80 років тому перша ракета полетіла в космос: як вони працюють зараз

У червні 1944 року німецька ракета Фау-2 стала першою у світі, яка була запущена в космос. За наступні десятиліття люди експериментували з різними конструкціями, щоб вивести апарати на орбіту і запустити їх ще далі в глибокий космос. Зараз триває створення нових космічних ракет, а тому важливо розуміти, як вони працюють, пише IFLScience.

У Фокус. Технології з'явився свій Telegram-канал. Підписуйтесь, щоб не пропускати найсвіжіші та найзахопливіші новини зі світу науки!

Важливо розуміти, що будь-який об'єкт, який має масу, має тенденцію чинити опір приведенню його в рух. Але якщо об'єкт опиняється в русі, то він продовжить рухатися доти, доки він не відчуває тертя або опору. Тобто об'єкт рухатиметься за інерцією. Не варто забувати і про третій закон Ньютона, який свідчить, що кожна дія має рівну і протилежну протидію. Разом вони складають теоретичну основу для будь-якого запуску космічної ракети.

Щоб ракети відірвалася від землі та потрапила в космос, вона має рухатися швидко. Наприклад, для перетину лінії Кишені, тобто своєрідної межі, де починається космос на висоті 100 км, ракета повинна мати швидкість приблизно 3500 км/год або майже 1 км за секунду. Щоб ракета потрапила на орбіту і залишалася там, то потрібно її прискорити. Швидкість, необхідна для перебування на низькій навколоземній орбіті, становить приблизно 8 км/с. Щоб назавжди подолати гравітаційний вплив Землі, ракеті потрібно рухатися ще швидше. Ця швидкість становить щонайменше 11,2 км/с або приблизно 40 тисяч км/год.

Незалежно від того, яку швидкість потрібно набрати, потрібно створювати тягу. Тяга залежить від швидкості вихлопних газів і маси газу, що викидається за секунду. Тому потрібно перейти від принципів фізики до хімії вибухів. Простіше кажучи, це екзотермічна реакція, під час якої виділяється тепло та енергія. Це те, що приводить у дію звичайні двигуни внутрішнього згоряння. Для роботи ракетного двигуна потрібні паливо, окислювач і джерело займання.

Найчастіше як окислювач використовують рідкий кисень. Але ракетне паливо буває різним. Наприклад, ракети серії Falcon компанії SpaceX використовують як паливо ракетний гас, а ракета Starship тієї ж компанії — метан. Ракета NASA під назвою Space Launch System і ракета Ariane 6 Європейського космічного агентства використовують як паливо рідкий водень.

Але балансувати ракету тонку і високу ракету, з тягою, що виходить знизу — це все одно що балансувати олівець на пальці. Тому потрібна гнучкість. Гнучкість досягається за рахунок наявності рухомих сопел двигуна, а також інших елементів конструкції, як-от плавники. Коли ракета починає безконтрольно обертатися, це означає, що ці системи не працюють, і ракета або ось-ось вибухне сама, або цей вибух спровокують інженери на землі.

У космічних ракет є одна спільна риса: вони мають прискорювачі. Але вони потрібні не всім ракетам, бо не кожній з них потрібно створювати однакову тягу. Ще однією важливою характеристикою ракет є те, що вони зазвичай складаються з двох або більше ступенів. Тут важливо знову згадати про інерцію. Що більша маса об'єкта, то більше потрібно тяги для досягнення бажаної швидкості. Але що більше потрібно тяги, то більше потрібно палива. Тому відбувається відділення ступенів ракети, які вже виконали свою функцію під час польоту. Але в деяких космічних ракетах, як у ракет SpaceX, перші ступені можна використовувати повторно. В інших випадках повторно використовується тільки капсула, в якій перебуває вантаж або екіпаж.

Фокус уже писав про те, чи є тектоніка плит на інших планетах, крім Землі. Поверхня Землі розділена на великі плити, які труться одна об одну, викликаючи землетруси і виверження вулканів.

Також Фокус писав про те, що одна з планет Сонячної системи ховає шар алмазів і його товщина становить кілька кілометрів. Ця планета майстерно заховала свої скарби під шаром непримітного графіту.