Типы и работа ракетных двигателей

Тип ракетного двигателя в каждом отдельном случае будет выбираться в зависимости от задач полета. Вопрос о замене реактивных двигателей, работающих на химическом топливе, на активном участке полета пока еще не решен. В настоящее время эти двигатели остаются единственным средством вывода космических объектов за пределы атмосферы.

Как только ракета отделяется от стартового стола и набирает скорость, ее движению сразу же начинает препятствовать сопротивление воздуха, которое быстро растет с увеличением скорости.

Плотные слои атмосферы необходимо проходить по кратчайшему пути, чтобы не тратить напрасно топливо на преодоление сопротивления воздуха. Поэтому ракеты взлетают вертикально.

В начале своего полета ракета движется все время с ускорением (увеличение скорости за секунду), которое на высоте 60 км достигает 90 м/сек2. Уже не вертикально, а чуть наклонно сигарообразная ракета несется со скоростью более 2 км/сек (рис. 4).

Восемьдесят пятая секунда с момента старта. Автоматически отделяется первая (нижняя) ступень. Некоторое время она летит рядом с ракетой, потом отстает и теряется в воздушном океане.

Тем временем включаются двигатели второй ступени. Ускорение опять стремительно нарастает! На двести десятой секунде с момента старта оно вновь достигает 90 м/сек2. В этот момент отделяется вторая ступень.

Ракета летит уже почти горизонтально на высоте 250 км. Ее скорость 5,5 км/сек. Если в это время не включится двигатель третьей ступени, аппарат опишет огромную заатмосферную дугу и упадет на Землю, вернее, упадет то, что не успеет сгореть в плотных слоях атмосферы. Но третья ступень включается исправно. Работает она немногим более минуты.

Через пять минут после старта двигатель последней ступени прекращает работу, и аппарат оказывается на высоте 300 км от Земли. Он движется параллельно поверхности Земли с первой космической скоростью — 7,9 км/сек. Но Земля притягивает к себе аппарат, искривляя его путь. Так как движение аппарата криволинейно, появляется центробежная сила, равная его весу.

В результате он становится невесомым и огибает Землю по окружности.

Представим себе, что к моменту достижения скорости 7,9 км/сек двигатель почему-либо не отключился и вырабатывает оставшееся топливо. Скорость растет: 8— 8,5 — 9 км/сек. Наконец топливо кончается. Аппарат имеет скорость, значительно превышающую необходимую. Ее, однако, недостаточно, чтобы вообще уйти от Земли — для этого нужна скорость, по крайней мере равная 11,2 км!сек.

Имея избыток скорости, спутник ведет себя более свободно по отношению к Земле. Он сначала уходит от планеты на высоту в тысячи километров, а потом, описав дугу, вновь возвращается. При этом он может вернуться в плотные слои атмосферы и сгореть. Все зависит от того, насколько ошиблись в расчете величины и направления начальной скорости.

Если же максимальное приближение спутника к Земле не будет меньше, чем, скажем, километров двести, то он так и будет обращаться по своей вытянутой орбите — эллипсу. Конечно, и период обращения увеличится. Если круговую орбиту вокруг Земли на высоте 300 км он проходил за время несколько больше часа, то на эллипс может потребоваться два и даже три часа. Так, например, советскому спутнику-ретранслятору «Молния-1» требуется 12 часов для завершения одного полного оборота вокруг Земли.

Существенно еще и положение орбиты спутника относительно Земли. Предположим, что запуск происходил из точки, расположенной на экваторе, и таким образом, что после выведения на орбиту аппарат двигался в плоскости, совпадающей с плоскостью экватора. В этом случае его орбита называется экваториальной. Со спутника будет все время видна только прилегающая к экватору полоса Земли.

Если необходимо видеть всю Землю, нужно выбрать другую орбиту. Лучше всего, если она проходит над полюсами. Тогда при каждом обороте спутник проходит все земные широты. А так как Земля вращается вокруг своей оси, то за сутки спутник пересечет все земные широты и долготы. Это полярная орбита.

Все орбиты, лежащие между экваториальной и полярной, называются наклонными и характеризуются углом наклона к плоскости экватора.

Орбита со временем изменяет не только форму, но и свое положение относительно Земли. Эти изменения, однако, совсем незначительны по сравнению с теми, которые может произвести, например, маневрирующий спутник.