rašo naujienų portalas reactor.space, in pastaraisiais metais Sukurta technologija, leidžianti nepažeistas atskirtas stadijas grąžinti į nurodytą tašką ir vėl paleisti į kosmosą. Raketų moksle, kuriant daugiapakopius laivus, naudojamos dvi schemos:

• Pirmasis yra išilginis, leidžiantis aplink kėbulą pastatyti kelis identiškus variklius su degalais, kurie vienu metu įjungiami ir sinchroniškai atstatomi po naudojimo.


• Antrasis yra skersinis, todėl žingsnius galima išdėstyti didėjančia tvarka, vienas aukščiau už kitą. Šiuo atveju jie įjungiami tik po to, kai iš naujo nustatoma apatinė, panaudota stadija.

Tačiau dažnai dizaineriai pirmenybę teikia skersinio ir išilginio dizaino deriniui. Raketa gali turėti daug pakopų, tačiau padidinti jų skaičių yra racionalu iki tam tikros ribos. Jų augimas reiškia variklių ir adapterių, veikiančių tik tam tikru skrydžio etapu, masę. Todėl šiuolaikinėse raketose nėra daugiau nei keturių pakopų. Iš esmės pakopiniai degalų bakai susideda iš rezervuarų, kuriuose pumpuojami skirtingi komponentai: oksidatorius (skystas deguonis, azoto tetroksidas) ir kuras (skystas vandenilis, heptilas). Tik jiems sąveikaujant raketa gali būti pagreitinta iki reikiamo greičio.

Kaip greitai raketa skrenda kosmose?

Priklausomai nuo užduočių, kurias turi atlikti paleidimo raketa, jos greitis gali skirtis, suskirstytas į keturias reikšmes:

• Pirmoji erdvė. Jis leidžia pakilti į orbitą, kur jis tampa Žemės palydovu. Jei verčiame į sutartines vertes, tai lygu 8 km/s.


• Antroji erdvė. Greitis 11,2 km/s. leidžia laivui įveikti gravitaciją tyrinėjant mūsų planetas saulės sistema.


• Trečias – kosminis. Išlaikomas 16 650 km/s greitis. galite įveikti saulės sistemos gravitaciją ir palikti jos ribas.


• Ketvirtoji erdvė. Išvystęs 550 km/s greitį. raketa gali skristi už galaktikos ribų.

Tačiau kad ir kokie dideli būtų erdvėlaivių greičiai, jie yra per maži tarpplanetinėms kelionėms. Turint šias vertybes, prireiks 18 000 metų, kad pasiektumėte artimiausią žvaigždę.

Kaip vadinasi vieta, kur į kosmosą paleidžiamos raketos?

Norint sėkmingai užkariauti kosmosą, reikalingos specialios paleidimo aikštelės, iš kurių būtų galima paleisti raketas erdvė. Kasdieniame gyvenime jie vadinami kosmodromais. Tačiau šis paprastas pavadinimas apima visą pastatų kompleksą, užimantį didžiules teritorijas: paleidimo aikštelę, patalpas galutiniam raketos bandymui ir surinkimui, pastatus susijusioms paslaugoms. Visa tai išdėstyta atstumu vienas nuo kito, kad įvykus avarijai nebūtų pažeistos kitos kosmodromo konstrukcijos.

Išvada

Kuo labiau tobulėja kosmoso technologijos, tuo sudėtingesnė darosi raketos struktūra ir veikimas. Galbūt po kelerių metų bus sukurti nauji įrenginiai, įveikiantys Žemės gravitaciją. O kitas straipsnis bus skirtas pažangesnės raketos veikimo principams.