Raketa — kas tai? Apibrėžimas, veikimo principas, rūšys ir panaudojimas

Raketa — kas tai? Sužinokite raketų veikimo principą, rūšis ir panaudojimus: nuo palydovų paleidimo ir kosminių misijų iki fejerverkų ir ginklų.

Raketa gali būti raketa, erdvėlaivis, orlaivis ar kita transporto priemonė, kurią stumia raketinis variklis. Kai kurios didelės raketos yra nešančiosios raketos, o kai kurios - pilotuojamos (pvz., "Saturn V"). Kitos raketos, pavyzdžiui, raketos, yra nepilotuojamos. ("Pilotuojama" reiškia, kad joje yra žmogus; "nepilotuojama" reiškia, kad mašina važiuoja be žmogaus).

Daugumą raketų galima paleisti nuo žemės, nes variklio išmetamųjų dujų trauka yra didesnė nei transporto priemonės svoris Žemėje. Kai kurios jų naudojamos palydovams iškelti į orbitą. Kai kurios raketos, pavyzdžiui, joninės raketos, yra per silpnos ir per sunkios, kad pačios save iškeltų į orbitą. Jos veikia po to, kai kitos raketos jas iškelia į kosmosą.

Raketą išrado kinai, naudodami šaunamuosius miltelius. Pirmosios raketos buvo panašios į strėles ir nebuvo labai greitos. Dauguma raketų vis dar veikia ugnimi. Dėl ugnies susidaro karštos išmetamosios dujos, kurios plečiasi ir šaudo atgal. Dėl to raketa juda į priekį.

Dauguma raketų vis dar naudoja kietąjį kurą ugniai kurti. Didžiausiose raketose naudojamas skystasis kuras, nes jis įkaitina ugnį, todėl raketa yra galingesnė. Tačiau saugiai tvarkyti skystąjį kurą yra sudėtinga ir brangu. Kai kuriose palydovus paleidžiančiose raketose naudojami abu degalai.

Raketos taip pat naudojamos fejerverkams, ginklams ir judėjimui kosmose valdyti.

Pilotuojamos raketos, kaip ir kiti pilotuojami skraidantys aparatai, yra suprojektuotos taip, kad būtų apribotas pagreitis ir vibracija, siekiant apsaugoti įgulą. Tačiau nepilotuojamoms raketoms netaikomi žmonių apribojimai.

Kai kurios raketos skrieja didesniu nei garso greičiu (1 Machas arba 1 225 km/h arba 761 mylios per valandą). Į žemą Žemės orbitą skriejančios raketos skrieja 30 000 km/h (19 000 mph) greičiu.

Jurijus Gagarinas - sovietų kosmonautas, 1961 m. balandžio 12 d. tapęs pirmuoju žmogumi, pakilusiu į atvirą kosmosą. Jis skrido Sovietų Sąjungos paleista raketa R-7.

Veikimo principas

Raketos judėjimo pagrindas – reakcijos principas (Newtono trečioji dėsnio formuluotė): išmetamosios dujos įgauna greitį atgal, todėl raketa gauna jėgą į priekį. Ši jėga vadinama trauka. Kad raketa pakiltų nuo žemės, jos variklio trauka turi būti didesnė už bendrą raketos svorį. Kosminiame vakuume nėra oro, todėl raketos variklis nereikia „oro kvėpavimui“ – degalai cheminėmis, elektrinėmis arba kitokio tipo reakcijomis sukuria išmetamųjų dujų srautą.

Raketų kuras ir varikliai

Pagrindinės kuro rūšys:

• Kietasis kuras – paprastesnė sandara, didelis patikimumas, dažnai naudojamas raketų pirmuosius etapus ar fejerverkams.
• Skystasis kuras – geresnė valdymo galimybė, didesnis specific impulse (efektyvumas), bet sudėtingesnė ir brangesnė technika bei saugojimas.
• Hibridiniai varikliai – derina kietąjį ir skystąjį komponentą, bando sujungti abiejų privalumus.
• Elektriniai/ioniniai varikliai (pvz., joninės raketos) – labai efektyvūs kuro sąnaudų atžvilgiu, tačiau mažesnė trauka, todėl labiau tinka manevravimui kosmose negu pakilimui nuo Žemės.

Variklių charakteristika paprastai vertinama per specifinį impulsą (specific impulse) ir išmetamųjų dujų greitį. Kuo didesnis išmetamųjų dujų greitis, tuo ekonomiškiau galima keisti raketos greitį (delta‑v).

Raketų rūšys ir konstrukcija

Pagal paskirtį raketos skirstomos į:

• Nešančiosios (paleidimo) raketos – skirtos palydovams, zondams ir žmonėms iškelti į orbitas ar gilųjį kosmosą.
• Pilotuojamos kosminės laivės – skirtos žmonių skrydžiams (įgulos moduliai, pagalbinės sistemos, gyvybės palaikymas).
• Tarpplanetinės stotys ir zondai – skirtos tyrimams ir sutankintiems mokslo eksperimentams.
• Karinių tikslų raketos – balistinės, taktinių ginklų sistemos.
• Fejerverkai ir raketiniai paleidikliai – pramoginiai arba mažos galios įrenginiai.

Dažna konstrukcinė detalė – etapavimas. Daugiaetapės raketos turi atskirus korpusus (etapus), kuriuos nuimant sumažėja masė ir padidinamas efektyvumas. Pirmieji etapai duoda didžiausią trauką pakilimo metu, vėlesni etapai – galutiniam įskridimui į orbitą ar tolimesniam tarpplanetiniam keičiamam.

Pagrindinės raketos dalys

• Mėginių krovinių skyrius (payload) – palydovai, įgulos moduliai, mokslo instrumentai.
• Varikliai ir degalų talpos – sudaro varomosios jėgos šaltinį.
• Valdymo ir navigacijos sistema – kompiuteriai, giroskopai, inercinės matavimo sistemos ir ryšio įranga.
• Struktūrinis karkasas – laikantis apkrovas ir dinaminį krūvį pakilimo metu.

Panaudojimas

Raketos turi daug paskirčių:

• Palydovų pakėlimas į orbitas (ryšio, meteorologiniai, žemės stebėjimo palydovai).
• Kosminiai tyrimai ir misijos (planetų zondai, tarpplanetinės misijos).
• Pilotuojami skrydžiai į orbitas arba Mėnulį.
• Vožtuviniai ir reaktyviniai varikliai manevravimui kosmose.
• Karinis panaudojimas (balistinės raketos) bei civilinėduomenų ir statybų srities pritaikymas.
• Fejerverkai ir šventiniai efektai kaip mažos galios raketinės sistemos.

Saugumas, apribojimai ir žmonių veiksnys

Pilotuojamiems skrydžiams keliami griežti apribojimai dėl pagreičio ir vibracijos, taip pat dėl radiacijos, slėgio, temperatūros ir avarinio evakuavimo galimybių. Nepilotuojamiems paleidimams šie apribojimai netaikomi, todėl jie gali būti optimizuoti efektyvumui ir svoriui.

Greitis ir orbita

Norint pasiekti žemąją orbitą, raketa turi suteikti apie 7,8 km/s (≈28 000 km/h) tangentinį greitį – tai daug didesnis greitis nei garso greitis (1 Machas). Tikslingas misijos planavimas, kelios raketos stadijos ir aerodinaminiai bei termodinaminiai apskaičiavimai yra būtini, kad pasiekti reikiamą delta‑v ir orbitą.

Istorija ir reikšmė

Raketų technologijų pradininkai – Kinijos išradimai su šaunamaisiais milteliais. Per tūkstantmečius technologija vystėsi nuo paprastų raketinių strėlių (strėlės) iki modernių nešančiųjų raketų, galinčių iškelti teritorines misijas ir siųsti instrumentus į tolimas planetas. Vienas svarbiausių istorinių įvykių – pirmasis žmogus kosmose: Jurijus Gagarinas, skridęs Sovietų Sąjungos raketa R-7.

Trumpa santrauka

Raketa – tai transporto priemonė, kuri juda reaguodama į savo išmetamųjų dujų atgalinį impulsą. Raketos gaminamos įvairioms paskirtims, naudoja skirtingo tipo variklius ir kurus, o pagrindinis tikslas – gauti pakankamą trauką ir delta‑v užduočiai atlikti. Raketų technologija yra pagrindinis instrumentas kosmoso tyrimams, palydovų iškėlimui ir daugeliui šiuolaikinių komunikacijos bei mokslo sričių.

Klausimai ir atsakymai

K: Kas yra raketa?

K: Ar visos raketos paleidžiamos nuo žemės?

K: Kaip atsirado raketos?

Klausimas: Kokio tipo degalai naudojami daugumoje raketų?

Klausimas: Kokie yra kai kurie raketų panaudojimo būdai?

K: Kas buvo Jurijus Gagarinas?

Paieška pagal raidę