Космос: туда и обратно

В Кузбасском государственном техническом университете прошла открытая лекция Александра Кашковского, кандидата технических наук, старшего научного сотрудника лаборатории вычислительной аэродинамики Института теоретической и прикладной механики СО РАН. Тема встречи – «Как попасть в космос?» – собрала студентов, преподавателей и всех мечтающих разгадать секреты космических полётов.

Учёный начал лекцию с простого вопроса: «Где заканчивается Земля и начинается космос?». Оказалось, что формальная граница составляет 100 км над планетой и называется линией Кармана. Выше этой отметки атмосфера слишком разрежена для полёта самолётов или воздушных шаров – здесь нужны ракеты.

Выход – реактивный двигатель, работающий по принципу импульса: топливо сгорает и вырывается из сопла, толкая ракету в противоположную сторону. Эту идею описал учёный Константин Циолковский, чья формула до сих пор помогает рассчитать, сколько топлива нужно, чтобы преодолеть земное притяжение.

Простой пример – водяные ракеты, которые школьники и студенты создают на ежегодном фестивале в Институте теоретической и прикладной механики СО РАН. Обычная пластиковая бутылка, наполненная водой и сжатым воздухом, взлетает на 30 метров. Серьёзные проекты, вроде частного корабля SpaceShip One, используют аналогичный принцип, но уже для суборбитальных полётов.

Чтобы остаться в космосе и не упасть обратно, нужна первая космическая скорость, около 8 км/с. Именно с такой стремительностью спутники движутся вокруг Земли. Геостационарная орбита, почти 36 тысяч километров над планетой, позволяет аппаратам «висеть» над одной точкой, что необходимо для связи и телевещания. А для того, чтобы покинуть Солнечную систему, как это сделали космические зонды «Вояджеры», требуется третья космическая скорость – 16 км/с.

Примечательно, что 85% стартовой массы ракеты – это топливо, которое нужно экономить. В этом помогают запуски с экватора, где скорость вращения Земли составляет 500 м/с и даёт ракете «бесплатный» разгон. Кроме того, учёные используют многоступенчатые системы. Например, первая ступень поднимает ракету в верхние слои атмосферы, затем отсоединяется, а вторая продолжает разгон. Так снижается общая масса конструкции, которую нужно выводить на орбиту.

Добравшись до космоса, нужно помнить, что там происходит всё иначе. Например, пламя свечи становится сферическим из-за отсутствия конвекции, бегать можно только пристёгнутым к тренажёру, а массу можно измерить лишь с помощью специальных устройств, в основном через колебания пружины.

Самая большая проблема таких путешествий – вернуться обратно. При входе в атмосферу капсула разогревается до тысяч градусов, и только теплозащитное покрытие спасает экипаж. Лектор напомнил, что первый полёт Юрия Гагарина в космос длился всего 108 минут, но доказал: безопасное возвращение возможно. Современные корабли, такие как «Союз», используют ту же схему, что и легендарный «Восток» – аэродинамическое торможение.

При входе в атмосферу спускаемый аппарат разворачивается самой широкой частью вперёд – это увеличивает сопротивление и распределяет нагрев. Теплозащитное покрытие на нижней поверхности начинает плавиться и испаряться, унося с собой избыточное тепло. После торможения до безопасной скорости раскрывается парашютная система. На финальном этапе срабатывают мягкие посадочные двигатели, чтобы смягчить удар о землю. Схема десятилетиями доказывает свою надёжность.

В ходе лекции слушатели смогли задать Александру Кашковскому интересующие вопросы: про радиационные риски, перспективы космического туризма в России, возможности практики в институте и многие другие. В конце встречи учёный подчеркнул, что технические специальности – от машиностроения до энергетики – всегда будут востребованы в космической отрасли.