Ракета — определение, видове, гориво и принцип на действие

Ракета — ясно и достъпно: дефиниция, видове, течно и твърдо гориво, работен принцип и приложения — от носители и пилотирани мисии до йонни двигатели.

Ракетата може да бъде ракета, космически кораб, самолет или друго превозно средство, което се задвижва от ракетен двигател. Някои големи ракети са ракети-носители, а други са пилотирани (напр. Saturn V). Други ракети, например ракетите, са безпилотни. ("Пилотирана" означава, че в нея има човек; "безпилотна" означава, че машината се движи без човек).

Повечето ракети могат да бъдат изстреляни от земята, тъй като тягата на двигателя е по-голяма от теглото на превозното средство на Земята. Някои от тях се използват за извеждане на спътници в орбита. Някои ракети, като например йонните двигатели, са твърде слаби и тежки, за да се издигнат сами. Те работят, след като други ракети ги изведат в космическото пространство.

Ракетата е изобретена от китайците при използването на пушек. Първите ракети са имали формата на стрели и не са били много бързи. Повечето ракети все още работят с помощта на огън. Огънят създава горещи изгорели газове, които се разширяват и се изстрелват навън. Това кара ракетата да се движи напред.

Повечето ракети все още използват твърдо гориво за разпалване на огъня. Най-големите използват течно гориво, защото то прави огъня по-горещ и ракетата е по-мощна. Безопасната работа с течното гориво обаче е трудна и скъпа. Някои ракети за изстрелване на сателити използват и двете.

Ракетите се използват и за фойерверки и оръжия, както и за контрол на движенията в космическото пространство.

Пилотираните ракети, подобно на другите пилотирани летателни апарати, са проектирани така, че да ограничават ускорението и вибрациите, за да предпазят екипажа. Безпилотните ракети обаче не са обвързани с ограниченията на хората.

Някои ракети се движат по-бързо от скоростта на звука (Мах 1 или 1225 км/ч или 761 мили в час). Тези, които се извеждат в ниска околоземна орбита, развиват 30 000 км/ч (19 000 мили в час).

Юрий Гагарин е съветски космонавт, който на 12 април 1961 г. става първият човек, излетял в открития космос. Той е в ракетата R-7, изстреляна от Съветския съюз.

Как работи ракетата (принцип на действие)

Основният физически принцип на ракетата е реактивното движение — по-точно третият закон на Нютон: за всяко действие има равно и противоположно противодействие. При изгаряне на гориво се образуват много горещи и бързо движещи се газове, които се изхвърлят назад през дюзата. Получената реактивна сила (тяга) избутва ракетата напред.

Ключови параметри са тягата (колко сила произвежда двигателят) и специфичният импулс (Isp) — мярка за ефективността на горивото/двигателя. По-голям специфичен импулс означава, че с единица гориво се получава по-голяма промяна на скоростта.

Видове ракетни двигатели

• Химически ракетни двигатели
  • Твърдопаливни — горивната смес е в твърдо състояние; използват се за стартови ускорители и ракети-носители.
  • Течнопаливни — горивото и окислителят са в течно състояние; позволяват управление на тягата и повторно запалване (пример: керосин + течен кислород, LH2 + LOX).
  • Хиперголични — гориво/окислител, които се запалват при контакт; удобни за маневрени двигатели и ракети с точен запалителен старт, но са токсични и опасни.
  • Хибридни — комбинация от твърдо гориво и течен/газообразен окислител; опитват да съчетаят предимствата на двата типа.
• Електрически двигатели (йонни, плазмени) — много висок специфичен импулс, но ниска тяга; използват се за междупланетни мисии и корекции на орбити.
• Ядрени ракетни двигатели (теоретични/изследвани) — обещават голямо отношение тяга/гориво при дълги мисии, но имат сериозни технически и етични препятствия.

Горива и типове горивни системи

• Твърдо гориво — стабилно, лесно за съхранение и моментално даване на голяма тяга; по-малко контролируемо.
• Течно гориво — по-сложно за работа (особено криогенните горива), но дава по-висока специфична ефективност и възможност за регулиране/презапалване.
• Монопропеланти (напр. хидразин) — използват се за малки маневрени двигатели и RCS на спътници и космически кораби.

Структура и ступенуване

Много ракети за изстрелване на полезен товар са многоступенни. След изчерпване на горивото първата степен се отделя, което намалява масата и позволява по-ефективно достигане на скорост. Системите за управление включват гироскопи, датчици, компютри и малки реактивни двигатели (RCS) за ориентация.

Приложения

• Изстрелване на спътници и космически кораби
• Научни мисии — междупланетни сонди и атмосферни измервания
• Военно предназначение — бойни ракети, противоракетна отбрана
• Фойерверки и пиротехника — за развлечение и визуални ефекти
• Маневриране в орбита — корекция на орбита, поддръжка на спътници

Исторически бележки и ключови личности

Първите прости ракети произхождат от Китай, използвайки пушек (барут). В модерната наука за ракетите важни са имена като Константин Циолковски, Робърт Годард и Сергей Корольов — пионери в теорията и практиката на ракетостроенето. Примери за емблематични ракети са Saturn V) и R-7 (ракета, с която Юрий Гагарин постига първия пилотиран полет в космоса).

Безопасност и ограничения

Пилотираните кораби изискват ограничаване на ускорението и вибрациите за защита на екипажа. Освен това безопасната работа с течно и хиперголично гориво налага сложни процедури и инфраструктура. Безпилотните ракети имат по-голяма свобода по отношение на ускорения и режими на работа, но все пак подлежат на регулации и тестове за безопасност.

Често използвани стойности и термини

Скоростта за достигане на ниска околоземна орбита (НОО) е около 7.8 km/s (~28 000 km/h), докато скоростта на звук е приблизително 1 225 km/h (Мах 1) при стандартни условия. Някои бойни и научни ракети развиват скорости над звуковата, а орбиталните кораби — десетки хиляди километри в час.

Ако желаете, мога да добавя схема на многоступен двигател, сравнение между конкретни видове горива (напр. керосин/LOX срещу водород/LOX) или списък с исторически разработки и дати. Кажете какво ви е най-интересно.

Въпроси и отговори

В: Какво представлява ракетата?

В: Всички ракети ли се изстрелват от земята?

Въпрос: Как са се появили ракетите?

Въпрос: Какъв вид гориво използват повечето ракети?

Въпрос: Какви са някои приложения на ракетите?

В: Кой е бил Юрий Гагарин?

Търсене по буква