Исследователи космоса

Sony A6300. Samyang 12mm F/2.0 NCS CS. ISO 3200. 20s.

Реактивная сила почти единственный способ двигаться в космосе. Циолковский рассчитал формулу для движения ракет.

Для начала возьмём простой случай — ракета одноступенчатая. Она разгоняется в невесомости, равномерно сжигая топливо. Набранная ракетой скорость зависит от скорости истечения газов, сожжённого топлива. А также от логарифма отношения начальной и конечной массы ракеты.

Конечная масса — это сколько весит ракета, а начальная — ракета + топливо.

Vmax = u ln M0/Mk = u ln(1 + MТ/Mk)

u — эффективная скорость истечения реактивных газов, М0 — начальная масса ракеты, Мк — конечная масса ракеты после завершения работы двигателя на активном участке траектории, MТ — масса выгоревшего топлива.

Как пользоваться формулой?

Мы знаем скорость, которую надо достигнуть — например, 10 км/с. В зависимости от топлива и конструкции двигателей мы знаем, какой будет скорость истечения реактивных газов. Например, 3,3 км/с ≈ почти как в двигателях ракеты «Союз». Получается, что мы можем манипулировать только отношением начальной и конечной массой ракеты.

По формуле считаем — нам нужно достигнуть скорости, которую мы выбрали ранее — 10 км/с. Зная скорость истечения ракетных газов из двигателей, которая на примере «Союза» = 3,3 км/с, из формулы получаем отношение начальной массы к конечной = 21. Это значит, что ракета, заправленная топливом, должна весить в 21 раз больше пустой.

Что нам это даёт?

Инженеры теперь знают, с какими характеристиками им надо построить ракету, чтобы она достигла 10 км/с. К тому же, уравнение показывает, что скорость истечения газов из двигателей поднимать выгоднее, чем увеличивать массу топлива. И всё это возможно рассчитать по формуле, которую вывел Константин Эдуардович Циолковский.

Однако, не всё так просто — если ракета стартует с Земли, то придётся учесть влияние земного притяжения и сопротивление атмосферы. Зато, можно улучшить ракету, сделав её многоступенчатой. Но об этом мы поговорим в следующих видео.

Картина на заглавной авторства художника Вячеслава Черникова.

Идеи космических станций волновали воображение фантастов еще в XIX веке. В 1869—1870 годах в журнале «Атлантика» выходил роман Эдварда Хейла «Кирпичная Луна». Именно в этом произведении впервые прозвучала мысль о возможности создания искусственного спутника — околоземной обитаемой станции. «Кирпичной Луной» именовалась огромная станция с экипажем на орбите Земли.

Еще через девять лет Жюль Верн в романе «500 миллионов бегумы» также высказал идею искусственного спутника Земли.

Но первым, кто глубоко проработал тему космического аппарата с экипажем, стал Константин Циолковский. Константин Эдуардович опередил свое время, предположив, что поблизости от Земли будут созданы огромные орбитальные города. Поселения-модули будут со временем состыкованы друг с другом, образуя кольцо на миллионы километров вокруг Солнца.

В 1920 году в Калуге выходит работа К. Э. Циолковского «Вне Земли» — в ней была изложена научная программа работ по подготовке проникновения человека в космос. Циолковский рисует, как ученые создают технический проект ракеты-космического корабля, на котором они совершают полет на околоземной орбите. Именно тогда и был заложен почти современный образ орбитальной станции.

В 1929 году теоретик космонавтики Герман Ноордунг-Поточник (словенский офицер австро-венгерской армии и инженер-электрик) выпустил книгу «Проблема путешествия в мировое пространство». Поточник был одним из самых активных единомышленников Циолковского и предлагал создать на орбите Земли орбитальную обсерваторию для изучения космоса и базу для межпланетных экспедиций.

Отдельно можно отметить и работу советского писателя-фантаста Александра Беляева, опубликованную в журнале «Вокруг света» в 1936 году под названием «Звезда КЭЦ». В романе он продолжил идею орбитальной станции К. Э. Циолковского (легко угадывается, что инициалы К.Э.Ц. стали названием станции). В романе скрупулезно описано создание станции, а также жизнь и работа людей на ней.

Следующим шагом стоит отметить изыскания Вернера фон Брауна. Он размышлял о необходимости строительства на околоземной орбите тороидальной (в форме бублика) космической станции, которая будет непрерывно вращаться для создания искусственной гравитации. Он предлагал как мирное использование станции — в виде заатмосферной обсерватории, так и боевое — в виде космической базы с ядерными ракетами типа «космос-земля».

Но время расставило все на свои места — фантазии и прожектирование закончились. Космическая гонка СССР и США в 1960-е годы привела сначала к созданию лунных программ по обе стороны океана, а на основе «лунных» наработок были созданы и орбитальные станции.

Издание «Pro Космос» специально для Госкорпорации «Роскосмос»: https://www.roscosmos.ru/38214/