Как работают космические ракеты?

Самое захватывающее, что вы можете
сделать на Земле, — это убежать от нее: прыгнуть в ракету и взлететь в космос! Ракеты
всегда, кажется, запускают нас в будущее, но их базовая
технология уходит корнями далеко в прошлое — в похожие на фейерверки ракеты,
разработанные почти 800 лет назад в Китае XIII века. С тех пор как первая современная
жидкотопливная ракета взлетела в небо в 1926 году, ракеты переправили
около 500 человек, несколько тысяч спутников и довольно много беспилотных зондов
в глубокую тьму за пределами Земли. Хотя исследование космоса, очевидно, является
главной целью всех этих усилий, стоит помнить, что
«выход за пределы» Земли дает нам лучшее понимание нашей
собственной планеты: прогнозирование погоды, исследование климата и навигация — это
всего лишь три из вещей, которые мы можем делать лучше благодаря развитию
космической ракеты. Сейчас ракеты — полезные вещи, но они
также очень сложны и крайне опасны. Как именно они работают? Давайте рассмотрим их поближе!

Фото: Взгляд вверх на основание ракеты Saturn V, похожей на ту, что доставила астронавтов на Луну в 1960-х годах. Пять красных штук — это пять двигателей самой нижней ступени ракеты (технически называемой S-IC). Фото предоставлено
NASA.

Что такое космос?

Фото: Космос, каким мы его знаем. Фотография звездного роя M80 (NGC 6093), плотного звездного скопления в галактике Млечный Путь, сделанная космическим телескопом «Хаббл» и предоставленная NASA для Commons.

Если вы хотите понять космические ракеты, вам нужно понять космос .

Пристегнутый к ракете, свистящий по пути к звездам, вы
не проедете ни одного дорожного знака: « Космос: Население 0, пожалуйста, ведите машину
осторожно ». Нет четкой разделительной линии между концом
Земли и началом космоса. Это потому, что гравитация (сила
, которая всасывает молекулы воздуха к нашей планете, создавая атмосферу Земли
) простирается до бесконечности. Другими словами, атмосфера Земли заканчивается постепенно,
незримо сливаясь с началом космоса.

Где начинается космос?

Большинство реактивных самолетов не летают выше
15 км (9,5 миль, 50 000 футов), где все еще достаточно кислорода, чтобы
сжигать топливо в двигателях и поддерживать полет, но это далеко не
начало космоса. Космос обычно определяется как начало примерно в 100 км (60 миль) над Землей
(условная точка, иногда называемая линией Кармана), где
обычные самолеты с трудом набирают достаточную подъемную силу, чтобы оставаться в воздухе.
Это не значит, что атмосфера Земли уже вся готова и запылена к этой точке; далеко не так!
Самые низкие спутники (известные как спутники на низкой околоземной орбите (НОО)) летают на высоте более 160 км или 100 миль от Земли, что более чем в 10 раз выше, чем летают самолеты. Тем не менее, они все еще испытывают некоторое сопротивление
(аэродинамическое сопротивление) от внешних границ нашей атмосферы, которое исчезает до 800 км (500 миль) или выше.

Вы можете подумать, что космос — это очень далеко, но сто километров — это не так уж и далеко: машина, мчащаяся по шоссе со скоростью, доставит вас туда всего за час; ракета доберется туда примерно в 20 раз быстрее — всего за 3 минуты.

Что такое космос?

С точки зрения того, кто проектирует ракету, космос — это место, которое
фактически находится за пределами досягаемости Земли — за пределами большей части ее гравитации и атмосферы.
Хотя мы склонны думать о нем как о вакууме, он не
полностью пуст. Через него проносится радиация (она должна
быть — как еще мы могли бы увидеть все эти далекие звезды и планеты?),
мимо проносятся метеориты, «космическая пыль» и даже куски космического
мусора (сломанные части спутников и ракет). Возможно, лучший способ думать
о космосе — это как о месте диких крайностей: пустоты,
невесомости (когда вы находитесь далеко от планет). В одну минуту — глубокая
тьма и экстремальный холод (когда вы в тени от солнца); в
следующую — ослепляющий свет, опасное космическое излучение и экстремальная жара.

Существует ли более одного типа пространства?

В основном нас интересует межпланетное пространство нашей собственной
Солнечной системы (область вокруг Солнца), которое измеряется расстояниями в
миллионы километров. Но космические телескопы и беспилотные зонды также
изучают более отдаленные области того, что называется межзвездным пространством
(пространством между звездами), измеряемые гораздо большими расстояниями,
называемыми световыми годами (расстояние, которое свет проходит за один год, что составляет
почти 10 триллионов километров). Галактика Млечный Путь,
частью которой является наша Солнечная система, имеет размеры около 100 000 световых лет (1 миллион, миллион, миллион км) в поперечнике.

Если вы еще не поняли, космос — довольно большое место!

Как работают ракеты?

На фото: Ракета Atlas Centaur запускает научный спутник в 1990 году.
Фотография предоставлена ​​Центром космических полетов имени Маршалла (NASA-MSFC) НАСА.

Теперь, когда мы знаем, что такое космос, нам легче понять, что такое ракета и как она работает.

Космическая ракета — это транспортное средство с очень мощным реактивным двигателем,
предназначенное для перевозки людей или оборудования за пределы Земли и в космос.
Если мы определяем космос как область за пределами атмосферы Земли, это означает,
что там недостаточно кислорода для питания обычного двигателя, который вы найдете
на реактивном самолете. Поэтому один из способов рассматривать ракету — это рассматривать ее как особый
вид реактивного транспортного средства, которое несет свой собственный запас кислорода.
Что еще мы можем понять о ракетах сразу?
Им нужна большая скорость и огромное количество энергии,
чтобы избежать силы тяжести и не упасть обратно на
Землю, как камни. Огромная скорость и энергия означают, что ракетные двигатели
должны генерировать огромные силы. Насколько огромные? В своей знаменитой
речи 1962 года, отстаивая
усилия по полету на Луну, президент США Джон Ф. Кеннеди
сравнил мощность ракеты с «10 000 автомобилей с ускорителями на полу».
По расчетам НАСА, лунная ракета «Сатурн-5» «разработала 34,5 миллиона ньютонов (7,6 миллиона фунтов) тяги при запуске, создав больше энергии, чем 85 плотин Гувера».

Силы

Ракеты — отличный пример того, как силы заставляют вещи двигаться. Распространенная ошибка — думать, что ракеты движутся вперед, «отталкиваясь от воздуха» — и легко увидеть, что это ошибка, когда вы вспоминаете, что в космосе нет воздуха, от которого можно отталкиваться. Космос — это буквально пустое пространство!

Что касается сил, ракеты прекрасно демонстрируют три важных научных правила, называемых законами движения
, которые были разработаны около 300 лет назад английским ученым
Исааком Ньютоном (1642–1727).

1. Космическая ракета, очевидно, никуда не полетит,
   если вы не запустите ее двигатель. Как сказал Ньютон, неподвижные вещи (например,
   ракеты, припаркованные на стартовых площадках) остаются неподвижными, если на них не действуют силы
   (а движущиеся вещи продолжают двигаться с постоянной скоростью, если на них не действует сила, которая их останавливает).
2. Ньютон сказал, что когда сила действует на что-то, она заставляет это
   ускоряться (двигаться быстрее, менять направление или и то, и другое). Так что когда вы запускаете
   свой ракетный двигатель, это создает силу, которая ускоряет
   ракету в небо.
3. Ракеты движутся вверх, выпуская горячий выхлопной газ вниз, как реактивные самолеты — или
   надутые воздушные шары, из которых вы выпускаете (холодный) воздух. Это
   пример того, что часто называют «действием и противодействием» (другое
   название третьего закона движения Ньютона): горячий выхлопной газ, выпускаемый
   вниз (действие), создает равную и противоположную силу (
   реакцию), которая ускоряет ракету. Действие — это сила
   газа, реакция — это сила, действующая на ракету, — и эти две
   силы имеют одинаковую величину, но направлены в противоположных направлениях и действуют на разные вещи
   (вот почему они не уравновешиваются).

Фото: Действие и реакция: ракеты работают, выпуская струи горячего газа вниз (действие), что заставляет их двигаться вверх (реакция). Газ ни на что не давит, заставляя ракету двигаться: сам акт обратного выстрела газа двигает ракету вперед — и это может происходить как в «пустом» космосе, так и в атмосфере Земли. На
этой фотографии показана миссия Space Shuttle STS-26 в 1988 году, когда Shuttle смело и уверенно вернулся в
космос после катастрофы Challenger двумя годами ранее. Фото предоставлено NASA на Commons.

Тяга и сопротивление

Сила, которая толкает ракету вверх, называется тягой ;
она зависит от количества (массы) и скорости газа, который ракета
выпускает, и от того, как ее выхлопное сопло сконструировано для выбрасывания этого газа
в виде струи высокого давления. Когда двигатель ракеты развивает достаточную
мощность, сила тяги, толкающая ее вверх, будет больше, чем ее собственный
вес (сила тяжести), тянущая ее вниз, поэтому ракета
поднимется в небо. По мере того, как ракета поднимается, сопротивление воздуха
( лобовое сопротивление ) будет пытаться тянуть ее назад, борясь с тягой. В
ракете, поднимающейся вверх, тяга должна бороться как с лобовым сопротивлением, так и с весом.
Это немного отличается от самолета, где тяга от
двигателей заставляет самолет лететь вперед, лобовое сопротивление тянет самолет назад,
а поступательное движение воздуха над крыльями создает подъемную силу , которая
преодолевает вес самолета. Таким образом, ключевое различие между ракетой
и реактивным самолетом заключается в том, что двигатель ракеты поднимает ее прямо вверх в небо,
тогда как двигатели реактивного самолета просто ускоряют самолет вперед, чтобы его крылья
могли создавать подъемную силу. Реактивные двигатели самолета выбрасывают его вперед, чтобы
крылья могли поднять его; двигатели ракеты поднимают его напрямую .

Чем быстрее движутся предметы и чем больше их форма нарушает воздух,
тем больше сопротивления они создают и тем больше энергии они тратят впустую,
поскольку они ускоряются. Вот почему быстро движущиеся предметы — реактивные самолеты,
высокоскоростные поезда, космические ракеты… и даже прыгающий лосось — имеют тенденцию быть
длинными, тонкими и трубчатыми по сравнению с более медленно движущимися предметами, такими как
лодки и грузовики, которые меньше подвержены сопротивлению.

Иллюстрация: Силы, действующие на самолет (слева) и ракету (справа). Когда самолет летит с постоянной скоростью,
тяга, создаваемая двигателями, равна сопротивлению воздуха (лобовому сопротивлению), тянущему назад. Подъемная сила, направленная вверх, создаваемая крыльями, равна направленной вниз силе веса самолета. Другими словами, две пары сил находятся в идеальном равновесии. В ракете тяга двигателей толкает ее вверх, в то время как вес и лобовое сопротивление пытаются тянуть ее обратно вниз. Когда ракета ускоряется вверх, тяга больше, чем объединенная подъемная сила и лобовое сопротивление. Различные поверхности ракеты также могут создавать подъемную силу, как и крылья самолета, но она действует вбок, а не вверх. Хотя это звучит запутанно, легко понять, почему, если представить себе синий самолет, повернутый на 90 градусов, так что он летит прямо вверх, как ракета: подъемная сила также будет направлена ​​вбок.

Скорость убегания

Ракеты очень быстро сжигают огромное количество топлива, чтобы достичь скорости убегания не менее 25 000 миль в час (7 миль в секунду или 40 000 км/ч), что является той скоростью, с которой что-то должно двигаться, чтобы вырваться из-под притяжения земного притяжения.
«Скорость убегания» предполагает, что ракета должна лететь так быстро при запуске, иначе она не улетит с Земли, но это немного
вводит в заблуждение по нескольким причинам. Во-первых, было бы правильнее говорить о «скорости убегания», поскольку
направление ракеты (которое на самом деле подразумевает слово «скорость») не так уж и важно и будет
постоянно меняться по мере того, как ракета изгибается в пространстве. (Вы можете прочитать больше о разнице между скоростью и скоростью в нашей статье о движении). Во-вторых, скорость убегания на самом деле связана с энергией, а не скоростью или скоростью. Чтобы улететь с Земли, ракета должна совершить работу против силы тяжести, преодолевая расстояние.
Когда мы говорим, что у ракеты есть вторая космическая скорость, мы на самом деле имеем в виду, что у нее есть по крайней мере достаточно кинетической энергии, чтобы вырваться
из-под земного притяжения (хотя вы никогда не сможете полностью от него избавиться). Наконец, ракета не получает всю свою кинетическую энергию одним большим глотком в начале своего путешествия: она получает дополнительные инъекции энергии, сжигая топливо по мере движения.
Отбросив придирки, «вторая космическая скорость» — это быстрое и простое сокращение, которое помогает нам понять
один основной момент: для того, чтобы что-либо поднять в космос, требуется огромное количество энергии.

Части космической ракеты

Ракета содержит около
трех миллионов битов всех форм и размеров, но проще думать о ней как о состоящей из четырех
отдельных частей. Есть структура (каркас, который
удерживает все вместе, подобно фюзеляжу самолета),
двигательная установка (двигатель, топливные баки и любые внешние
ракетные ускорители), система наведения (бортовая
компьютерная навигация, которая направляет ракету к месту назначения)
и полезная нагрузка (все, что несет ракета, от людей
или спутников до частей космической станции или даже ядерных боеголовок).
Современные космические ракеты работают как две или три независимые ракеты, соединенные
вместе, чтобы сформировать то, что называется ступенями . Каждая ступень может иметь
свою собственную двигательную установку и систему наведения, хотя обычно только
последняя ступень содержит важнейшую полезную нагрузку ракеты. Нижние
ступени по очереди отделяются по мере расходования топлива, и только верхняя
ступень достигает конечного пункта назначения ракеты.

Некоторые ракеты (Space Shuttle и European Ariane) выглядят как целая куча ракет, «связанных» вместе: толстая посередине и несколько более тонких по бокам. Большая
центральная ракета — главная. Более тонкие ракеты по бокам — это то, что называется
ракетами-носителями. Они представляют собой не более чем толстые фейерверки: одноразовые
двигатели, которые обеспечивают дополнительный толчок мощности во время старта, чтобы вывести
основную ракету в космос.

Художественное произведение: Маленькие кусочки истории: Интересный разрез, показывающий основные составные части ныне списанного орбитального корабля Space Shuttle. Изображение предоставлено Центром космических полетов им. Маршалла НАСА (NASA-MSFC). Просмотрите версию этого изображения с высоким разрешением (через Wikimedia Commons).

Ракетные двигатели

Фото: Тестовый запуск главного двигателя космического челнока. Фото предоставлено NASA на Commons.

Самая большая (и, возможно, самая интересная) часть ракеты
— это двигательная установка — двигатель, который поднимает ее в небо. Как
мы уже видели, ракеты отличаются от реактивных самолетов (и других
транспортных средств, работающих на топливе, которые работают на Земле), поскольку им приходится нести собственный
запас кислорода. Современные космические ракеты имеют главные двигатели, работающие на
жидком топливе (например, жидком водороде) и жидком кислороде (который выполняет
ту же работу, что и воздух, всасываемый в двигатель автомобиля), которые закачиваются
из огромных баков. Топливо (также называемое пропеллентом) и кислород
(называемый окислителем) хранятся при низких температурах и высоких давлениях,
поэтому в баках определенного размера можно перевозить больше,
что означает, что ракета может лететь дальше на том же объеме топлива.
Внешние ракетные ускорители, которые помогают основному ракетному двигателю, обычно сжигают твердое топливо
(именно по этой причине ускорители Space Shuttle назывались твердотопливными ракетными ускорителями, или SRB).
Они работают скорее как большие межконтинентальные баллистические ракеты, которые также сжигают твердое
топливо.

Иллюстрация: Как работает космическая ракета — сильно упрощенно: В отличие от реактивных двигателей самолетов, которые забирают воздух во время полета по небу, космические ракеты должны нести с собой собственные запасы кислорода (окислители), потому что в космосе нет воздуха. Жидкий водород (топливо) из одного бака смешивается с жидким кислородом (окислителем) из другого бака с помощью насосов и
клапанов для управления потоком. Окислитель и топливо смешиваются и сгорают в камере сгорания, создавая горячий поток выхлопных газов, который приводит в движение ракету. Полезная нагрузка (например, спутник) занимает относительно небольшую долю общего объема ракеты в носовом обтекателе наверху.

Типичная космическая ракета: Ariane 5

Сколько космических ракет вы можете назвать? Мощная
Saturn V, которая доставила
астронавтов на Луну, вероятно, возглавляет ваш список. А как насчет суперуниверсальных
ракет Atlas?
Первая из них стартовала 11 июня 1957 года, а последняя версия, Atlas
5, все еще взлетает сегодня. Наиболее яркими моментами этой полувековой
истории являются запуск первого американского астронавта в космос, отправка космического зонда Pioneer-10 к Юпитеру и дальше, а также запуск десяти
миссий программы Mariner для исследования Марса, Венеры и Меркурия.

За пределами США есть европейская ракета Ariane. Первоначально задуманная в 1973 году как совместный проект Франции, Германии и Великобритании, она постепенно зарекомендовала себя как одна из самых надежных ракет, запустив более
половины коммерческих спутников мира со своей базы во Французской
Гвиане. Последняя версия, Ariane 5, запускалась около 90 раз
с момента своего первого полета в 1996 году (и только с двумя крупными неудачами).

Фото: Ракета Ariane 5 готовится к запуску
космического телескопа Джеймса Уэбба. Фотография Криса Ганна предоставлена ​​NASA и Wikimedia Commons.

Ключевые части ракеты Ariane

Расположенная на стартовой площадке, Ariane состоит из трех основных частей: центральной
ракеты (высотой до 53 м или 174 фута), приводимой в действие главным двигателем (Vulcain 2), и
двух твердотопливных ракетных ускорителей высотой 31 м/101 фут (по одному с каждой стороны). Главная ракета состоит из двух ступеней. Первая (нижняя) ступень называется криогенной главной ступенью (или EPC). Работая от двигателя Vulcain и при поддержке двух SRB, ее задача состоит в том, чтобы вывести ракету и ее полезную нагрузку из атмосферы Земли в космос.
Вторая (верхняя) ступень называется криогенной верхней ступенью (ESC-A).
Она приводится в действие гораздо меньшим двигателем под названием Aestus, который выдает
крошечную тягу в 2,6 тонны, как раз достаточную для того, чтобы вывести ракету
на ее конечную орбиту, готовую к выпуску спутников, которые она
несет в качестве полезной нагрузки. Полезная нагрузка перемещается в самой верхней части ракеты
за съемным обтекателем (обтекаемая внешняя оболочка)
высотой 17 м и диаметром 5,4 м (высотой 56 футов и диаметром 18 футов). Обычно полезная нагрузка представляет собой один или два спутника, закрепленных по обе стороны от стартовой конструкции, называемой Speltra (или немного отличающейся,
называемой Sylda).

Иллюстрация: Части ракеты Ariane 5. Центральная ракета состоит из двух ступеней: нижней криогенной основной ступени (EPC, оранжевая пунктирная линия) и криогенной верхней ступени (ESC-A, серая пунктирная линия). Твердотопливные ракетные ускорители (оранжевые) стоят по бокам. Внутри центральной ракеты основными частями являются: 1) Съемный обтекатель для защиты полезной нагрузки при прохождении ракетой атмосферы Земли; 2) Полезная нагрузка, состоящая из (в этой миссии) двух запускаемых спутников; 3) Спутник, установленный сверху, запускается последним; 4) Структура Speltra позволяет запускать два спутника в одной миссии; 5) Спутник, установленный под Speltra, запускается первым; 6) Малый двигатель Aestus; 7) Бак с жидким кислородом; 8) Бак с жидким водородом; 9) Главный двигатель Vulcain.

Типичная миссия Ariane

Ракете «Ариан» требуется меньше часа, чтобы вывести в космос два спутника:

• Старт: На старте ракета весит до 780 тонн (примерно
  как 500 автомобилей), из которых полезная нагрузка составляет максимум 10 тонн.
  Другими словами, груз составляет всего 1 процент от общего
  веса! Чтобы вывести эту огромную массу в космос, Ariane 5 должна выработать
  в общей сложности около 1340 тонн тяги: 1200 от двух SRB (по 600 каждый) и
  140 от двигателя Vulcain. На старте первым запускается Vulcain;
  SRB запускаются через несколько секунд.
• SRB сброшены: SRB работают около двух с половиной
  минут, прежде чем отделиться от основной ступени, когда она достигает
  высоты около 69 км (42 мили). SRB возвращаются в атмосферу Земли
  , затем падают в Атлантический океан.
• Сбрасывание обтекателя полезной нагрузки: как только ракета безопасно покидает
  атмосферу Земли, примерно через три минуты после запуска и на высоте
  более 100 км (62 мили), взрывчатые (пиротехнические) заряды разделяют
  защитный обтекатель полезной нагрузки, и он сбрасывается.
• Криогенный главный двигатель сбрасывается: главный двигатель Vulcain
  работает в общей сложности около девяти минут (с момента запуска),
  за это время он сжигает 25 тонн жидкого водорода и 150
  тонн жидкого кислорода. На высоте около 200 км (124 мили) главная ступень (EPC)
  отключается и сбрасывается с остальной части корабля. Она возвращается в атмосферу Земли
  , также направляясь в океан.
• Верхняя ступень выходит на орбиту: двигатель верхней ступени (ESCA) включается
  и выводит оставшуюся часть ракеты на орбиту, а затем выключается
  примерно через 25 минут после начала миссии на высоте 640 км (400 миль).
• Первый спутник отделяется: спустя чуть более 27 минут после начала
  миссии первый спутник отделяется от Speltra и самостоятельно выходит на
  орбиту, оставляя второй спутник по-прежнему прикрепленным к ракете-носителю
  .
• Отделение второго спутника: примерно через 35 минут после начала
  миссии второй спутник отделяется от «Спелтры» и выходит на орбиту.
• Завершение миссии: Вся миссия занимает около 50 минут
  от запуска до завершения.

Более пристальный взгляд на научную ракету

Иллюстрация: Ранний проект высотной ракетной камеры из
патента США: 1,102,653: Ракетный аппарат Роберта Хатчингса Годдарда от 7 июля 1914 г., любезно предоставлено Бюро по патентам и товарным знакам США (некоторые детали удалены, а цвета добавлены для простоты объяснения).

Это не ракетостроение, даже когда это так! Ракеты могут быть очень сложными, но если вы подумаете о
них внимательно, вы обнаружите, что части внутри расположены очень логичным образом, который вскоре обретает смысл.
Чтобы понять, что я имею в виду, давайте рассмотрим очень раннюю конструкцию ракеты немного подробнее.
Она была разработана Робертом Хатчингсом Годдардом (1882–1945), американским физиком, которого широко считают отцом современной космической ракеты.

Это произведение искусства взято из патента, который Годдард подал в 1914 году на ракету, которая могла подниматься на большую высоту и делать
фотографии. Помните, что это было в начале 20-го века, задолго до того, как спутники вышли в космос, а астронавты
покорили Луну.

Умная идея Годдарда здесь заключалась в том, чтобы поместить ракету внутрь ракеты, что немного похоже на современную идею ракеты со ступенями.
Вы можете увидеть всю ракету на рисунке 1 справа. Основной ракетный двигатель окрашен в красный цвет. Вы поджигаете его с помощью фитиля (14),
который сгорает и воспламеняет диски топлива (12). Как только все топливо сгорает и ракета достигает довольно большой высоты,
вторая ракета (синяя), установленная сверху, воспламеняется, отделяется и выстреливает еще выше. Поскольку вторая ракета весит намного меньше первой, определенное количество топлива заставит ее подняться гораздо выше в небо, чем если бы это топливо должно было поднять обе ракеты вместе.

Ракета сохраняет свою устойчивость, вращаясь на высокой скорости по мере своего полета, как пуля, выпущенная из ружья. На рисунке 3 показано, как это происходит. Это поперечное сечение ракеты в точке, обозначенной 3—3 на рисунке 1 (где встречаются синяя и красная ракеты). Топливные вставки (16) сгорают и посылают струи горячего газа наружу по касательным, заставляя корпус ракеты вращаться. В отличие от основного ракетного двигателя, вращающиеся струи зажигаются электрической цепью, показанной как 18, 19 и 20, что позволяет им срабатывать одновременно. На практике вы бы запустили эти тангенциальные ракеты, чтобы заставить ракету вращаться на ее подставке (рисунок 5) на шарикоподшипниках (22) и, как только она начнет вращаться, поджечь главный фитиль (14), чтобы взорвать ее в небо.

Деловая часть ракеты — та часть, которая выполняет нашу полезную работу — это секция полезной нагрузки сверху. Это показано на рисунке 2 слева. Ракета Годдарда была разработана для фотографирования с большой высоты, поэтому у нас есть камера (оранжевый, 36) и гироскоп с индукционным двигателем (фиолетовый, вверху), который удерживает ее в одном направлении, пока ракета вращается.

Так что все не так сложно, как кажется!

Кто изобрел ракеты? Краткая хронология истории ракет

Ранние вехи

• ~700–900: Китайские изобретатели изобретают порох.
• 1232: Китайские воины используют похожие на фейерверки ракеты, которые они
  называли «стрелами летящего огня», для защиты города Кайфэн
  от нападения монголов.
• 1865: Французский писатель Жюль Верн пробуждает интерес к космическим
  путешествиям, публикуя свою классическую книгу
  «С Земли на Луну».
• 1869: Эдвард Эверетт Хейл публикует рассказ под названием
  «Кирпичная
  луна», в котором описывается идея искусственного навигационного спутника.
• 1903: Русский учитель
  Константин Циолковский (1857–1935) публикует книгу « Ракета
  в космическое пространство» . Среди его выдающихся достижений — выдвижение идеи жидкотопливных ракет,
  ступеней ракет и уравнения ракеты (основная математика космических
  путешествий).
• 1916: Профессор физики США
  Роберт Хатчингс Годдард (1882–1945), которого
  часто называют «отцом современной ракетной техники», излагает свои идеи
  в 70-страничном отчете под названием « Метод достижения экстремальных высот».
  Среди его страниц похоронено предложение отправить ракету на
  Луну.На фото: Отец современной ракетной техники Роберт Хатчингс Годдард, изображенный в ноябре 1925 года с
  одним из своих изобретений — ракетным двигателем двойного действия. Годдард впервые задумался о полете в космос еще подростком, когда залез на вишневое дерево в саду своей семьи: «Я представлял, как было бы здорово сделать устройство, которое имело бы возможность подняться на Марс…» Среди его многочисленных изобретений были: использование жидкого топлива в ракетах и ​​создание многоступенчатых ракет
  — две принципиально важные идеи, которые использовались практически в каждой успешной космической ракете, запущенной на сегодняшний день. Фото предоставлено NASA на Commons.
• 1920: 12 января 1920 года
  в редакционной статье газеты The New York Times идеи Годдарда о ракете для полета на Луну были названы «абсурдными», поскольку в них «недостает знаний, которые ежедневно преподаются в средних школах».
• 1923: Немецкий физик
  Герман Оберт (1894–1989) публикует
  влиятельную книгу под названием « Ракета в межпланетное пространство» ,
  в которой объясняется, как ракеты могут работать в космическом вакууме.
• 1924: Ученые Советского Союза (союз России и
  соседних государств) основали Общество по изучению межпланетных
  путешествий. Американский эквивалент, Американское межпланетное общество, создано
  шесть лет спустя.
• 1926: 16 марта 1926 года Роберт Хатчингс Годдард запускает первую практическую
  ракету на жидком топливе.
• 1942–1945: Во время Второй мировой войны
  немецкие ученые под руководством
  Вернера фон Брауна (1912–1977)
  разрабатывают ракету дальнего действия V-2, которая наносит разрушительные удары
  по вражеским городам, включая Лондон, Англия. После окончания войны фон
  Браун и более 100 других немецких ученых-ракетчиков переезжают в Соединенные Штаты, где
  начинают работать на армию США и, в конечном итоге, на американское
  космическое агентство NASA.

На фото: ранняя ракета Atlas, сфотографированная в 1963 году. Фотография предоставлена ​​NASA в Commons.

Полет человека в космос

• 1957: 4 октября 1957 года Советский Союз запускает «Спутник-1», первый искусственный спутник Земли. «Спутник-2» стартует месяц спустя,
  3 ноября, с собакой-космонавтом Лайкой на борту.
• 1959: Экспериментальный ракетоплан X-15 , созданный НАСА и
  ВВС США и являющийся наполовину обычным самолетом, наполовину ракетой, совершает свой первый полет в сентябре 1959 года. В течение следующих нескольких лет он помогает военным летчикам тренироваться для высокоскоростных высотных полетов на ракетах и ​​устанавливает мировой рекорд скорости для самолета с пилотом, почти в 7 раз превышающий скорость звука.
• 1961: Советский космонавт Юрий Гагарин (1934–1968) становится первым человеком, совершившим полет в космос и облетевшим орбиту Земли 12 апреля 1961 года. В следующем
  месяце, 5 мая, Алан Шепард (1923–1998) из ВМС США становится первым
  американским астронавтом, совершившим полет в космос на космическом корабле «Меркурий».
• 1963: Валентина Терешкова
  (1937–) становится первой женщиной в космосе в составе советской миссии «Восток-6».
• 1969: 20 июля 1969 года Нил Армстронг и Эдвин «Базз» Олдрин
  стали первыми людьми, ступившими на Луну во время миссии
  «Аполлон-11»
  , которым помогал их коллега Майкл Коллинз, оставшийся на
  лунной орбите. Еще пять миссий «Аполлон» успешно исследовали Луну, пока
  последняя, ​​«Аполлон-17», не завершилась 19 декабря 1972 года.
  На следующий день после высадки на Луну The New York Times
  извинилась за насмешку над первоначальной идеей Годдарда о лунных ракетах:
  «Теперь точно установлено, что ракета может функционировать как в вакууме, так и в атмосфере. The Times сожалеет об ошибке».
• 1971–1982: Советский Союз запускает серию из семи пилотируемых
  космических станций «Салют», на которых космонавты устанавливают ряд
  рекордов по продолжительности непрерывного пребывания в космосе.
• 1973: США запускают свою конкурирующую космическую станцию ​​Skylab. Она остается на орбите до 1979 года, пока наконец не падает обратно на Землю
• 1982: Американский космический челнок, многоразовый космический самолет, совершает свой
  первый полет.
• 1986: Программа «Шаттл» внезапно завершается 28 января
  1986 года, когда «Челленджер», один из кораблей флота «Шаттл», взрывается через минуту
  после запуска миссии STS-51-L, в результате чего погибают все семь человек на борту.
• 1986: Советы запускают «Мир», постоянно пилотируемую космическую станцию. Она остается на орбите до 2001 года, что в три раза превышает запланированный
  срок службы.
• 1998: Строительство Международной космической станции началось 20 ноября 1988 года. Она постепенно обретает форму после
  еще 115 космических полетов. Текущая структура в четыре раза больше, чем «Мир», в пять раз больше, чем
  «Скайлэб», и такая же длинная, как поле для (американского) футбола.

На фото: запуск ракеты SpaceX Falcon 9 в 2020 году.
Фотография предоставлена ​​NASA и размещена в Commons.

21-го века

• 2002: Изобретатель-независимый Илон Маск основывает компанию SpaceX, которая в 2008 году запускает на орбиту первую финансируемую частными лицами ракету на жидком топливе.
• 2004: SpaceShipOne побеждает в конкурсе Ansari X Prize (конкурс на разработку первого многоразового негосударственного космического самолета) и совершает свой
  первый полет в космос 21 июня 2004 года.
• 2010: НАСА и ВВС США успешно испытали многоразовый беспилотный космический дрон
  X-37B длиной 9 м (30 футов), созданный компанией Boeing.
• 2011: Флот космических челноков официально отправлен в отставку после 135 миссий.
  Четыре уцелевших челнока нашли новое пристанище в музеях по всем Соединенным Штатам.
• 2015: Европейское космическое агентство (ЕКА) проводит успешный испытательный полет собственного многоразового космического самолета
  Intermediate eXperimental Vehicle (IXV).
• 2018: НАСА запускает InSight, новую миссию на Марс, которая будет исследовать тайны внутренней структуры красной планеты (ее коры, мантии и ядра).
• 2019: китайский беспилотный зонд «Чанъэ-4» становится первым космическим аппаратом, приземлившимся на обратной стороне Луны. Позже в 2019 году индийская миссия «Чандраян-2» едва не терпит неудачу в попытке разместить на Луне работающий лунный модуль и луноход.
• 2020: Китайский зонд «Чанъэ-5» доставляет на Землю первые образцы лунного грунта со времен миссий «Аполлон», проведенных несколько десятилетий назад.
• 2021: Английский сэр Ричард Брэнсон открывает новую эру космического туризма, летая к границе космоса
  на своем ракетоплане Virgin Galactic. Вскоре после этого Джефф Безос из Amazon совершает свой собственный
  космический полет на борту ракеты New Shepard.
• 2022: НАСА представляет гигантскую новую лунную ракету под названием Space Launch System (SLS), которая должна быть на 15 процентов мощнее Saturn V, впервые доставившей астронавтов на Луну.Фото: Космическая пусковая система (SLS) в процессе строительства в огромном здании сборки транспортных средств в Космическом центре имени Кеннеди НАСА во Флориде. Фото предоставлено Библиотекой изображений и видео НАСА.

Не хотите читать наши статьи? Попробуйте вместо этого послушать

Если вы предпочитаете слушать наши статьи, а не читать их, подпишитесь на наш новый подкаст
на Apple Podcasts,
Spotify,
Amazon,
Podchaser
или в вашем любимом приложении для подкастов или слушайте ниже:

Узнать больше

На этом сайте

• Самолеты
• История полета
• Реактивные двигатели (авиационные двигатели)
• Силы и движение

На других сайтах

• НАСА
  и Европейское космическое агентство: Каковы последние новости из мира исследования космоса?
• Справочник для преподавателей космонавтики: превосходная коллекция образовательных ресурсов, составленная Джерри Вудфиллом из НАСА.
• Ракеты: руководство для учителя с заданиями по естествознанию, математике и технологиям: подробное 100-страничное руководство по ракетостроению для преподавателей школ K-12 и их учеников.
• Смитсоновский национальный
  музей авиации и космонавтики: прекрасное место, где можно узнать, как люди покорили воздух.
• Space.com: один из самых популярных сайтов новостей о космосе.

Книги

Для читателей старшего возраста

• Apollo 11: The Inside Story Дэвида Уайтхауса. Icon, 2019. В 50-ю годовщину высадки Аполлона на Луну эта книга предлагает новый взгляд на одну из самых вдохновляющих историй научного успеха всех времен.
• Ракета: Руководство по эксплуатации: 1942 Onwards Дэвида Бейкера. Haynes, 2015. Несколько великолепных разрезов, сопровождаемых роскошными фотографиями. В этой книге рассматриваются как общие принципы работы ракет, так и примеры классических ракет за последние полвека.
• Очевидец: исследование космоса Кэрол Стотт и др. DK, 2014. Что там, за небом, в темноте, о которой мы можем только догадываться? Красочное введение от Дорлинга Киндерсли.
• «Человек на Луне» Эндрю Чайкина. Penguin, 2010. Увлекательное чтение, в котором описываются исторические миссии «Аполлон» и люди, которые сделали их возможными.

Для юных читателей

• «Космическая энциклопедия: тур по нашей Солнечной системе и за ее пределами» Дэвида А. Агилара и др., National Geographic, 2020 г. Подходит для детей 9–12 лет.
• Eyewonder: Space Кэрол Стотт. DK, 2016. Краткое (56 страниц) введение для детей 5–9 лет.
• «Космос: Смитсоновский институт» Роберта Динвидди и др., Дания, 2015. Насыщенное информацией, но визуально очень увлекательное введение для детей 9–12 лет.

Статьи

• «Заправка
  и взлет»
  , Нил Деграсс Тайсон, журнал Natural History, июнь 2005 г. Эти два увлекательных эссе объясняют, как ракета отрывается от земли и как она перемещается в космосе после прибытия на нее.