Реактивное движение

Размещено на http://www.allbest.ru/

Государственное бюджетное образовательное учреждение гимназия №1516 Восточного Административного округа управление образования департамента образования

Курсовой проект

По курсу «Физика»

Тема «Реактивное движение»

Работу выполнила

ученица 10 класса «Б»

ГБОУ

ВОУО ДО г. Москвы

Какое движение называется реактивным? Примеры реактивного движения в природе

Реактивное движение - движение тела, при котором от тела отделяется и движется какая-то его часть, в результате чего само тело приобретает противоположно направленный импульс.

Реактивное движение в природе

Среди растений реактивное движение встречается у созревших плодов бешеного огурца. При созревании растения его плод отцепляется от плодоножки. Под большим давлением из плода выбрасывается жидкость с семенами, которая направлена в противоположное направление движению плода.

Среди животного мира реактивное движение встречается у кальмаров, осьминогов, медуз, каракатиц и других. Перечисленные животные передвигаются, выбрасывая вбираемую ими воду.

Реактивные двигатели:

а) Два класса реактивных двигателей

б) Применение реактивных двигателей для самолетов и ракет, не входящих за пределы атмосферы (гражданская и военная техника)

Реактивный двигатель -- двигатель создающий необходимую для движения силу тяги посредством преобразования потенциальной энергии топлива в кинетическую энергию реактивной струи рабочего тела.

Рабочее тело с большой скоростью истекает из двигателя, и, в соответствии с законом сохранения импульса, образуется реактивная сила, толкающая двигатель в противоположном направлении. Для разгона рабочего тела может использоваться как расширение газа, нагретого тем или иным способом до высокой температуры (т.н. тепловые реактивные двигатели), так и другие физические принципы, например, ускорение заряженных частиц в электростатическом поле.

Реактивный двигатель сочетает в себе собственно двигатель с движителем, то есть он создаёт тяговое усилие только за счёт взаимодействия с рабочим телом, без опоры или контакта с другими телами. По этой причине чаще всего он используется для приведения в движение самолётов, ракет и космических аппаратов.

Существует два основных класса реактивных двигателей:

§ Воздушно-реактивные двигатели

§ Ракетные двигатели

Воздушно-реактивный двигатель (ВРД) -- тепловой реактивный двигатель, в качестве рабочего тела которого используется разогретая смесь атмосферного воздуха и продуктов горения топлива. Нагрев происходит за счёт химической реакции окисления горючего кислородом из атмосферного воздуха. Ускорение рабочего тела происходит за счет повышения давления вследствие его нагрева.

Впервые этот термин в печатной публикации, по-видимому, был использован в 1929 г. Б. С. Стечкиным в журнале «Техника Воздушного Флота», где была помещена его статья «Теория воздушного реактивного двигателя».В английском языке этому термину наиболее точно отвечает словосочетание англ. air-breathing jet engine.[источник не указан 68 дней]

Воздушно-реактивные двигатели используются, как правило, для приведения в движение летательных аппаратов на высотах до 40 км для турбореактивных двигателей, до 55 км для прямоточных и, в теории, до 75 км для гиперзвуковых прямоточных.

Общие принципы работы.

Несмотря на многообразие ВРД, существенно отличающихся друг от друга конструкцией, характеристиками и областью применения, можно выделить ряд принципов, общих для всех ВРД и отличающих их от тепловых двигателей других типов.

Реактивная тяга.

Воздушно-реактивный двигатель -- реактивный двигатель, развивающий тягу за счёт реактивной струи рабочего тела, истекающего из сопла двигателя. С этой точки зренияВРД подобен ракетному двигателю (РД), но отличается от последнего тем, что большую часть рабочего тела он забирает из окружающей среды -- атмосферы, в том числе иокислитель, необходимый для горения топлива. В качестве окислителя в ВРД используется кислород, содержащийся в воздухе. Благодаря этому ВРД обладает преимуществом в сравнении с ракетным двигателем при полётах в атмосфере. Если летательный аппарат, оборудованный ракетным двигателем должен транспортировать какгорючее, так и окислитель, масса которого больше массы горючего в 2-8 раз, в зависимости от вида горючего, то аппарат, оснащённый ВРД должен иметь на борту только запас горючего.

Рабочее тело ВРД на выходе из сопла представляет собой смесь продуктов сгорания горючего с оставшимися после выгорания кислорода фракциями воздуха. Если для полного окисления 1 кг керосина (обычного топлива для ВРД) требуется около 3,4 кг чистого кислорода, то, учитывая, что атмосферный воздух содержит лишь 23 % кислорода по массе, для полного окисления этого горючего требуется 14,8 кг воздуха, и, следовательно, рабочее тело, как минимум, на 94 % своей массы состоит из исходного атмосферного воздуха. На практике в ВРД, как правило, имеет место избыток расхода воздуха (иногда -- в несколько раз, по сравнению с минимально необходимым для полного окисления горючего), например, в турбореактивных двигателях массовый расход горючего составляет 1 % -- 2 % от расхода воздуха.[10] Это позволяет при анализе работы ВРД, во многих случаях, без большого ущерба для точности, считать рабочее тело ВРД, как на выходе, так и на входе, одним и тем же веществом -- атмосферным воздухом, а расход рабочего тела через любое сечение проточной части двигателя -- одинаковым.

Динамику ВРД можно представить следующим образом: рабочее тело, поступает в двигатель со скоростью полёта, а покидает его со скоростью истечения реактивной струи из сопла. Из баланса импульса, получается простое выражение для реактивной тяги ВРД:

(1)

Где -- сила тяги, -- скорость полёта, -- скорость истечения реактивной струи (относительно двигателя), -- секундный расход массы рабочего тела через двигатель. Очевидно, ВРД эффективен (создаёт тягу) только в случае, когда скорость истечения рабочего тела из сопла двигателя превышает скорость полёта: .

Скорость истечения газа из сопла теплового реактивного двигателя зависит от химического состава рабочего тела, его абсолютной температуры на входе в сопло, и от степени расширения рабочего тела в сопле двигателя (отношения давления на входе в сопло к давлению на его срезе).

Химический состав рабочего тела для всех ВРД можно считать одинаковым, что же касается температуры, и степени расширения, которые достигаются рабочим телом в процессе работы двигателя -- имеют место большие различия для разных типов ВРД и разных образцов ВРД одного типа. Во всяком случае, для каждого ВРД существует некоторая максимальная, специфическая для данного двигателя скорость истечения рабочего тела из сопла, которая ограничивает сверху диапазон скоростей полёта, при которых данный ВРД эффективен.

С учётом вышесказанного можно сформулировать и главные недостатки ВРД в сравнении с РД:

§ ВРД работоспособен только в атмосфере, а РД -- в любой среде и в пустоте.

§ ВРД эффективен только до некоторой, специфической для данного двигателя, предельной скорости полёта, а тяга РД не зависит от скорости полёта.

§ ВРД значительно уступает ракетному двигателю в удельной тяге по весу -- отношении тяги двигателя к его весу. Например, для ТРД АЛ-31ФП этот показатель равен 9,5, а для ЖРД НК-33 -- 128. Из этого следует, что при одной и той же тяге ракетный двигатель в несколько раз (иногда, более чем в десять раз) легче ВРД.

Термодинамические свойства.

В основу большинства ВРД как тепловой машины положен термодинамический цикл Брайтона, в котором сначала происходит адиабатическое сжатие рабочего тела. Потом производится изобарический подвод теплоты за счёт сжигания топлива в камере сгорания. После чего следует адиабатическое расширение во время которого и формируется реактивная струя. Завершает цикл изобарический отвод теплоты в процессе охлаждения реактивной струи в атмосфере.

Наиболее рациональным является формирование реактивной струи в процессе расширения до достижения статического давления рабочего тела, равного забортному атмосферному давлению.[11]. Таким образом, для ВРД обязательно условие: давление в камере сгорания перед началом фазы расширения рабочего тела должно превышать атмосферное, и чем больше -- тем лучше, тем выше полезная работа термогазодинамического цикла и его КПД. Но в окружающей среде, из которой забирается рабочее тело, оно находится при атмосферном давлении. Следовательно, чтобы ВРД мог работать, необходимо тем или иным способом повысить давление рабочего тела в камере сгорания по отношению к атмосферному.

Эффективность.

Эффективность ВРД определяют несколько КПД или коэффициентов полезного действия.

Эффективность ВРД как теплового двигателя определяет эффективный КПД двигателя

(2)

Где Q1 -- количество теплоты отданное нагревателем, Q2 -- количество теплоты полученное холодильником.

Зависимость полётного КПД от отношения

Эффективность ВРД как движителя определяет полётный или тяговый КПД

(3)

Сравнивая формулы (1) и (3) можно прийти к выводу, что чем выше разница между скоростью истечения газов из сопла и скоростью полета, тем выше тяга двигателя и тем ниже полетный КПД. При равенстве скоростей полета и истечения газов из сопла полетный КПД будет равен 1, то есть 100 %, но тяга двигателя будет равна 0. По этой причине проектирование ВРД является компромиссом между создаваемой им тягой и его полетным КПД.

Общий или полный КПД ВРД является произведением двух приведеных выше КПД

(4)

Воздушно-реактивные двигатели можно разбить на две основные группы. ВРД прямой реакции, в которых тяга создается исключительно за счёт реактивной струи истекающей из сопла. И ВРД непрямой реакции, в которых тяга кроме или вместо реактивной струи создается посредством использования специального движителя, например пропеллера или несущего винта вертолёта. Применяется также классификация по признаку наличия механического воздушного компрессора в тракте двигателя: в этом случае ВРД подразделяются на бескомпрессорные (ПВРД с его вариантами, ПуВРД с его вариантами) -- и компрессорные, где компрессор приводится от газовой турбины -- ТРД, ТРДД, ТВД с их вариантами, а также мотокомпрессорный воздушно-реактивный двигатель, в котором компрессор приводится не от турбины, а от отдельного двигателя внутреннего сгорания (с воздушным винтом или без него).

Ракетный двигатель -- реактивный двигатель, источник энергии и рабочее тело которого находится в самом средстве передвижения. Ракетный двигатель -- единственный практически освоенный для вывода полезной нагрузки на орбиту искусственного спутника Земли и применения в условиях безвоздушного космического пространства тип двигателя. Другие типы двигателей, пригодные для применения в космосе (например, солнечный парус, космический лифт) пока еще не вышли из стадии теоретической и/или экспериментальной отработки.

Сила тяги в ракетном двигателе возникает в результате преобразования исходной энергии в кинетическую энергию реактивной струи рабочего тела. В зависимости от вида энергии, преобразующейся в кинетическую энергию реактивной струи, различают химические ракетные двигатели, ядерные ракетные двигатели и электрические ракетные двигатели.

Характеристикой эффективности ракетного двигателя является удельный импульс (в двигателестроении применяют несколько другую характеристику -- удельная тяга) -- отношение количества движения, получаемого ракетным двигателем, к массовому расходу рабочего тела. Удельный импульс имеет размерность м/c, то есть размерность скорости. Для идеального ракетного двигателя удельный импульс численно равен скорости истечения рабочего тела из сопла.

ракета атмосфера реактивный двигатель

Химические ракетные двигатели

Двигательная установка Спейс Шаттла сочетает в себе основные типы химических ракетных двигателей:

боковые ускорители -- РДТТ;

маршевые двигатели орбитера -- ЖРД.

Наиболее распространены химические ракетные двигатели, в которых, в результате экзотермической химической реакции горючего и окислителя (вместе именуемые топливом), продукты сгорания нагреваются в камере сгорания до высоких температур, расширяясь, разгоняются в сверхзвуковом сопле и истекают из двигателя. Топливо химического ракетного двигателя является источником как тепловой энергии, так и газообразного рабочего тела, при расширении которого его внутренняя энергия преобразуется в кинетическую энергию реактивной струи.

В твердотопливном двигателе (РДТТ) горючее и окислитель хранятся в форме смеси твёрдых веществ, а топливная ёмкость одновременно выполняет функции камеры сгорания. Твердотопливный двигатель и ракета, оборудованная им, конструктивно устроены гораздо проще всех других типов ракетных двигателей и соответствующих ракет, а потому они надёжны, дёшевы в производстве, не требуют больших трудозатрат при хранении и транспортировке, время подготовки их к пуску минимально. Поэтому в настоящее время они вытесняют другие типы ракетных двигателей из области военного применения. Вместе с тем, твёрдое топливо энергетически менее эффективно, чем жидкое. Удельный импульс твердотопливных двигателей составляет 2000 -- 3000 м/с. Тяга -- свыше 1300тс (ускоритель Спейс Шаттла).

В жидкостных ракетных двигателях (ЖРД) горючее и окислитель пребывают в жидком агрегатном состоянии. Они подаются в камеру сгорания с помощью турбонасосной или вытеснительной системами подач. Жидкостные ракетные двигатели допускают регулирование тяги в широких пределах, и многократное включение и выключение, что особенно важно при маневрировании в космическом пространстве. Удельный импульс ЖРД достигает 4500 м/c. Тяга -- свыше 800тс (РД-170). По совокупности этих свойств ЖРД предпочтительны в качестве маршевых двигателей ракет-носителей космических аппаратов, и маневровых двигателей КА.

В качестве пары горючее + окислитель могут использоваться различные компоненты. В современных криогенных двигателях используется пара жидкий кислород + жидкий водород (наиболее эффективные компоненты для ЖРД). Другой группой компонентов являются самовоспламеняющиеся при контакте друг с другом, пример такой схемы -- азотный тетраоксид + несимметричный диметилгидразин. Довольно часто применяется пара жидкий кислород + керосин. Существенно соотношение компонентов: на 1 часть горючего может подаваться от 1 части окислителя (топливная пара кислород + гидразин) до 5 и даже 19 частей окислителя (топливные пары азотная кислота + керосин и фтор+ водород[1] соответственно).

Обладая сравнительно невысоким удельным импульсом (в сравнении с электрическими ракетными двигателями), химические ракетные двигатели позволяют развивать большую тягу, что особенно важно при создании средств выведения полезной нагрузки на орбиту или для осуществления межпланетных полётов в относительно короткие сроки.

На конец 1-го десятилетия XXI в. все, без исключения, ракетные двигатели, применяемые в ракетах военного назначения, и все, без исключения, двигатели ракет-носителей космических аппаратов -- химические.

Следует так же отметить, что в настоящее время для химических ракетных двигателей практически достигнут предел энергетических возможностей топлива, и поэтому теоретически не предвидится возможность существенного увеличения их удельного импульса, а это ограничивает возможности ракетной техники, базирующейся на использовании химических двигателей, уже освоенными двумя направлениями:

§ 1. Космические полёты в околоземном пространстве (как пилотируемые, так и беспилотные).

§ 2. Исследование космоса в пределах Солнечной системы с помощью автоматических аппаратов (Вояджер, Галилео, Кассини-Гюйгенс,Улисс).

Если кратковременная пилотируемая экспедиция к Марсу или Венере с использованием химических двигателей ещё представляется возможной (хотя существуют сомнения в целесообразности такого рода полётов), то для путешествия к более далёким объектам Солнечной системы размеры необходимой для этого ракеты и длительность полёта выглядят нереалистично.

Для ряда случаев выгодно применять гибридные ракетные двигатели, в котором один компонент ракетного топлива хранится в твёрдом состоянии, а другой (как правило -- окислитель) -- в жидком. Такие двигатели обладают меньшей стоимостью, чем жидкостные, более надёжны. В отличие от твёрдотопливных, допускают многократное включение. При длительном хранении заряда его характеристики ухудшаются незначительно.

Ядерные ракетные двигатели

Ядерный ракетный двигатель -- реактивный двигатель, рабочее тело в котором (например, водород, аммиак и др.) нагревается за счет энергии, выделяющейся при ядерных реакциях (распада или термоядерного синтеза). Различают радиоизотопные, ядерные и термоядерные ракетные двигатели.

Ядерные ракетные двигатели позволяют достичь значительно более высокого (по сравнению с химическими ракетными двигателями) значения удельного импульса благодаря большой скорости истечения рабочего тела (от 8 000 м/с до 50 км/с и более). Вместе с тем, общая тяга ЯРД может быть сравнима с тягой химических ракетных двигателей, что создает предпосылки для замены в будущем химических ракетных двигателей ядерными. Основной проблемой при использовании ЯРД является радиоактивное загрязнение окружающей среды факелом выхлопа двигателя, что затрудняет использование ЯРД (кроме, возможно, газофазных -- см. ниже), на ступенях ракет-носителей, работающих в пределах земной атмосферы. Впрочем, конструктивно совершенный ГФЯРД, исходя из его расчётных тяговых характеристик, может легко решить проблему создания полностью многоразовой одноступенчатой ракеты-носителя.

ЯРД по агрегатному состоянию ядерного топлива в них подразделяются на твёрдо, жидко- и газофазные. В твёрдофазных ЯРД делящееся вещество, как и в обычныхядерных реакторах, размещено в сборках-стержнях (ТВЭЛах) сложной формы с развитой поверхностью, что позволяет эффективно нагревать (лучистой энергией в данном случае можно пренебречь) газообразное рабочее тело (обычно -- водород, реже -- аммиак), одновременно являющееся теплоносителем, охлаждающим элементы конструкции и сами сборки. Температура РТ ограничена максимальной допустимой температурой элементов конструкции (не более 3 000 °К), что ограничивает скорость истечения. Удельный импульс твердофазного ЯРД, по современным оценкам, составит 8000--9000 м/с, что более, чем вдвое превышает показатели наиболее совершенных химических ракетных двигателей. Такие ядерные ракетные двигатели были созданы и успешно испытаны на стендах (программа NERVA в США, ядерный ракетный двигательРД-0410 в СССР). Жидкофазные ЯРД являются более эффективными: ядерное топливо в их активной зоне находится в виде расплава, и, соответственно, тяговые параметры таких двигателей выше (удельный импульс может достигать величин порядка 1500 с).

В газофазных ЯРД (ГФЯРД) делящееся вещество (например, уран), также как и рабочее тело, находится в газообразном состоянии и удерживается в рабочей зоне электромагнитным полем (один из многих предложенных вариантов конструкции). Существует также конструкция ГФЯРД, в которой ядерное топливо (раскалённый урановый газ или плазма) заключено в термоустойчивую оптически прозрачную капсулу, т. н. ядерную лампу (light bulb) и таким образом полностью изолировано от омывающего «лампу» потока рабочего тела, вследствие чего нагрев последнего происходит за счет излучения «лампы». В некоторых разработках для материала ядерной лампы предлагалось использовать искусственный сапфир или подобные материалы. В случае же удержания ядерной плазмы электромагнитным полем существует небольшая утечка делящегося вещества во внешнюю среду и в конструкции предусмотрена подача ядерного топлива в активную зону для восполнения его количества.

Строго говоря, в случае газофазного ЯРД лишь часть активной зоны должна находиться в газообразном состоянии, так как периферийные части активной зоны могут, за счёт предварительного контактного подогрева водорода, выделять до 25 % нейтронной мощности и обеспечивать критическую конфигурацию активной зоны при относительно небольшом размере собственно газообразного ТВЭЛа. Использование, например, бериллиевого, также охлаждаемого, вытеснителя нейтронов, позволяет повысить концентрацию нейтронов в нейтронодефицитном газофазном ТВЭЛе, в 2-2,5 раза по сравнению с показателем для твердофазной части зоны. Без такого «трюка» размеры газофазного ЯРД стали бы неприемлемо большими, так как для достижения критичности газофазный ТВЭЛ должен иметь очень большой размер, из-за низкой плотности высокотемпературного газа.

Рабочее тело (водород) содержит частицы углерода для эффективного нагрева за счёт поглощения лучистой энергии. Термостойкость элементов конструкции в ЯРД этого типа не является сдерживающим фактором, поэтому скорость истечения рабочего тела может превышать 30 000 м/с (удельный импульс порядка 3000 с.) при температуре рабочего тела на выходе из сопла до 12000 К. В качестве ядерного топлива для ГФЯРД предлагается, в частности, уран-233. Существуют варианты ГФЯРД закрытой (в том числе с «ядерной лампой») и открытой схемы (с частичным смешением ядерного топлива и рабочего тела). Считается, что газофазные ЯРД могут быть использованы в качестве двигателей первой ступени, несмотря на утечку делящегося вещества. В случае же использования закрытой схемы ГФЯРД с «ядерной лампой» факел тяги двигателя может иметь относительно невысокую радиоактивность.

Первые исследования в области ЯРД были начаты еще в 1950-х гг. На настоящий момент ядерные ракетные двигатели с делящимся веществом в твердой фазе находятся на стадии экспериментальной отработки. В Советском Союзе и в США твердофазные ЯРД активно испытывались в 70-х годах XX века. Реактор «NERVA» был готов к использованию в качестве двигателя третьей ступени ракеты-носителя «Сатурн V», (см. Сатурн C-5N) однако лунную программу к этому времени закрыли, а других задач для этих РН не было. В СССР к концу 1970-х гг был создан и активно проходил испытания на стендовой базе в районе Семипалатинска ядерный ракетный двигатель РД- 0410. Основу этого двигателя с тягой 3,6 т составлял ядерный реактор ИР-100 с топливными элементами из твердого раствора карбида урана и карбида циркония. Температура водорода достигала 3000 К при мощности реактора ~ 170 МВт.

Газофазные ЯРД в настоящий момент находятся на стадии теоретической отработки, однако и в СССР, и в США проводились также и экспериментальные исследования. В СССР, в частности, был разработан действующий тепловыделяющий элемент для ГФЯРД. Ожидается, что новый толчок к работам над газофазными двигателями дадут результаты эксперимента «Плазменный кристалл», проводившегося на орбитальных космических станциях «МИР» и МКС.

На конец 1-го десятилетия XXI в. нет ни одного случая практического применения ядерных ракетных двигателей, несмотря на то, что основные технические проблемы создания такого двигателя были решены ещё полвека тому назад. Основным препятствием на пути практического применения ЯРД являются оправданные опасения того, что авария летательного аппарата с ЯРД может создать значительное радиационное загрязнение атмосферы и некоторого участка поверхности Земли, нанеся как прямой вред, так и осложнив геополитическую ситуацию. Вместе с тем очевидно, что дальнейшее развитие космонавтики, приняв масштабный характер, не сможет обойтись без применения схем с ЯРД, так как химические ракетные двигатели уже достигли практического предела своей эффективности и их потенциал развития весьма ограничен, а для создания скоростного, долговременно работающего и экономически оправданного межпланетного транспорта химические двигатели по ряду причин непригодны.

Электрические ракетные двигатели

В электрических ракетных двигателях (ЭРД) в качестве источника энергии для создания тяги используется электрическая энергия. Удельный импульс электрических ракетных двигателей может достигать 10--210 км/с.

В зависимости от способа преобразования электрической энергии в кинетическую энергию реактивной струи, различают электротермические ракетные двигатели, электростатические (ионные) ракетные двигатели и электромагнитные ракетные двигатели.

Высокие значения удельного импульса ЭРД позволяет ему расходовать (в сравнении с химическими двигателями) малое количество рабочего тела на единицу тяги, но при этом возникает проблема большого количества электроэнергии, необходимой для создания тяги. Мощность, необходимая для создания единицы тяги ракетного двигателя (без учёта потерь), определяется формулой

Здесь P -- удельная мощность (ватт/ньютон тяги); I -- удельный импульс (м/c).

Таким образом, чем выше удельный импульс, тем меньше требуется вещества, и больше -- энергии, для создания единицы тяги. Поскольку мощность источников электроэнергии на космических аппаратах весьма ограничена, это ограничивает и тягу, которую могут развить ЭРД. Самым приемлемым для ЭРД источником электроэнергии в космосе в настоящее время являются солнечные батареи, не потребляющие топлива, и обладающие достаточно высокой удельной мощностью (по сравнению с другими источниками электроэнергии).

Низкая тяга (не превышающая единиц ньютона для самых мощных из современных электрических ракетных двигателей) и неработоспособность в атмосфере, на высотах менее 100 км суживают область применения электрических ракетных двигателей.

В настоящий момент электрические ракетные двигатели применяются в качестве двигателей ориентации и коррекции орбит автоматических космических летательных аппаратов (главным образом, спутников связи) с использованием солнечных батарей в качестве источников энергии. Благодаря высокому удельному импульсу (скорости истечения) расход рабочего тела (РТ) небольшой, что позволяет обеспечить длительный срок активного существования КА.[1]

Плазменные ракетные двигатели

Плазменный двигатель (далее ПД) -- энергию плазмы в скорость истечения струи, обеспечивающее при этом защиту конструкции и эффективный выход плазмы из магнитного поля. Выше описан принцип работы двигателя VASIMR, пока что (2009 год) не прошедшего ни лётных, ни в полной мере стендовых испытаний. Другие типы плазменных двигателей, в частности СПД и ДАС (двигатели с анодным слоем), очень к ним близкие, имеют совершенно другие принципы работы.

Освоение космического пространства

Работы Н.И. Кибальчича.

КИБАЛЬЧИЧ, НИКОЛАЙ ИВАНОВИЧ (1853-1881) -- изобретатель, автор первого русского проекта реактивного двигателя и летательного аппарата для полетов людей, социалист-революционер, народоволец.

Родился 19 октября 1853 в г.Короп Черниговской губ. в семье священника, в 1864 поступил в Новгород-Северскую гимназию, но (по настоянию отца) был отправлен в духовное училище, затем в Черниговскую духовную семинарию, откуда в 1869 вновь вернулся в гимназию и окончил ее с серебряной медалью. Уже тогда отличался выдающимися способностями к математике и языкам и в то же время бунтарским характером; в 16 лет категорически порвал отношения с отцом, участвовал в создании тайной библиотеки запрещенных книг при гимназии.

В 1871 начал учиться в Петербургском институте инженеров путей сообщения, полагая, что "для России железные дороги -- самый жизненный вопрос; покроется Россия непрерывной сетью железных дорог, и мы процветем…".

В 1873 потерял интерес к железнодорожному транспорту и поступил в Медико-хирургическую академию, бывшую тогда центром студенческого движения Петербурге, тогда же приобщился к движению народников. Участник "хождения в народ". В октябре 1875 попал в тюрьму, обвиненный в хранении нелегальной литературы; в 1878 выпущен под надзор полиции без права завершения образования (с "волчьим билетом").

Перейдя в 1878 на нелегальное положение, вошел (по приглашению А.А.Михайлова и А.Д.Квятковского) в террористическую группу "Свобода или смерть", входившую в организацию "Земля и воля", в которой возглавил группу, ответственную за производство взрывчатых веществ (нитроглицерина, динамита), за что получил прозвище "главного техника", "агента-исполнителя решений" у товарищей-народовольцев. После раздела "Земли и Воли" на "Народную волю" и "Черный передел", остался в организации народовольцев. На протяжении 1879 изготовил несколько пудов динамита, рискуя взорваться сам во время опытов или быть арестованным на месте производства недозволенных веществ. Одновременно изучал возможности применения пороха для летательных аппаратов.

По словам своего товарища по организации народовольцев И.Ясинского, Кибальчич был "среднего роста, носил черный сюртучок, крахмальное белье, галстук и вообще имел вид европейский. Был не щеголеват, очень опрятен, вежлив и скромен, горделиво скромен… От него веяло холодком. Он располагал к себе, чем-то притягивал, но как будто и отталкивал. Большой лоб, бородка и зачесанные назад густые прямые волосы. Лицо крупное, очень бледное, а на бледном лице два черных бриллиантика -- сверкающие, серьезные, спокойно глядящие перед собой глаза. Говорил мало…"

С 1879 Кибальчич -- член исполкома "Народной воли". Руководил подпольной типографией, занимался публицистикой (псевдонимы: Самойлов, Дорошенко), став автором одной из программных статей народовольчества "Политическая революция и экономический вопрос" ("Народное дело". 5 февраля 1881). Полагая террор лучшим средством борьбы за свои идеалы, весной 1879 вместе с товарищами готовил взрыв царского поезда в Одессе (изобретал запалы, нитроглицериновый "гремучий студень", доставлял взрывчатку в Одессу, рассчитывал последствия взрыва). После неудачи с покушением на царский поезд готовил динамит для взрыва в Зимнем дворце, который передавал А.А.Квятковскому и А.А.Желябову, а они, в свою очередь, строившемуся паркетчиком во дворец С.Н.Халтурину. Весной 1881 на пустыре за Невой, напротив Смольного института в Петербурге, обучал бомбистов обращению с разработанным им снарядом для нового покушения на Александра II. По его расчетам, взрыв, намеченный на 1 марта 1881, должен был уничтожить "все живое в радиусе 15-18 саженей".

Спустя 17 дней после цареубийства, 17 марта 1881, был арестован как соучастник.

На допросах он вел себя мужественно, стремясь превратить их в трибуну для прокламации народовольческих идей. Утверждал, что "террористическая деятельность -- не только средство для наказания начальствующих лиц за их преследования социалистов, но и орудие борьбы для достижения политического и экономического освобождения народа". Заявлял: "даю слово, что все мое время, все мои силы я употреблю на служение революции посредством террора!". На вопрос о семейном положении ответил: "Женщины любят, чтобы за ними ухаживали, а я этого не умею, да и некогда мне".

Председатель суда Э.Я.Фукс записал о нем: "Кибальчич -- замечательный ум, необыкновенная выдержка, адская энергия и поразительное спокойствие". Находясь в тюрьме, революционер до последней минуты оставался ученым, продолжая работу над проектом создания реактивного ракетного двигателя ("проект воздухоплавательного прибора") с твердотопливным многозарядным двигателем импульсного горения. Он также продолжал создавать описание устройства порохового двигателя, рассчитывал габариты пороховых шашек и камеры сгорания ракетного двигателя. Он размышлял над проблемами управления полетом летательного аппарата и обеспечения его устойчивости с помощью крыльев-стабилизаторов, анализировал способы торможения аппарата в атмосфере при спуске.

Однако министр внутренних дел отказался отправить его научные расчеты и записи "рассмотрение ученых, поскольку это могло бы вызвать неуместные толки". Тем не менее, слухи об изобретателе достигли части русского генералитета, и военные (в частности, ген. Э.И.Тотлебен) предложили "засадить" конструктора "крепко-накрепко до конца его дней, но при этом предоставить ему полную возможность работать над своими техническими изобретениями". Это предложение не нашло понимания у властей, намеревавшихся казнить ученого. Накануне казни Кибальчич обратился с письмом к новому императору Александру III, пытаясь убедить его в необходимости изменения политической системы. Письмо до адресата не дошло. Перед самой казнью Кибальчич отказался от исповеди и причастия, вступил в диспут со священником, обосновывая атеистические взгляды.

"Цареубийца" был повешен вместе с другими "первомартовцами" спустя месяц после теракта, 3 апреля 1881 в Петербурге.

Материалы по разработке проекта его ракетного двигателя были опубликованы в 1918 ("Былое". 1918. № 4-5). Тогда же стало ясно, насколько близки были его идеи взглядам К.Э.Циолковского. Задолго до Циолковского Кибальчич обосновал выбор рабочего тела и источника энергии космического летательного аппарата, высказал идею о возможности применения бронированных порохов для реактивного двигателя. Он также рассчитал способы обеспечения программированного режима горения пороха, разработал методы сжигания, топливоподающее и регулирующие устройства. Подачу пороховых шашек в камеру сгорания предполагал осуществлять с помощью автоматических часов.

Яркая судьба Кибальчича, романтизация террористов-народольцев как героев борьбы за народное счастье, необычная фамилия натолкнули А.П.Гайдара на создание образа Мальчиша-Кибальчиша. Спустя 15 лет после Великой Отечественной войны в доме, где родился Кибальчич, был открыт его мемориальный музей. В 1966 один из кратеров на обратной стороне Луны был назван его именем, поскольку в области космонавтики идеи Н.И.Кибальчича на много десятилетий опередили свое время.

Работы К.Э. Циалковского.

Константин Эдуардович Циолковский родился в 1857 году в русском селе Ижевское Рязанской губернии, в семье польского дворянина, служившего по ведомству государственных имуществ. В 1860 году семья Циолковских переехала в Рязань. В возрасте 9 лет Константин Циолковский заболел скарлатиной. В результате осложнения после болезни он частично потерял слух. Это событие оказало огромное влияние на его дальнейшую жизнь.

В 1868 году семья Циолковских переезжает в Вятку. В 12 лет Константин поступает в гимназию, но учеба ему не дается, в том числе и из-за плохого слуха. Ко всему этому в 1870 году умирает мать Циолковского, что еще больше замыкает мальчика в самом себе. И спустя 3 года после поступления его отчисляют из гимназии за неуспеваемость и плохое поведение. Он начинает заниматься образованием самостоятельно. Единственными друзьями мальчика становятся книги. В отличие от гимназических учителей книги щедро оделяют его знаниями и никогда не делают ни малейших упреков. В это же время Константин Циолковский приобщается к техническому и научному творчеству.

И вот уже через два года в 1873 году для отца становятся очевидными способности сына, и он решает послать мальчика в Москву для продолжения образования. В Москве в течение 3 лет он самостоятельно и с успехом изучает химию, физику, астрономию, высшую математику, аналитическую геометрию.

В 1876 году Циолковский в возрасте 19 лет возвращается в Вятку, с большим багажом знаний и технических идей. Именно с этого момента можно отсчитывать начало увлечения Циолковского аэродинамикой.

В 1878 году семья Циолковских возвращается в Рязань.

В 1879 году Константин Циолковский построил первую в мире центробежную машину (предшественницу современных центрифуг) и провел на ней опыты с разными животными. Вес рыжего таракана был увеличен в 300 раз, а вес цыпленка - в 10, без малейшего для них вреда.

В 1880 году Константин Циолковский сдает экзамены на звание учителя уездной школы и переезжает в Боровск по назначению от Министерства просвещения на свою первую государственную должность. В том же году Циолковский женится на Варваре Евграфовне Соколовой. Молодая чета начинает жить отдельно, и молодой ученый продолжает физические опыты и техническое творчество. В доме у Циолковского сверкают электрические молнии, гремят громы, звенят колокольчики, пляшут бумажные куколки.

В это же время Циолковский самостоятельно разрабатывает кинетическую теорию газов и отправляет рукопись в Русское физико-химическое общество в Петербург, незадолго до этого основанное Менделеевым. И вскоре он получает ответ от Менделеева: кинетическая теория газов уже открыта... 25 лет назад. Но даже эта, казалось бы, неудача принесла Циолковскому известность в мире науки. В Русском физико-химическом обществе поверили в самостоятельность разработок Циолковского и пригласили его войти в состав этого общества.

Циолковский все больше приобщается к науке и технике, окончательно выбрав для себя аэродинамику, как дело всей жизни. С практической точки зрения аэродинамику он начинает с попыток создания цельнометаллического аэростата. Но ему не удается довести дело до реализации проекта.

В 1891 году в трудах Общества любителей естествознания публикуется статья Циолковского "Давление жидкости на равномерно движущуюся в ней плоскость".

В 1892 году семья Циолковских переезжает в Калугу в связи с переназначением Константина Эдуардовича по службе.

В это время Циолковский начинает писать статьи и просто мысли и рассказы. Публикуется его фантастическая повесть "На Луне". В 1894 году в журнале "Наука и жизнь" публикуется работа "Аэроплан или птицеподобная (авиационная) летательная машина".

В 1897 году Циолковский строит аэродинамическую трубу. Эта труба стала второй в России (первую построил в 1871 году в Петербурге инженер Пашкевич для исследования вопросов баллистики). Циолковский же стал первым в вопросах поиска закономерностей полета с малыми скоростями. Он стал одним из основателей новой науки - экспериментальной аэродинамики.

10 мая 1897 года Циолковский вывел формулу, установившую зависимость между скоростью ракеты в любой момент, скоростью истечения газов из сопла, массой ракеты и массой взрывных веществ. Закончив математические записи, Циолковский машинально поставил дату: 10 мая 1897 года. Разумеется, он ни на секунду не подозревал, сколько радости доставит впоследствии историкам находка пожелтевших и измятых листков. Ведь написав дату вычислений, Циолковский, сам того не ведая, закрепил свое первенство в вопросах научного освоения космоса.

В 1900 году Академия наук приняла решение помочь Циолковскому в проведении опытов по аэродинамике. Циолковский на основе опытов выводит формулу, связывающую потребную мощность двигателя с аэродинамическим коэффициентом сопротивления и коэффициентом подъемной силы. Эти труды легли в основу его работы "Исследование мировых пространств реактивными приборами", первая часть которой была опубликована в 1903 году в "Научном обозрении". В этом пионерском труде Циолковский полностью доказал невозможность выхода в космос на аэростате или с помощью артиллерийского орудия, вывел зависимость между весом топлива и весом конструкций ракеты для преодоления силы земного тяготения, высказал идею бортовой системы ориентации по Солнцу или другим небесным светилам, проанализировал поведение ракеты вне атмосферы, в среде, свободной от тяготения. Правда, результат первой публикации оказался совсем не тот, какого ожидал Циолковский. Ни соотечественники, ни зарубежные ученые не оценили эти исследования.

За период с 1898 по 1902 год Константин Эдуардович опубликовал 16 статей по вопросам воздухоплавания и аэродинамики.

В 1911 году "Вестник воздухоплавания" публикует вторую часть труда "Исследование мировых пространств реактивными приборами". В ней Циолковский вычисляет работу по преодолению силы земного тяготения, скорость и время полета. На этот раз статья Циолковского наделала много шума в научном мире. Циолковский обрел много друзей в мире науки. В 1914 году выходит дополнение к данной работе. Эта работа считается самым ценным трудом Циолковского и закрепляет его первенство в исследовании вопросов космической техники.

Социалистическая революция в России изменила жизнь Циолковского к лучшему. Он с радостью встретил перемены в политической жизни страны. Фигура Циолковского пришлась ко двору новому руководству страны. В 1921 году Совет Народных Комиссаров РСФСР принимает решение о назначении Циолковскому персональной пенсии.

В 1926 году публикуется большой труд Циолковского "Исследование мировых пространств реактивными приборами".

19 сентября 1935 года на 78 году жизни Константин Эдуардович Циолковский умирает.

Циолковский считается одним из основоположников философского течения названного "космизмом". За свою жизнь Константин Эдуардович Циолковский написал более 130-ти разного рода статей и сочинений, и более 80-ти рукописей. Довольно много из них на одни и те же темы, а иные вообще повторяются. Более менее оригинальных трудов из более чем 200 рассмотренных насчитывается около 130. При этом около 50 из них - философские и около философские, 15 научных, около 60-ти технических, и из них 40 на тему металлического дирижабля, около 10 научно популярных и где-то столько же фантастических рассказов.

Примерно с 1918 года он начинает писать все больше философских сочинений и к науке обращается все меньше. В журналах в основном выходят его старые, чуть видоизмененные научные и технические статьи.

На протяжении всей жизни Циолковский был, почти что, одержим своим металлическим дирижаблем, который он задумал еще в возрасте 30-ти лет. Всю жизнь в своих трудах он пытался доказать возможность создания такого дирижабля. 3 мая 1925 года был диспут в Политехническом музее Москвы о целесообразности постройки дирижабля Циолковского. Но металлический дирижабль так и не был построен.

Работы С.П. Королева.

Сергемй Памвлович Королёв (30 декабря 1906 (12 января 1907), Житомир 14 января 1966, Москва) -- советский учёный, конструктор и организатор производства ракетно-космической техники и ракетного оружия СССР, основоположник практическойкосмонавтики. Крупнейшая фигура XX века в области космического ракетостроения и кораблестроения.

С.П. Королёв является создателем советской ракетно-космической техники, обеспечившей стратегический паритет и сделавшей СССР передовой ракетно-космической державой. Является ключевой фигурой в освоении человеком космоса. Благодаря его идеям был осуществлён запуск первого искусственного спутника Земли и первого космонавта Юрия Гагарина.

Дважды Герой Социалистического Труда, лауреат Ленинской премии, академик Академии наук СССР. Член КПСС с 1953 года. Подполковник.

Разработка баллистических ракет.

Говоря о конструировании советских ракет, последовавших за Р-1, трудно разграничить временные периоды по их созданию. Так, Королёв об Р-2 задумывается ещё в Германии, когда проект Р-1 ещё не обсуждался, Р-5 разрабатывается им ещё до сдачи Р-2, а ещё раньше начинается работа над небольшой мобильной ракетой Р-11, и первые расчёты по межконтинентальной ракете Р-7.

В августе 1946 года С. П. Королёв начал работать в подмосковном Калининграде (затем переименованном в 1996 году в Королёв), где был назначен главным конструктором баллистических ракет дальнего действия и начальником отдела № 3 НИИ-88 по их разработке.

Первой задачей, поставленной правительством перед С. П. Королёвым, как главным конструктором, и всеми организациями, занимающимися ракетным вооружением, было создание аналога ракеты Фау-2 из отечественных материалов. Но уже в 1947 годувыходит постановление о разработке новых баллистических ракет с большей, чем у Фау-2, дальностью полёта: до 3000 км. В 1948 годуС. П. Королёв начинает лётно-конструкторские испытания баллистической ракеты Р-1 (аналога Фау-2) и в 1950 году успешно сдаёт её на вооружение.

В течение одного только 1954 года Королёв одновременно работает над различными модификациями ракеты Р-1 (Р-1А, Р-1Б, Р-1В, Р-1Д, Р-1Е), заканчивает работу над Р-5 и намечает пять разных её модификаций, завершает сложную и ответственную работу над ракетой Р-5М -- с ядерным боевым зарядом. Идут полным ходом работы по Р-11 и её морскому варианту Р-11ФМ, и всё более ясные черты приобретает межконтинентальная Р-7.

В 1956 году под руководством С. П. Королёва была создана первая отечественная стратегическая ракета, ставшая основой ракетного ядерного щита страны. В 1957 Сергеем Павловичем были созданы первые баллистические ракеты (мобильного наземного и морского базирования) на стабильных компонентах топлива; он стал первопроходцем в этих новых и важных направлениях развития ракетного вооружения.

В 1960 году на вооружение поступила первая межконтинентальная ракета Р-7, имевшая две ракетных ступени. Это тоже была победа С. П. Королёва и его сотрудников.

Первый искусственный спутник Земли.

В 1955 году (задолго до лётных испытаний ракеты Р-7) С. П. Королёв, М. В. Келдыш, М. К. Тихонравов вышли в правительство с предложением о выведении в космос при помощи ракеты Р-7 искусственного спутника Земли (ИСЗ). Правительство поддержало эту инициативу. В августе 1956 года ОКБ-1вышло из состава НИИ-88 и стало самостоятельной организацией, главным конструктором и директором которой назначен С. П. Королёв.

Для реализации пилотируемых полётов и запусков автоматических космических станций С. П. Королёв разработал на базе боевой ракеты семейство совершенных трёхступенчатых и четырёхступенчатых носителей.

4 октября 1957 года был запущен на околоземную орбиту первый в истории человечества ИСЗ. Его полёт имел ошеломляющий успех и создал Советскому Союзу высокий международный авторитет.

«Он был мал, этот самый первый искусственный спутник нашей старой планеты, но его звонкие позывные разнеслись по всем материкам и среди всех народов как воплощение дерзновенной мечты человечества» -- сказал позже С. П. Королёв. Другие спутники и запуск космических аппаратов на Луну

Параллельно с бурным развитием пилотируемой космонавтики ведутся работы над спутниками научного, народнохозяйственного и оборонного назначения. В 1958 году разрабатываются и выводятся в космос геофизический спутник, а затем и парные спутники «Электрон» для исследования радиационных поясов Земли. В 1959 году создаются и запускаются три автоматических космических аппарата к Луне. Первый и второй -- для доставки на Луну вымпела Советского Союза, третий с целью фотографирования обратной (невидимой) стороны Луны. В дальнейшем С. П. Королёв начинает разработку более совершенного лунного аппарата для его мягкой посадки на поверхность Луны, фотографирования и передачи на Землю лунной панорамы (объект Е-6).

Человек в космосе.

12 апреля 1961 г. С. П. Королёв снова поражает мировую общественность. Создав первый пилотируемый космический корабль«Восток-1», он реализует первый в мире полёт человека -- гражданина СССР Юрия Алексеевича Гагарина по околоземной орбите. Сергей Павлович в решении проблемы освоения человеком космического пространства не спешит. Первый космический корабль сделал только один виток: никто не знал, как человек будет себя чувствовать при столь продолжительной невесомости, какие психологические нагрузки будут действовать на него во время необычного и неизученного космического путешествия. Вслед за первым полётом Ю. А. Гагарина 6 августа 1961 года Германом Степановичем Титовым на корабле «Восток-2» был совершён второй космический полёт, который длился одни сутки. Опять -- скрупулёзный анализ влияния условий полёта на функционирование организма. Затем совместный полёт космических кораблей «Восток-3» и «Восток-4», пилотируемых космонавтами А. Г. Николаевым и П. Р. Поповичем, с 11 по 12 августа 1962 года; между космонавтами была установлена прямая радиосвязь. На следующий год -- совместный полёт космонавтов В. Ф. Быковского и В. В. Терешковой на космических кораблях «Восток-5» и «Восток-6» с 14 по 16 июня 1963 года -- изучается возможность полёта в космос женщины. За ними -- с 12 по 13 октября 1964 года -- в космосе экипаж из трёх человек различных специальностей: командира корабля, бортинженера и врача на более сложном космическом корабле «Восход». 18 марта 1965 года во время полёта на корабле «Восход-2» с экипажем из двух человек космонавт А. А. Леонов совершает первый в мире выход в открытый космос в скафандре через шлюзовую камеру.

Проект орбитальной станции.

Продолжая развивать программу пилотируемых околоземных полётов, Сергей Павлович начинает реализовывать свои идеи о разработке пилотируемой ДОС (долговременная орбитальная станция). Её прообразом явился принципиально новый, более совершенный, чем предыдущие, космический корабль «Союз». В состав этого корабля входил бытовой отсек, где космонавты могли долгое время находиться без скафандров и проводить научные исследования. В ходе полёта предусматривались также автоматическая стыковка на орбите двух кораблей «Союз» и переход космонавтов из одного корабля в другой через открытый космос в скафандрах. Сергей Павлович не дожил до воплощения своих идей в космических кораблях «Союз».

Лунный проект.

Ещё в середине 1950-х годов Королёв вынашивал идеи запуска человека на Луну. Соответствующая космическая программа разрабатывалась при поддержке Н. С. Хрущёва. Однако эта программа так и не была реализована при жизни Сергея Павловича из-за отсутствия единоначалия (программа разрабатывалась под руководством Минобороны СССР, в котором Королёв не работал), разногласий с главным конструктором ракетных двигателей В. П. Глушко, а также смены руководства КПСС -- Л. И. Брежнев не придавал лунной программе такого значения, как Хрущёв. После смерти Сергея Павловича программа запуска космонавтов на Луну была постепенно свёрнута. Советская программа освоения Луны в дальнейшем производилась с помощью беспилотных космических кораблей.

Современные космические аппараты

Вакуум, невесомость, жесткое излучение, удары микрометеоритов, отсутствие опоры и выделенных направлений в пространстве -- все это факторы космического полета, практически не встречающиеся на Земле. Чтобы совладать с ними, космические аппараты оснащают множеством приспособлений, о которых в обыденной жизни никто и не задумывается. Водителю, например, обычно не надо заботиться об удержании автомобиля в горизонтальном положении, а для поворота достаточно покрутить баранку. В космосе же перед любым маневром приходится проверять ориентацию аппарата по трем осям, а повороты выполняются двигателями -- ведь нет дороги, от которой можно оттолкнуться колесами. Или вот, например, двигательная установка -- ее упрощенно представляют баками с топливом и камерой сгорания, из которой вырываются языки пламени. Между тем в ее состав входит множество приспособлений, без которых двигатель в космосе не заработает, а то и вовсе взорвется. Все это делает космическую технику неожиданно сложной по сравнению с земными аналогами. Детали ракетного двигателя