Самая большая ракета, когда-либо летавшая в космос

Страшный атомный поезд

СССР недаром называли великой железнодорожной державой. Большие расстояния побудили строить рельсовые магистрали невиданными темпами еще царскую Россию, в советские же годы были протянуты новые линии, покрывшие всю территорию нашей страны сетью путей. День и ночь по ним идут составы, среди которых никогда нельзя отличить те, под крышами вагонов которых притаились многие мегасмерти. Передвижной комплекс «Сатана» мог базироваться на железнодорожной платформе, замаскированной под обычный поезд, отличить который от обычного не сможет самый совершенный разведывательный спутник. Разумеется, вес пусковой установки в 130 тонн не позволял использовать простой подвижной состав, так что, помимо технических задач, пришлось решать и транспортные, причем во всесоюзном масштабе. Деревянные шпалы меняли на железобетонные, качество и прочность полотна доводились до высочайшего уровня, ведь любая авария мгновенно могла превратиться в катастрофу. Ракетная установка «Сатана» имеет длину 23 метра, как раз под размер рефрижераторного вагона, но головной обтекатель пришлось разрабатывать особый — складной конструкции. Были и другие проблемы, но результат оправдывал затраты. Ответный удар мог быть нанесен из непредсказуемой точки, а значит, был гарантированным и неотвратимым.

Самая большая ракета, когда-либо летавшая в космос

Любому материальному телу, которое вдруг решило покинуть Землю, требуется для этого некоторое количество энергии. И чем тяжелее объект, тем больше ее нужно. Поэтому любая космическая ракета, по сути, является огромной бочкой с топливом. Полезная нагрузка, которую она должна вывести в космос, весит гораздо меньше, чем сама ракета. И если полезная нагрузка имеет большую массу, то для преодоления притяжения Земли потребуется еще больше топлива. А еще больший объем топлива еще больше увеличивает общую массу ракеты. Что, в свою очередь, требует еще большего количества топлива!

Нужна мощная ракета

И это серьезная проблема. Вес ракеты, несущей крупный груз, вырастает до немыслимых значений.

Но однажды одни люди сказали другим — ах так! Тогда мы… полетим… ммм… на Луну! Вот!

И разработали план полетов к нашему единственному спутнику. Так появилась на свет программа «Аполлон».

Эта была ошеломляюще амбициозная задумка. Ее целью являлась высадка человека на Луне. Впервые в истории человечества. Ну и конечно благополучное возвращение этих людей на Землю. Однако решение этой задачи привело к возникновению целого ряда проблем. Одна из которых заключалась в том, что для ее решения нужна была просто колоссальная по мощности ракета. Которая не должна была быть уж слишком грузной. И запросто могла бы вывести в космос достаточно тяжелую полезную нагрузку.

Чудо-ракета

И людям удалось создать подобное чудо! Ракета, способная доставить человека на Луну, была создана. Она получила название «Сатурн-5». Первая ступень ракеты была самой большой. Она имела высоту 42 метра. Пять двигателей, получивших название Rocketdyne F-1, работали на керосине и кислороде. Они были настолько мощными, что после завершения программы «Аполлон» им больше не нашлось применения.

Эти огромные двигатели сжигали 15 тонн топлива в секунду. Суммарно создавая невероятные 34 000 кН тяги. Первая ступень ракеты «Сатурн-5», имеющая размеры 36 этажного дома, взлетала до 61 км над уровнем моря. Это происходило всего за 2,5 минуты. После ее отключения вступали в работу пять двигателей J-2 второй ступени. Эти двигатели, которые не видно в момент старта, включались, чтобы доставить оставшуюся часть машины на высоту 185 км от поверхности Земли. Их топливо — кислород и водород. Время работы — 6 минут. Суммарная тяга — 5100 кН.

Третья ступень, последняя и самая маленькая, оснащалась одним двигателем. Его название — J-2. Это устройство разгоняло полезную нагрузку, которую несла ракета «Сатурн-5», до 40 000 км / ч. Этого было вполне достаточно, чтобы направить полезную нагрузку к Луне. Двигатели третьей ступени использовала то же топливо, что и двигатели предыдущей. Тяга — 1000 кН.

Монстр в космосе

Ракета «Сатурн-5» была изготовлена с использованием алюминия, полиуретана, асбеста, пробки и титана и многих других материалов. Она имела примерно в 4 раза большую грузоподъемность, чем другой космический монстр — Space Shuttle.

Весь пусковой комплекс «Сатурн-5» весил 2 800 000 кг на стартовой площадке. То есть в 16 раз больше самого крупного и тяжелого животного на планете Земля — ​​голубого кита. Вес которого достигает 177 тонн.

Эта гигантская ракета выходила в космос 13 раз, в период с 1967 по 1973 год. Кроме программы «Аполлон» ее использовали для вывода на орбиту космической станции Skylab.

И по сей день «Сатурн-5» остается самой большой, самой тяжелой и самой мощной ракетой, когда-либо летавшей в космос.

Как выдержать перегрузки

Впрочем, если мы намерены передвигаться со скоростью свыше 40 тысяч км/час, нам придется достигать ее, а затем замедляться, не спеша и сохраняя терпение.

Быстрое ускорение и столь же быстрое замедление таят в себе смертельную опасность для организма человека. Об этом свидетельствует тяжесть телесных травм, возникающих в результате автомобильных катастроф, при которых скорость падает с нескольких десятков километров в час до нуля.

В чем причина этого? В том свойстве Вселенной, которое носит название инерции или способности физического тела, обладающего массой, противостоять изменению его состояния покоя или движения при отсутствии или компенсации внешних воздействий.

Эта идея сформулирована в первом законе Ньютона, который гласит: «Всякое тело продолжает удерживаться в своем состоянии покоя или равномерного и прямолинейного движения, пока и поскольку оно не понуждается приложенными силами изменять это состояние».

«Состояние покоя и движение с постоянной скоростью — это нормально для человеческого организма, — объясняет Брей. — Нам скорее следует беспокоиться о состоянии человека в момент ускорения».

Около века назад создание прочных самолетов, которые могли маневрировать на скорости, привело к тому, что пилоты стали говорить о странных симптомах, вызываемых изменениями скорости и направления полета. Эти симптомы включали в себя временную потерю зрения и ощущение либо тяжести, либо невесомости.

Причина заключается в перегрузках, измеряемых в единицах G, которые представляют собой отношение линейного ускорения к ускорению свободного падения на поверхности Земли под воздействием притяжения или гравитации. Эти единицы отражают воздействие ускорения свободного падения на массу, например, человеческого тела.

Перегрузка в 1 G равна весу тела, которое находится в поле тяжести Земли и притягивается к центру планеты со скоростью 9,8 м/сек (на уровне моря).

Перегрузки, которые человек испытывает вертикально с головы до пят или наоборот, являются поистине плохой новостью для пилотов и пассажиров.

При отрицательных перегрузках, т.е. замедлении, кровь приливает от пальцев на ногах к голове, возникает чувство перенасыщения, как при стойке на руках.

Image caption

Для того чтобы понять, сколько G смогут выдержать астронавты, их тренируют в центрифуге

«Красная пелена» (чувство, которое испытывает человек, когда кровь приливает к голове) наступает, когда распухшие от крови, полупрозрачные нижние веки поднимаются и закрывают зрачки глаз.

И, наоборот, при ускорении или положительных перегрузках кровь отливает от головы к ногам, глаза и мозг начинают испытывать недостаток кислорода, поскольку кровь скапливается в нижних конечностях.

Сначала зрение туманится, т.е. происходит потеря цветного зрения и накатывает, что называется, «серая пелена», потом наступает полная потеря зрения или «черная пелена», но человек остается в сознании.

Чрезмерные перегрузки ведут к полной потере сознания. Это состояние называют обмороком, вызванным перегрузкой. Многие пилоты погибли из-за того, что на их глаза опускалась «черная пелена» — и они разбивались.

Среднестатистический человек может вынести перегрузку примерно в пять G, прежде чем потеряет сознание.

Пилоты, одетые в специальные противоперегрузочные комбинезоны и обученные особым образом напрягать и расслаблять мышцы торса для того, чтобы кровь не отливала от головы, способны управлять самолетом при перегрузках примерно в девять G.

«На протяжении коротких периодов времени человеческое тело может переносить гораздо более сильные перегрузки, чем девять G, — говорит Джефф Свентек, исполнительный директор Ассоциации аэрокосмической медицины, расположенной в городе Александрия, штат Вирджиния. — Но выдерживать высокие перегрузки на протяжении длительного периода времени способны очень немногие».

Мы, люди, в состоянии переносить огромные перегрузки без тяжких травм, правда, только в течение нескольких мгновений.

Рекорд кратковременной выносливости поставил капитан ВВС США Эли Бидинг-младший на авиабазе Холломэн в штате Нью-Мексико. В 1958 году он при торможении на специальных санях с ракетным двигателем после разгона до 55 км/ч за 0.1 секунду испытал перегрузку в 82.3 G.

Этот результат зафиксировал акселерометр, закрепленный у него на груди. На глаза Бидинга также упала «черная пелена», но он отделался только синяками во время этой выдающейся демонстрации выносливости человеческого организма. Правда, после заезда он провел три дня в госпитале.

Какое топливо используется в ракете

При выборе типа ракетного топлива больше всего всего внимания уделяется особенностям использования ракеты и тому, каким двигателем ее планируется оснастить. Грубо можно сказать, что все типы топлива делятся в основном по форме выпуска, удельной температуре сгорания и КПД. Среди основных типов двигателей выделяется твердотопливные, жидкостные, комбинированные и прямоточные воздушно-реактивные.

В качестве самого простого твердого топлива можно привести в пример порох, которым заправляются фейерверки. При сгорании он выделяет не очень большое количество энергии, но его достаточно для вывода на высоту нескольких десятков метров красочного заряда. В начале статьи я говорил о китайских стрелах XI века. Они являются еще одним примером твердотопливных ракет.

В некотором роде порох тоже можно назвать топливом твердотопливной ракеты.

Для боевых ракет твердое топливо производится по иной технологии. Обычно им является алюминиевый порошок. Главным плюсом таких ракет является легкость их хранения и возможность работы с ними, когда они заправлены. Кроме этого, такое топливо стоит относительно недорого.

Минусом твердотопливных двигателей является слабый потенциал отклонения вектора тяги. Поэтому для управления в таких ракетах часто используются дополнительные небольшие двигатели на жидком углеводородном топливе. Такая гибридная связка позволяет более полно использовать потенциал каждого источника энергии.

Использование именно комбинированных систем хорошо тем, что позволяет уйти от сложной системы заправки ракеты непосредственно перед запуском и необходимости откачки большого количества топлива в случае его отмены.

Отдельно стоит отметить даже не криогенный двигатель (заправляется сжиженными газами при очень низкой температуре) и не атомный, про который много говорят в последнее время, а прямоточный воздушно-реактивный. Такая система работает за счет создания давления воздуха в двигателе при движении ракеты на большой скорости. В самом двигателе производится впрыск топлива в камеру сгорания и смесь поджигается, создавая давление больше, чем на входе. Такие ракеты способны летать со скоростью, которая в несколько раз превышает скорость звука, но для запуска двигателя нужно давление, которое создается на скорости чуть выше одной скорости звука. Именно поэтому для запуска должны быть использованы вспомогательные средства.

«Воевода»

В конце восьмидесятых годов была произведена модернизация ракеты Р-36М с целью повышения ее устойчивости к последствиям возможного ядерного удара и улучшения характеристик по точности. Кроме этого, требовалась доработка с учетом новых возможностей новейших американских систем ПРО. КБ «Южное» (г. Днепропетровск) успешно справилось с заданием, результатом работы стало изделие 15А18М, названное «Воеводой». При составлении текста договора СНВ-1 ее обозначили кодом «РС-20Б», а по своей сути это был все тот же ракетный комплекс «Сатана», только модернизированный.

Изменение международной обстановки, выраженное в стремлении руководства стран НАТО, и в первую очередь США, размесить свои базы как можно ближе к границам России, побудили пересмотреть условия договора СНВ-2, который так и не прошел ратификации, в той его части, которая касается многозарядных МБР. Ракеты 15А18М (вооруженные моноблоками), стоящие на боевом дежурстве в настоящее время, планируется заменить новыми российскими комплексами «Сармат», способными нести разделяющиеся боеголовки. Но о них рассказ уже другой…

Траектории твердого тела.

Во многих случаях теория движения материальной точки неадекватно описывает траекторию снаряда, и тогда приходится рассматривать его как твердое тело, т.е

учитывать, что он будет не только двигаться поступательно, но и вращаться, и принимать во внимание все аэродинамические силы, а не только лобовое сопротивление. Такого подхода требует, например, расчет движения ракеты с работающим двигателем (на активном участке траектории) и снарядов любого типа, выпущенных перпендикулярно траектории полета высокоскоростного самолета

В некоторых случаях вообще невозможно обойтись без представления о твердом теле. Так, например, для попадания в цель необходимо, чтобы снаряд был устойчив (двигался головной частью вперед) на траектории. И в случае ракет, и в случае обычных артиллерийских снарядов этого достигают двумя путями – при помощи хвостовых стабилизаторов или за счет быстрого вращения снаряда вокруг продольной оси. Далее, говоря о стабилизации полета, отметим некоторые соображения, не учитываемые теорией материальной точки.

Стабилизация посредством хвостового оперения – это очень простая и очевидная идея; недаром один из самых древних снарядов – стрела – стабилизировался в полете именно таким способом. Когда оперенный снаряд движется с углом атаки или рыскания (углом между касательной к траектории и продольной осью снаряда), отличным от нуля, площадь позади центра масс, на которую действует сопротивление воздуха, больше площади впереди центра масс. Разность неуравновешенных сил заставляет снаряд повернуться вокруг центра масс так, чтобы этот угол стал равен нулю

Здесь можно отметить одно важное обстоятельство, не учитываемое теорией материальной точки. Если снаряд движется с отличным от нуля углом атаки, то на него действуют подъемные силы, обусловленные возникновением разности давлений по обе стороны снаряда

(На этом основана способность самолета летать.)

Идея стабилизации вращением не столь очевидна, но ее можно пояснить сравнением. Хорошо известно, что если колесо быстро вращается, то оно оказывает сопротивление попыткам повернуть ось его вращения. (Примером может служить обычный волчок, и это явление используется в приборах систем управления, навигации и наведения – гироскопах.) Самый обычный способ привести снаряд во вращение – нарезать в канале ствола спиральные канавки, в которые врезался бы металлический поясок снаряда при разгоне снаряда по стволу, что и заставляло бы его вращаться. В ракетах, стабилизируемых вращением, это достигается при помощи нескольких наклонных сопел. Здесь тоже можно отметить некоторые особенности, не учитываемые теорией материальной точки. Если выстрелить вертикально вверх, то стабилизирующее действие вращения заставит снаряд и после достижения верхней точки полета опускаться донной частью вниз. Это, конечно, нежелательно, а потому из орудий не стреляют под углом более 65–70° к горизонту. Второе интересное явление связано с тем, что, как можно показать на основании уравнений движения, стабилизируемый вращением снаряд должен лететь с отличным от нуля углом нутации, называемым «естественным». Поэтому на такой снаряд действуют силы, вызывающие деривацию – боковое отклонение траектории от плоскости стрельбы. Одна из этих сил – сила Магнуса; именно она вызывает искривление траектории «крученого» мяча в теннисе.

Все сказанное об устойчивости полета, не охватывая полностью явлений, определяющих полет снаряда, тем не менее иллюстрирует сложность задачи. Отметим лишь, что в уравнениях движения необходимо учитывать много разных явлений; в эти уравнения входит ряд переменных аэродинамических коэффициентов (типа коэффициента лобового сопротивления), которые должны быть известны. Решение этих уравнений – очень трудоемкая задача.

Ионные двигатели для космических аппаратов

А вот ионы и электроны в специальных ускорителях могут быть разогнаны до быстроты близкой к скорости света – 300 000 километров в секунду. Однако такие ускорители – это пока  массивные сооружения не подходящие для летательных аппаратов. Но установки, у которых скорость истечения заряженных частиц около 100 километров в секунду, могут быть на ракетах установлены. Следовательно, они могут сообщить соединенному с ними телу быстроту перемещения большую, чем может достигнуть ракета с химическим топливом. К сожалению, у созданных к настоящему времени ионных космических двигателях сила тяги мала, и вывести на орбиту многотонную ракету с кораблем пока они не могут.
Однако их целесообразно устанавливать на корабле с тем, чтобы они работали, когда корабль уже летает по орбите. Находясь на корпусе корабля, они могут непрерывно поддерживать его ориентацию и постепенно слабым воздействием увеличивать скорость корабля выше той, которую ему сообщили с помощью химического горючего.
Разработка таких, действующих на орбите, электрореактивных двигателей ведется, используя различные физические явления. Одна из задач, стоящих перед разработчиками ионных космических двигателей, сделать их пригодными для полетов на другие планеты.

Возможность достичь с такими двигателями значительно больших скоростей ракеты в космосе, чем с химическим топливом, делает более реальным создание кораблей для полетов на ближайшие планеты.

А теперь в космос

Астронавты, в зависимости от средства передвижения, также испытывали довольно высокие перегрузки — от трех до пяти G — во время взлетов и при возвращении в плотные слои атмосферы соответственно.

Эти перегрузки переносятся сравнительно легко, благодаря разумной идее пристегивать космических путешественников к креслам в положении лежа лицом по направлению полета.

По достижении стабильной крейсерской скорости в 26 000 км/ч на орбите астронавты ощущают скорость не больше, чем пассажиры коммерческих авиарейсов.

Если перегрузки не будут представлять собой проблему для длительных экспедиций на кораблях «Орион», то с мелкими космическими камнями – микрометеоритами – все сложнее.

Image caption

Для защиты от микрометеоритов «Ориону» понадобится своего рода космическая броня

Эти частицы размером с рисовое зернышко могут развивать впечатляющие и при этом разрушительные скорости до 300 тысяч км/час. Для обеспечения целостности корабля и безопасности его экипажа «Орион» оснащен внешним защитным слоем, толщина которого варьируется от 18 до 30 см.

Кроме того, предусмотрены дополнительные экранирующие щиты, а также используется хитроумное размещение оборудования внутри корабля.

«Чтобы не лишиться полетных систем, жизненно важных для всего космического корабля, мы должны точно рассчитывать углы подлета микрометеоритов», — говорит Джим Брей.

Будьте уверены: микрометеориты – не единственная помеха для космических экспедиций, во время которых высокие скорости полета человека в безвоздушном пространстве будут играть все более важную роль.

В ходе экспедиции к Марсу придется решать и другие практические задачи, например, по снабжению экипажа продовольствием и противодействию повышенной опасности раковых заболеваний из-за воздействия на человеческий организм космической радиации.

Сокращение времени в пути снизит остроту таких проблем, поэтому быстрота перемещения будет становиться все более желаемой.

Ракеты и космические корабли

Первые случаи применения

Военные раке ты, приводимые в движение порохом (смесь серы, селитры и угля), описывались Цэн Кун Ляном (Китай) в 1042 г. Ракеты такого типа стали известны в Европе в 1258 г.

Пионером военного ракетостроения Великобритании был полковник сэр Уильям Контрив (1772…1828), инспектор лондонской Королевской лаборатории и инспектор военной техники. Его 6-фунтовая (2,72 кг) ракета, рассчитанная на радиус действия 1825 м и изготовленная в 1805 г., была впервые применена английским Королевским флотом против Булони, Франция, 8 октября 1806 г.

Первый запуск ракеты на жидком топливе (запатентована 14 июля 1914 г.) был осуществлен д-ром Робертом Хатчингзом Годдардом (1882…1945) в Оберне, штат Массачусетс, США, 16 марта 1926 г. Его ракета, достигнув высоты 12,5 м, пролетела 56 м.

СССР – Первая советская ракета, работавшая на гибридном топливе, начала разрабатываться в 1931 г. Группой по изучению реактивного движения (ГИРД) под руководством С.П. Королева. Она получила наименование «ГИРД-09» и была запущена 17 августа 1933 г. с полигона в Нахабино близ Москвы.

Самый дальний радиус действия

16 марта 1962 г. Н.С. Хрущев, являвшийся тогда Первым секретарем ЦК КПСС и Председателем Совета Министров СССР, заявил в Москве, что СССР обладает «межконтинентальной ракетой» с радиусом действия 30 тыс. км (более половины окружности Земли), способной поразить любую цель в любом направлении.

Самая высокая скорость

Первым космическим аппаратом, достигшим 3-й космической скорости, позволяющей выйти за пределы Солнечной системы, стал «Пионер-10». Ракета-носитель «Атлас-СЛВ ЗС» с модйфицированной 2-й ступенью «Центавр-Д» и 3-й ступенью «Тиокол-Те-364-4» 2 марта 1972 г. покинула Землю с небывалой для того времени скоростью 51682 км/ч.

Рекорд скорости космического аппарата (240 тыс. км/ч) был установлен американо-германским солнечным зондом «Гелиос-Б», запущенным 15 января 1976 г.

Максимальное сближение космического аппарата с Солнцем

16 апреля 1976 г. научно-исследовательская автоматическая станция «Гелиос-Б» (США – ФРГ) приблизилась к Солнцу на расстояние 43,4 млн. км.

Самый удаленный искусственный объект

«Пионер-10», запущенный с мыса Канаверал, Космический центр им. Кеннеди, штат Флорида, США, пересек 17 октября 1986 г. орбиту Плутона, удаленную от Земли на 5,9 млрд км. К апрелю 1989 г. он находился за самой дальней точкой орбиты Плутона и продолжает удаляться в космос со скоростью 49 тыс. км/ч. В 34 593 г. н.э. он приблизится на минимальное расстояние к звезде «Росс-248», удаленной от нас на 10,3 световых года. Еще до наступления 1991 г. космический аппарат «Вояджер-1», двигающийся с большей скоростью, будет находиться дальше, чем «Пионер-10».

«Пионер-10» несет табличку, предназначенную для установления возможных контактов с гуманоидами. На ней изображены мужчина и женщина, а также схематически показано, из какой части Солнечной системы запущен аппарат и как наше Солнце расположено по отношению к пульсарам, чьи периоды указаны цифровым кодом.

Историческая справка

Первые серийные ракеты Vergeltungswaffe-2 (V2)

Первые теоретические работы, связанные с описываемым классом ракет, относятся к исследованиям К. Э. Циолковского, с 1896 года систематически занимавшегося теорией движения реактивных аппаратов. 10 мая 1897 года в рукописи «Ракета» К. Э. Циолковский вывел формулу (получившую название «формула Циолковского»), которая установила зависимость между:

• скоростью ракеты в любой момент, развиваемой под воздействием тяги ракетного двигателя
• удельным импульсом ракетного двигателя
• массой ракеты в начальный и конечный момент времени

В 1917 году Роберт Годдард из Смитсоновского института в США запатентовал изобретение, значительно повышавшее эффективность работы силовой установки за счёт применения на жидкостном ракетном двигателе сопла Лаваля. Это решение вдвое повышало эффективность ракетного двигателя и имело огромное влияние на последующие работы Германа Оберта и команды Вернера фон Брауна.

К 1929 году К. Э. Циолковский разработал теорию движения многоступенчатых ракет в условиях действия земной гравитации, выдвинул ряд идей, нашедших применение в ракетостроении: графитовых газовых рулей для управления полётом ракеты; использования компонентов топлива для охлаждения стенок камеры сгорания и сопла; насосной системы подачи компонентов топлива; использование в системах стабилизации гироскопа, применение многокомпонентных ракетных топлив (в том числе, рекомендовал топливные пары: жидкий кислород с водородом, кислород с углеводородами) и др.

В 1920-х годах научные исследования и экспериментальные работы по разработке ракетных технологий вели несколько стран. Однако, благодаря экспериментам в области жидкостных ракетных двигателей и систем управления, в лидеры по разработке технологий баллистических ракет вышла Германия.

Работа команды Вернера фон Брауна, позволила немцам разработать и освоить полный цикл технологий, необходимых для производства баллистической ракеты Фау-2 (V2), ставшей не только первой в мире серийно изготавливаемой боевой баллистической ракетой (БР), но и первой получившей боевое применение (8 сентября 1944 года). В дальнейшем, Фау-2 (V2) стала отправной точкой и основой для развития технологий ракет-носителей народнохозяйственного назначения и боевых баллистических ракет, как в СССР, так и в США, которые вскоре стали лидерами в этой области.

Ракета

Средство доставки головной части, в которой расположены ядерные заряды, представляет собой межконтинентальную двухступенчатую ракету, зона досягаемости которой имеет площадь 300 тысяч квадратных километров. Она в состоянии преодолевать рубежи высокоэффективных и перспективных систем ПРО и поражать десять разных целей разделяющимися компонентами общей мощностью в эквиваленте восьми мегатонн тротила. Нейтрализовать ее действие после запуска практически невозможно, за что она и получила столь звучное имя — «Сатана». Ракетный комплекс снабжен тысячей объектов, имитирующих ядерные боеголовки. Десять из них имеют массу, близкую к реальному заряду, остальные изготовлены из металлизированного пластика и приобретают форму боевых блоков, раздуваясь в стратосферном вакууме. Ни одна противоракетная система не справится с таким количеством целей.

Четвёртая и пятая космическая скорости

Четвёртая космическая скорость — минимально необходимая скорость тела без двигателя, позволяющая преодолеть притяжение галактики Млечный Путь. Она используется довольно редко.

Четвёртая космическая скорость не постоянна для всех точек Галактики, а зависит от расстояния до центральной массы.

По грубым предварительным расчётам в районе нашего Солнца четвёртая космическая скорость составляет около 550 км/с. Значение сильно зависит не только (и не столько) от расстояния до центра галактики, а от распределения масс вещества по Галактике, о которых пока нет точных данных, ввиду того что видимая материя составляет лишь малую часть общей гравитирующей массы, а все остальное — скрытая масса.

Ещё реже в некоторых источниках встречается понятие «пятая космическая скорость». Это скорость, позволяющая добраться до иной планеты звездной системы вне зависимости от разности плоскостей эклиптики планет. Например, для Солнечной системы и, конкретно, для Земли, чтобы орбита межпланетного перелета была перпендикулярной к земной орбите, нужна скорость запуска 43,6 километра в секунду.

Видео

Источники

• https://ru.wikipedia.org/wiki/Космическая_скоростьhttps://mirznanii.com/a/9233/kosmicheskie-skorostihttp://www.astronet.ru/db/msg/1162252https://fb.ru/article/54389/kosmicheskaya-skorost

Третья космическая скорость

Третья космическая скорость — минимально необходимая скорость тела без двигателя, позволяющая преодолеть притяжение Солнца и в результате уйти за пределы Солнечной системы.

Только на космических кораблях, которым доступны такие скорости, принципиально могут быть осуществлены пилотируемые межзвёздные перелёты к планетным системам других звёзд.

Здесь для расчёта предполагается, что космический аппарат приобретает эту скорость сразу на поверхности Земли и после этого не получает негравитационного ускорения (двигатели выключены и сопротивление атмосферы отсутствует).  Если к тому же учесть притяжение других планет, которое может как ускорить, так и притормозить аппарат, то диапазон возможных значений 3-й космической скорости станет еще больше.

При наиболее энергетически выгодном старте скорость объекта должна быть сонаправлена скорости орбитального движения Земли вокруг Солнца. Орбита такого аппарата в Солнечной системе представляет собой параболу.

Отличие реальной скорости ракеты от характеристической

Поскольку в условиях реального полёта на ракету кроме тяги двигателей действуют и другие силы, скорость, развиваемая ракетами в этих условиях, как правило, ниже характеристической из-за потерь, вызываемых силами гравитации, сопротивления среды и другими факторами.

В следующей таблице приведён баланс скоростей ракеты Сатурн V при выводе корабля Аполлон на траекторию полёта к Луне.

Ступень	Характеристическая скорость, м/c	Гравитационные потери, м/c	Аэродинамические потери, м/c	Потери на управление, м/c	Фактическая скорость, м/c
Первая (S-IC)	3660	1220	46	2394
Вторая (S-II)	4725	335	183	4207
Третья (S-IVB)	4120	122	4,5	3993,5
В сумме	12505	1677	46	187,5	10594,5

Как видно из таблицы, гравитационная составляющая является наибольшей в общей величине потерь. Гравитационные потери возникают из-за того, что ракета, стартуя вертикально, не только разгоняется, но и набирает высоту, преодолевая тяготение Земли, и на это также расходуется топливо. Величина этих потерь вычисляется по формуле:

Δvg =∫tg(t)⋅cos⁡(γ(t))dt,{\displaystyle \Delta v_{g}\ =\int \limits _{0}^{t}g(t)\cdot \cos(\gamma (t))\,dt,}

где g(t),{\displaystyle g(t),} γ(t){\displaystyle \gamma (t)} — местное ускорение гравитации и угол между вектором силы тяги двигателя и местным вектором гравитации, соответственно, являющиеся функциями времени по программе полёта.

Как видно из таблицы, наибольшая часть этих потерь приходится на участок полёта первой ступени. Это объясняется тем, что на этом участке траектория отклоняется от вертикали в меньшей степени, чем на участках последующих ступеней, и значение cos⁡(γ(t)){\displaystyle \cos(\gamma (t))} близко к максимальному значению — 1.

Аэродинамические потери вызваны сопротивлением воздушной среды при движении ракеты в ней и рассчитываются по формуле:

Δva =∫tA(t)m(t)dt,{\displaystyle \Delta v_{a}\ =\int \limits _{0}^{t}{\frac {A(t)}{m(t)}}\,dt,}

где A(t){\displaystyle A(t)} — сила лобового аэродинамического сопротивления;

m(t){\displaystyle m(t)} — текущая масса ракеты.

Основные потери от сопротивления воздуха также приходятся на участок работы 1-й ступени ракеты, так как этот участок проходит в нижних, наиболее плотных слоях атмосферы.

Космический аппарат должен быть выведен на орбиту со строго определёнными параметрами, для этого система управления на активном участке полёта разворачивает ракету по определённой программе, при этом направление тяги двигателя отклоняется от текущего направления движения ракеты, а это влечёт за собой потери скорости на управление, которые рассчитываются по формуле:

Δvu =∫tF(t)m(t)⋅(1−cos⁡(α(t)))dt,{\displaystyle \Delta v_{u}\ =\int \limits _{0}^{t}{\frac {F(t)}{m(t)}}\cdot (1-\cos(\alpha (t)))\,dt,}

где F(t){\displaystyle F(t)} — текущая сила тяги двигателя;

m(t){\displaystyle m(t)} — текущая масса ракеты, а α(t){\displaystyle \alpha (t)} — угол между векторами тяги и скорости ракеты.

Наибольшая часть потерь на управление ракеты приходится на участок полёта 2-й ступени, поскольку именно на этом участке происходит переход от вертикального полёта в горизонтальный, и вектор тяги двигателя в наибольшей степени отклоняется по направлению от вектора скорости ракеты.

Американская ракета X-51F Waverider

Именно об этой ракете и идет речь в начале статьи – американцы объявили, что ее можно смело отнести к разряду самых быстрых ракет в мире. Создавая эту гиперзвуковую ракету с крыльями, американские разработчики задались целью сократить время полета высокоточных крылатых ракет. Конечно, они смогли сделать то, что задумали, – их ракета полетела со скоростью, которая в пять раз превышает скорость звука. Однако, это все же не столь быстро, как летает российская противоракета – максимальная скорость X-51F Waverider составляет 7000 км/час, что, конечно, можно назвать поистине отличной скоростью, но она гораздо ниже скорости российской противоракеты.

Первые испытания американской ракеты проводились в 2007 году (правда, проверялся лишь один из двигателей). Полномасштабные испытания американцам удалось провести через два года – тогда создатели прикрепили X-51F Waverider к бомбардировщику В-52. Именно при этом полете ракета показала мощную скорость, которая в пять раз превысила звуковую. Однако проверка этой самой быстрой ракеты в мире прошла не очень успешно, поскольку создатели несколько раз столкнулись с некоторыми препятствиями, которые даже заставляли отложить испытания.

В результате ракету все же удалось запустить с бомбардировщика и зафиксировать необходимые показатели. Однако в дальнейшем она должна была опуститься на дно Тихого океана, но этого не случилось, так как из-за некоторых сбоев разработчикам пришлось послать системе ракеты сигнал к самоуничтожению. А заняли испытания этой ракеты 200 секунд, что для ракет подобного типа является немалым временем.

Но представители военно-воздушных сил США после запуска гиперзвуковой крылатой ракеты были счастливы, поскольку это имеет немалую значимость для создания реактивных самолетов. Но испытания ракеты предстоит продолжить – так американцы планируют создать мощное оружие, с помощью которого можно будет в кратчайшие сроки наносить удары по любой точке Земли.

Таким образом, можно сделать вывод, что самая быстрая ракета в мире все же принадлежит Российской Федерации. И зная, что такое чудо нашей российской (даже советской) техники, защищает нашу Родину, мы можем быть совершенно спокойными.