Ракеты, которые традиционно используются для подъема того или иного космического аппарата, взлетают определенным образом. Это вертикальный (весьма интенсивный) взлёт. При этом ракете нужно не просто взлететь вертикально и выйти на нужную высоту, а следует сделать это ещё и с подходящей скоростью (читай как "достаточно быстро").
Что при этом мешает выходить на нужную высоту также, как это делают самолёты? Ориентировать ракету не вертикально, а, например, под углом 45 градусов к горизонту?
Ведь если посмотреть на схему дальнейшей траектории ракеты, то её полёт ориентирован практически горизонтально. Это необходимо для дальнейшего достижения максимальной скорости. Почему бы тогда сразу не взлетать именно горизонтально?
Начнем с того, что ракета стартует вертикально не просто так. Это наиболее простой способ быстро преодолеть плотные слои атмосферы, которые мешают полёту и потратить наименьшее количество топлива (значит, стартовая масса будет меньше, а большее количество топлива можно запланировать для дальнейшего полёта). Ракета меняет ориентацию в пространстве когда влияние внешних сил уменьшается.
Ещё полезно знать, что вертикальный взлёт - это не обязательно-таки взлёт под углом 90 градусов строго по нормали. Отклонение от этого положения допускается и оно тщательно рассчитывается. Поэтому слово "вертикально" тоже довольно-таки условное.
Дальше простая физика. Что полетит вертикально хорошо? Правильно, колонна с двигателем на хвосте. Получаем форму ракеты.
Специфика конструкции ракеты требует особого подхода к её расположению в пространстве. В своей инерционной системе ракета представляет собой колонну, сверху прижатую аэродинамическими силами, а снизу толкаемую тягой двигателя. При этом внешние силы способствуют отклонению ракеты от истинной вертикали, а само отклонение может "сломать ракету".
Очевидно, что вертикальные колонны обладают наибольшей прочностью когда силы приложены прямо вниз вдоль центральной оси. Поэтому, силы должны прилагаться именно вдоль оси ракеты, но не наискосок. Хотя отклонения от вертикального положения допустимы (и неизбежны), они не должны быть значительными. Если отклонение превысит критическое значение, то ракета начнёт деформироваться прямо в полёте и изгибаться в направлении, в котором не ожидалась нагрузка. При таких нагрузках ракету следовало бы делать другой формы.
Получается, что большинству ракет необходимо стартовать именно вертикально ещё и с конструктивной точки зрения. Они разрушили бы сами себя, если бы корпус ракеты, загруженной топливом, должен был работать на изгиб. В момент, когда ракета достигает орбиты, она действительно должна двигаться перпендикулярно силе тяжести для достижения подходящей скорости и выхода на орбиту. Но промежуток полёта между горизонтальным и вертикальным положением очень важен и требует точных расчётов. Параметрические компьютеры должны отработать весьма точно, чтобы найти технический компромисс и выбрать правильное положение, не допуская критических режимов работы.
В своё время обеспокоенность отклонением ракеты от точного центрального вектора тяги была столь высока, что нижнюю часть ракет предлагалось снабжать практически-таки полноценными хвостовыми крыльями. Изначально планировалось установить такой хвост на ракету «Сатурн-5». Но в результате спора между конструкторами выяснилось, что крылья не позволят добиться желаемого идеально-вертикального полёта, а вот массы ракете добавят.
⚡ Подпишитесь на Telegram проекта и читайте эксклюзивные статьи!!!
👉💖 Ставьте лайки материалу, чтобы поддержать проект. Это правда поможет развитию 👍
✅ Подписывайтесь и обязательно возвращайтесь за новыми интересными материалами!