Приветствую Вас мои космические друзья!
Те из вас, кто смотрел видео стартов ракет Falcon-9, Falcon Heavy и "Старшип" компании SpaceX знают, что они имеют возвращаемые первые ступени, которые совершают посадку либо на специальную плавучую платформу, которая находится вдали от места старта в море, либо на специальные посадочные площадки, расположенные рядом со стартовым комплексом, либо же на сам стартовый комплекс, как в случае с ускорителем Super Heavy космической системы "Старшип".
Также вы могли обратить внимание, что при приземлении вторая ступень ракеты, которая летит к земле на сверхзвуковой скорости, производит звуковой удар который воспринимается как серия громких хлопков.
Так почему же это происходит? И почему звуковой удар при приземлении первых ступеней ракет Falcon-9, Falcon Heavy и ускорителя Super Heavy, отличается от звукового удара сверхзвукового самолета? Сегодня мы поговорим об этом.
Ну а начнем мы с того - что же такое звуковой удар?
Звуковой удар, иногда можно встретить название "Соник бум" (от английского "sonic boom") - это акустическое явление в виде хлопка (обычно — двойного), которое возникает при распространении в атмосфере ударных волн от тела, летящего со сверхзвуковой скоростью. Этот термин обычно используется в связи с движением в атмосфере тел со сверхзвуковой скоростью, при котором возникает сопутствующий эффект импульсного аудио-воздействия, который воспринимается как громкий хлопок. Но звуковой удар также может поражаться рядом природных явлений, например ударом молнии - и тогда мы слышим гром; или пролетом метеора в атмосфере Земли.
Тело, движущееся в воздухе со сверхзвуковой скоростью, генерирует ударную волну. Такая ударная волна называется головной ударной волной. Когда такая ударная волна достигает поверхности земли, скачок давления на её фронте действует на барабанные перепонки и воспринимается как резкий и громкий хлопок.
Как уже было сказано выше, ракета Falcon-9 компании SpaceX является первой ракетой-носителем с полностью многоразовой первой ступенью. Первая ступень ракеты-носителя длиной 41,2 м, отделяется от второй ступени на высоте примерно в 70 км, а затем летит обратно к месту своего приземления.
Поскольку ускоритель снижается со сверхзвуковой скоростью, он производит звуковой удар, называемый «звуковым ударом обратного полета». В то время как большинство звуковых ударов создаются так называемыми N-волнами - то есть состоят из двух ударных волн, "звуковые удары обратного полета" первой ступени создают три ударных волны. Это явление не является уникальным для ускорителя ракеты Falcon-9 и ускорителей ракеты Falcon Heavy (которые являются тремя одинаковыми первыми ступенями ракеты Falcon-9), поскольку звуковой удар ускорителя Super Heavy космической системы "Старшип" также создает три различимых звуковых удара.
Недавно опубликованное исследование раскрывает загадку природы этого явления.
Все сверхзвуковые объекты создают передний или «носовой» сверхзвуковой удар. Поскольку первая ступень ракета летит в атмосфере двигателями вперед, двигательный отсек создает скачок уплотнения который и воспринимается нами как первый звуковой удар.
Но первая ступень ракеты Falcon-9 и ускорителя "Старшип" также имеет выступающие части в виде четырех решетчатых рулей. Решетчатые рули также создают скачок уплотнения который генерирует ударную волну которая воспринимается нами как третий звуковой удар.
Но как же быть со вторым звуковым ударом?
Нижние выступающие части первой ступени, включая двигательный отсек и сложенные посадочные опоры, создают не только создает волну сжатия, но и волну разряжения. Эта волна разряжения стремится переместится к верхней части ступени. В то же самое время решетчатые рули создают ударную волну, которая имеет тенденцию перемещаться к нижней части ступени.
Когда две волны сходятся, образуется сбалансированный скачок уплотнения,который и воспринимается нами как второй звуковой удар. Относительные силы волны разрежения и ударной волны определяют местоположение центрального скачка уплотнения. Вот такая интересная физика этого явления.
Ну а на сегодня у меня все. Спасибо за внимание!