Как ракеты летают в космосе без воздуха

Ракеты, отправляющиеся в космос, функционируют по принципам, отличным от традиционных двигателей, используемых на Земле. В отличие от самолётов и автомобилей, ракеты не зависят от атмосферного воздуха для получения тяги.

Фото: NASA is licensed under public domain

Основой их работы является процесс сгорания топлива с использованием окислителя, который ракета берёт с собой, как правило, это жидкий кислород. Данная особенность позволяет им свободно двигаться в космосе, где отсутствует воздух.

Третий закон Ньютона играет ключевую роль в передвижении ракет. Этот принцип — "каждое действие вызывает равное и противоположное противодействие" — объясняет, почему ракета движется вперёд, когда горячие газы выбрасываются из её сопла вниз.

Двигатели создают значительную силу, которая направляет ракету в противоположном направлении, позволяя ей преодолевать силу притяжения Земли и двигаться в открытом космосе.

Орбитальная механика также оказывает влияние на полёты ракет. Орбита вокруг планеты требует определённой скорости, которая зависит от высоты. Чтобы подняться выше, ракете нужно ускорение в апоцентре орбиты, а для снижения — в перицентре.

Для поддержания стабильной орбиты важно рассчитывать необходимое количество топлива, учитывая массу ракеты, тип топлива и влияние орбитальных сил.

Особое внимание уделяется удельному импульсу топлива — характеристике, определяющей эффективность топлива. НАСА, например, использует жидкий водород и жидкий кислород, так как эта комбинация обладает самым высоким удельным импульсом среди доступных видов топлива.

Однако жидкий водород требует крупных баков и надёжной изоляции, что не всегда целесообразно.

Запуски ракет часто сопровождаются применением ускорителей, которые повышают тягу и позволяют экономить топливо. Ускорители играют важную роль в больших миссиях, таких как программы по исследованию дальнего космоса и Луны.

Для межпланетных путешествий используется метод гравитационного манёвра: облетая другие планеты, такие как Венера, космические аппараты используют их гравитацию для ускорения, что позволяет сократить время полёта и сэкономить топливо.

Уточнения

Косми́ческое простра́нство ко́смос (др.-греч. κόσμος — «упорядоченность», «порядок») — относительно пустые участки Вселенной, которые лежат вне границ атмосфер небесных тел.