Что если обычный самолёт не будет переходить в горизонтальный полёт на высоте 9-11 километров, а продолжит лететь всё выше и выше, пытаясь улететь в космос? Получится у него или нет?
Если коротко, то нет. Именно поэтому в космос летают не на самолётах, а на ракетах. Но давайте подробнее.
Вся работа самолёта, его подъёмная сила и сама возможность двигаться вперёд, построены на взаимодействии с воздухом. Крылья самолёта специально изогнуты так, что когда он разгоняется, поток воздуха обтекает их снизу вверх, создавая разницу в давлении.
Эта разница, как невидимая рука, и поднимает самолёт в небо. Точно так же и реактивный или винтовой двигатель работает, отталкиваясь от воздуха: он захватывает его спереди, сжимает, смешивает с топливом, поджигает, и получившаяся струя раскалённых газов с силой вырывается назад, толкая самолёт вперёд по принципу отдачи.
А теперь ключевая проблема: чем выше мы поднимаемся, тем воздух становится всё более разреженным, то есть молекул воздуха в каждом кубическом сантиметре становится катастрофически мало. Для самолёта это похоже на попытку плыть по воде, которая вдруг начала превращаться в лёгкий туман.
Сначала крылья начинают терять опору, им не хватает молекул для создания достаточной подъёмной силы. Самолёт достигает своего «потолка», выше которого он просто не может забраться. Одновременно с этим двигателям начинает не хватать кислорода для сжигания топлива. Они, как спортсмен на высокой горе, начинают «задыхаться». Без кислорода нет горения, без горения нет тяги.
Но даже если бы мы каким-то чудом заставили самолёт подняться выше, где атмосфера почти исчезает и переходит в космический вакуум, мы столкнулись бы с главным физическим препятствием — скоростью. Чтобы выйти на орбиту вокруг Земли, недостаточно просто подняться высоко. Нужно развить колоссальную скорость, около 8 километров в секунду, так называемую первую космическую скорость. На такой скорости аппарат будет непрерывно «падать» на Землю, но из-за её кривизны будет постоянно промахиваться, оставаясь на орбите.
Обычный самолёт на такое не способен по трём причинам. Во-первых, его двигатели не могут работать в пустоте. Во-вторых, его конструкция не выдержит такого разгона в остатках атмосферы — воздух на сверхзвуковых скоростях ведёт себя как твёрдая стена, создавая чудовищное сопротивление и температуру в тысячи градусов, от которой самолёт просто сгорел бы. И в-третьих, для такого разгона нужны двигатели, которые носят с собой не только топливо, но и окислитель, чтобы им не нужен был внешний воздух.
Именно поэтому для полёта в космос создали ракеты. Ракета — это не самолёт. Она с самого начала разрабатывалась для работы в безвоздушном пространстве. Её мощные двигатели несут в себе и горючее, и окислитель, им не нужен внешний воздух. И она не предназначена для долгого полёта в атмосфере — её задача быстро и мощно прорваться сквозь неё, чтобы выйти в вакуум, где другие законы движения. Так что обычный самолёт и космический корабль — это как рыба и птица. Одна мастерски плавает в воде, а другая создана, чтобы парить в небе, и они не могут поменяться местами.
Но тут кто-то может сказать: «Стоп! Стоп! Стоп! А как же шаттлы? Они же выглядят, как самолёты и при этом летают в космос, и даже возвращаются обратно?»
Внешнее сходство шаттла с самолётом действительно обманчиво. Несмотря на наличие крыльев и фюзеляжа, шаттл сам по себе в космос взлететь не может. Если бы он попытался сделать это, используя только свои двигатели, он повёл бы себя точно так же, как и обычный самолёт — упёрся бы в свой потолок из-за разреженного воздуха и отсутствия тяги. Весь секрет его полёта скрыт в огромной конструкции, к которой он прикреплён на стартовой площадке.
По своей сути, шаттл — это не самолёт (он просто похож на него по форме), а многоразовая вторая ступень огромной и очень сложной ракетной системы. При старте работают одновременно три элемента: сам шаттл со своим хвостом, где были расположены три его собственных мощных двигателя, огромный внешний топливный бак (та самая оранжевая "сигара") и два твердотопливных ускорители по бокам. Эти ускорители — классические ракеты на твёрдом топливе, которые дают основную тягу на самом критичном, первом участке полёта. Все вместе они работают, как одна гигантская ракета, которая с невероятной мощностью выталкивала шаттл из плотных слоёв атмосферы.
Ключевой момент в том, что собственные двигатели шаттла питаются топливом (водородом и кислородом) как раз из того самого большого внешнего бака. То есть шаттл на старте — это не самостоятельный летательный аппарат, а, по сути, пилотируемый пакетом двигателей, прикреплённым к гигантскому запасу горючего и окислителя. После выхода в космос и отделения этого бака, который сгорает в атмосфере, шаттл оказывается на орбите. А свои крылья, которые были бесполезны при взлёте, он использует только на обратном пути.
При посадке он, по сути, был уже не ракета, а очень тяжёлый и быстро летящий планер. Он входит в атмосферу и, используя сопротивление воздуха и крылья для управления, планирует к посадочной полосе, совершая бесшумную посадку без включения двигателей. Таким образом, шаттл — это не самолёт.
Если стало понятно, ставь лайк, подписывайся на мой Телеграм, а ниже я подобрал ещё несколько интересных статей: