1.1 Взлет

смотрите Финальную Модель: http://www.falsehood.me/
Первая версия оставлена лишь для истории !!!

Вот ракета на космодроме, вот летит, 1-я ступень, 2-я, и вот корабль выведен на околоземную орбиту с первой космической скоростью 8 км/с.
Вроде бы формула Циолковского вполне позволяет.



Из учебника: "для достижения первой космической скорости υ = υ1 = 7,9·103 м/с при u = 3·103 м/с (скорости истечения газов при сгорании топлива бывают порядка 2–4 км/с) стартовая масса одноступенчатой ракеты должна примерно в 14 раз превышать конечную массу".
Вполне разумная цифра, если, конечно, забыть, что на ракету ещe действует сила притяжения, не входящая в формулу Циолковского.

Но вот какой расчет скорости Сатурн-5 провел С.Г.Покровский : http://www.supernovum.ru/public/index.php?doc=5 (файл "Попасть на Луну" в приложении) и http://supernovum.ru/public/index.php?doc=150 (старый вариант: файл "ОЦЕНКА СКОРОСТИ" в приложении). С такой скоростью (менее 1200 м/с) ракета не может набрать 1-ю космическую скорость.

Из Викпедии: "В течении своих двух с половиной минут работы, пять двигателей F-1 поднимали ракету-носитель Сатурн-5 на высоту 42 мили (68 км) придавая ей скорость 6164 миль в час (9920 км/ч)". Это те самые, заявленные американцами 2750 м/с. 
Прикинем ускорение: a=v/t=2750/150=18.3 м/сек²
Нормальная трехкратная перегрузка при взлете. Но с другой стороны, а=2H/t²=2x68000/22500=6 м/сек². С таким ускорением далеко не улетишь. 
Как объяснить второй результат и трехкратную разницу?

На большинстве форумов цитируют этот вопрос и объясняют полной безграмотностью автора, мотивируя тем самым своё нежелание читать дальше. Но, увы, автор закончил не три класса церковно-приходской школы, а Факультет Общей и Прикладной Физики Московского Физико-Технического Института. Что и легко сейчас докажет на примере полета самодельной ракеты, запущенной группой американских энтузиастов 30.09.2011 (http://www.newsland.ru/news/detail/id/803913/). Ракета была оснащена датчиками, графики показаний которых были размещены на сайте события: http://ddeville.com/derek/Qu8k.html.


Для удобства подсчетов возьмем десятую секунду полета.
 Используя фотошоп для измерения пикселей на рисунке, получим значения:
 высота = 4.2 км;
 
скорость = 950 м/сек;
 
ускорение = 94
м/сек². 
На 10-й секунде ускорение уже падало, поэтому я взял среднее с какой-то ошибкой в несколько процентов (10% - очень хорошая погрешность физических экспериментов).
 А теперь проверим вышеприведенные формулы:
 а=2H/t²=84 м/сек²;
 a=v/t=95 м/сек²

 Как видите, расхождение в те самые 10%. А совсем не в 300%, о которых я и задал вопрос.


 Ну, а для тех, кто не в курсе, сообщу: в физике все качественные оценки должны быть получены простыми школьными формулами. Как сейчас.

 Все сложные формулы нужны лишь для точной подгонки разных деталей (иначе поток электронов пройдет рядом с мишенью в циклотроне).


А теперь посмотрим с другой стороны: средняя скорость H/t=68000/150=450 м/сек; если считать, что скорость возрастала равномерно от нуля (как на графике любительской ракеты), то на высоте 68 км она равна 900 м/сек. Результат даже меньше значения, посчитанного Покровским. Получается, что в любом случае двигатели не позволяют набрать заявленную скорость. Возможно, даже спутник не выведешь на орбиту.

Сложности подтверждают неудачные испытания ракеты "Булава" (с 2004 года): то отказ 1-й ступени, то полет не в ту сторону, а то и просто падение при старте.
Неужели на космодромах нет проблем? 
Хорош пример северокорейцев, которые, очевидно, выкрали наши чертежи, создали ракетоноситель и 05.04.2009 запустили спутник, который, как и полагается, упал в Тихий океан.
А это старт шаттла Endeavour. Как по мне, так это траектория падения в Атлантику...


И, чтобы закончить о полетах с 1-й космической скоростью (7.76 км/сек на высоте 500 км). 
Формулу Циолковского применяют к вертикальной составляющей скорости. Но чтобы снаряд летел по стационарной орбите он должен иметь горизонтальную 1-ю космическую скорость, как её рассматривал Ньютон, выводя свои формулы:

 

Чтобы вывести ракету на 1-ю космическую скорость, её надо разогнать не только вертикально, но и горизонтально. Т.е. фактически скорость истечения газов в полтора раза ниже заявленной, считая, что ракета поднимается в среднем под углом в 45° (половина газа работает на подъем вверх). Вот почему в расчётах теоретиков всё сходится - приравниваются понятия "вывести ракету на орбиту" и "поднять ракету на высоту орбиты". Чтобы ракету вывести на орбиту, надо её поднять на высоту орбиты и придать 1-ю космическую скорость в горизонтальной составляющей движения. Т.е. совершить две работы, а не одну (затратить в два раза больше энергии).

Увы, всё же сказать чего-то определенного я не могу - уж очень это дело запутанное: сначала есть сопротивление атмосферы, потом нет, масса уменьшается, скорость растет. Оценить сложные теоретические расчеты простой школьной механикой не получается. Оставим вопрос открытым. Он поднимался лишь для затравки - показать, что не всё так просто, как может показаться на первый взгляд.



Казалось, что этот вопрос так и останется подвешенным. Что можно возразить против утверждения, что шаттл на фото вышел на околоземную орбиту и кривая вниз - это начало витка вокруг Земли?
Но случилось чудо: 24 февраля 2011 г. последний старт Discovery был снят с борта пролетавшего самолета на высоте 9 км:

 Съемка началась с момента старта (отчет наблюдали на экране в салоне самолета) и длилась 127 секунд.
 Давайте сверимся с официальными данными:

http://www.buran.ru/htm/shuttle.htm На 125 с полета при достижении скорости 1390 м/с и высоты полета ~ 50 км твердотопливные ускорители (ТТУ) отделяются. 

Этого момента мы не успели увидеть (интересно, что могло прервать столь интересную съёмку именно в такой важный момент?). Но главное мы видим: высота действительно 50 км (соизмеряя с высотой самолета над землей), скорость в районе 1 км/сек.

Скорость легко оценить, замеряя расстояние от четко выраженного горба дыма на высоте около 25 км (
его L протяженность вертикально вверх не более 8 км). На 79-й секунде расстояние от его высшей точки 2.78L по высоте и 3.24L по длине (используем  L, так как надо нормировать разные кадры - меняется Zoom), на 96-й секунде  3.47L и 5.02L, соответственно. Т.е. за 17 секунд шаттл поднялся на 0.7L и сместился на  1.8L. Вектор равен  1.9L = 15 км (чуть больше, так как повернут слегка от нас).

Всё бы хорошо. Да только траектория совсем не та, что изображена на профиле полета. Участок на 125 секунде (отделение ТТУ) практически вертикальный, а мы видим максимум баллистической траектории, который должны были бы увидеть на высоте более 100 км, согласно как профилю, так и
возражениям оппонентов по фото Endeavour.
Посмотрим еще раз на него: высота нижней кромки облаков - 57 пикселей, максимума траектории - 344 пикселя, ровно в 6 раз выше. И на какой высоте нижняя кромка облаков? Ну, никак не выше 8-ми километров. Т.е. тот же потолок в 50 километров.

Так что шаттл действительно по баллистической траектории, изображенной на фото (легко считается, что угол взлета ниже облачности не превышает 60 градусов), улетает к себе на базу, а совсем не в космос.


Comments