Механика космического полета в элементарном изложении - Левантовский В.И.
Скачать (прямая ссылка):
80 000 10"54- Ю-3 4-Ю-5 Эксперименты в 80-х годах Межпланетные зонды, доставка грузов на стационарную орбиту
300000 ~1 Только идея Полеты к звездам 52 ГЛ. 1. ДВИГАТЕЛЬНЫЕ СИСТЕМЫ ДЛЯ КОСМИЧЕСКИХ ПОЛЕТОВ
делающий возможным достижение цели. Поэтому подобного рода перелеты иногда называют импульсными и даже многоимпульсными, если химический двигатель на пути к цели включается несколько раз. Поэтому же иногда называют импульсными и сами химические двигатели и ракеты.
Нетрудно понять, как важна роль активного участка траектории, несмотря на его малую длину и кратковременность. Активный участок является участком разгона (участком выведения на траекторию). Успех всего перелета, совершаемого с помощью импульсной ракеты, в огромной степени (если не полностью) зависит от того, насколько точно совершалось активное движение, насколько точно были соблюдены в конце участка разгона величина и направление расчетной скорости. Поэтому важнейшее значение имеет точность системы управления на активном участке. На пассивном участке движение по траектории является вовсе неуправляемым, если исключить исправления (коррекции) траектории посредством кратковременного включения двигателя.
Электрические, гелиотермические и некоторые перспективные типы ядерных двигателей (см. § 5), а также солнечный и изотопный парусы являются двигателями непрерывного действия, так как при малом секундном расходе они работают непрерывно в течение многих недель и месяцев х). Их реактивное ускорение имеет порядок 10~5—IO-2 g, и, следовательно, они не могут оторвать космический
Таблица 2. Сравнение двух групп космических двигателей
Двигатели импульсного действия (большой тяги)
Продолжительность действия—минуты или секунды Большое реактивное ускорение (несколько g) Малые скорости истечения (3-і-30 км/с)
Могут действовать в атмосфере и
в вакууме Старт с поверхности планет возможен
Короткий активный участок (сотни
километров и меньше) Очень длинный пассивный участок
Скорость в конце участка выведения близка к идеальной скорости (разница не более 20%)
Двигатели непрерывного действия (малой тяги)
Продолжительность действия—недели и месяцы
Малое реактивное ускорение (10-5-f-
-ю-2 g)
Большие скорости истечения (до сотен и тысяч км/с)
Действуют только в вакууме
Старт с поверхности планет невозможен
Длинный активный участок (миллионы, сотни миллионов километров)
Пассивный участок после старта может отсутствовать
Скорость в конце активного участка в два или более раз меньше идеальной
х) Фотонные двигатели звездолетов мы исключили из рассмотрения. § 10. КЛАССИФИКАЦИИ ДВИГАТЕЛЬНЫХ СИСТЕМ
53
аппарат от земной поверхности. Впрочем, и действие их может начаться лишь в условиях глубокого вакуума мирового пространства. Стартовыми площадками для двигателей непрерывного действия, или двигателей малой тяги, могут служить лишь искусственные спутники. Действуя в течение долгого времени, малая тяга может переместить в выбранном направлении полезную нагрузку, значительно превышающую полезную нагрузку импульсных ракет. Это объясняется большой скоростью истечения для двигателей малой тяги.
Для наглядности в табл. 2 сведены характеристики двух групп космически X дви гателей.
В этой главе вскользь упоминались некоторые факты из истории развития ракетного двигателестроения. Читатель найдет многие подробности и очень интересный фактический материал в богато иллюстрированной брошюре В. П. Глушко [1.28], подытоживающей примерно до середины 1973 г. успехи советской ракетной техники и космонавтики, а также некоторые наиболее выдающиеся достижения США. В ней приводятся технические характеристики мощных советских ЖРД и ракет-носителей. Много сведений из области космических ракетных двигателей, топлив, систем управления, конструкций, материалов, организации наземных служб можно'почерп-нуть из живо и ярко написанного пособия В. И. Феодосьева 11.2] и из издания «Космонавтика (малая энциклопедия)» [1.34]. Глава 2
СВОБОДНЫЙ ПОЛЕТ В ПОЛЯХ ТЯГОТЕНИЯ
§ 1. Силы, действующие на космический аппарат в полете
В предыдущей главе мы познакомились с используемыми в космонавтике двигательными системами. Теперь мы знаем, каким путем создается большая или малая тяга, приводящая космический аппарат в движение. Но, кроме силы тяги, на космический аппарат действуют еще и другие, природные, силы. Если мы хотим знать, как будет двигаться в мировом пространстве космический аппарат, или, что еще более важно, хотим определенным образом спроектировать космический полет, то должны учесть все действующие силы.
Важнейшей из природных сил, действующих на космический аппарат, является сила всемирного тяготения. Силы тяготения (или силы притяжения, или гравитационные силы, что одно и то же) между материальными телами (в частности, между небесными телами и космическим аппаратом) подчиняются открытому великим Ньютоном закону всемирного тяготения. Этот закон гласит: всякие две материальные точки1 притягиваются друг'к другу с силами, прямо пропорциональными массам точек и обратно пропорциональными квадрату расстояния между ними, или, в математической форме,
