Номер 6, страница 125 - гдз по физике 9 класс учебник Пёрышкин, Гутник

Ответь на вопросы. § 25. Реактивное движение. Ракеты. Глава 1. Законы движения и взаимодействия тел - номер 6, страница 125.

6. Как осуществляется посадка космического корабля?

5. В чем заключается преимущество многоступенчатых ракет перед одноступенчатыми?

Решение

Основное преимущество многоступенчатых ракет перед одноступенчатыми заключается в возможности достижения гораздо больших скоростей, достаточных для выхода на орбиту или преодоления гравитационного поля Земли. Это достигается за счет последовательного сброса отработавших ступеней, что значительно улучшает соотношение массы ракеты.

Эффективность ракеты описывается формулой Циолковского:

$ \Delta v = v_e \cdot \ln\frac{m_0}{m_f} $

где $ \Delta v $ – приращение скорости ракеты, $ v_e $ – скорость истечения газов из сопла, $ m_0 $ – начальная масса ракеты (конструкция + топливо), $ m_f $ – конечная масса ракеты (конструкция после выработки топлива).

У одноступенчатой ракеты $ m_f $ включает в себя массу всей конструкции (двигателей, баков, корпуса), которую необходимо разгонять на протяжении всего полета. Эта "мертвая" масса ограничивает максимально достижимую скорость.

Многоступенчатая ракета решает эту проблему. После того как топливо первой ступени заканчивается, она отделяется вместе со своими двигателями и баками. В этот момент включается двигатель второй ступени, которая теперь разгоняет значительно меньшую массу (оставшиеся ступени и полезную нагрузку). Таким образом, для каждой последующей ступени начальная масса $ m_0 $ уменьшается, а соотношение $ \frac{m_0}{m_f} $ для этой ступени становится более выгодным. Суммарное приращение скорости $ \Delta v_{общ} $ является суммой приращений скоростей от каждой ступени:

$ \Delta v_{общ} = \Delta v_1 + \Delta v_2 + ... + \Delta v_n $

Благодаря сбросу массы отработавших ступеней, многоступенчатая ракета способна достичь первой космической скорости (~7.9 км/с) и вывести полезную нагрузку на околоземную орбиту, что практически невозможно для одноступенчатых ракет при текущем уровне технологий ракетных топлив и материалов.

Ответ: Преимущество многоступенчатых ракет заключается в сбрасывании отработавших ступеней (пустых баков и двигателей) во время полета. Это позволяет уменьшить массу, разгоняемую на последующих этапах, и за счет этого достичь более высокой конечной скорости по сравнению с одноступенчатой ракетой той же стартовой массы.

6. Как осуществляется посадка космического корабля?

Решение

Посадка космического корабля с орбиты на Землю (или другое небесное тело с атмосферой) – это сложный, многоэтапный процесс, который можно разделить на несколько ключевых фаз:

1. Сход с орбиты. Корабль разворачивается двигателями вперед по направлению движения и дает короткий тормозной импульс. Его скорость уменьшается, из-за чего орбита снижается и начинает пересекаться с верхними слоями атмосферы.

2. Вход в атмосферу и аэродинамическое торможение. Корабль входит в плотные слои атмосферы на огромной скорости (около 8 км/с). За счет сопротивления воздуха происходит основное гашение скорости. При этом перед кораблем образуется ударная волна, и воздух сжимается и нагревается до тысяч градусов, превращаясь в плазму. Для защиты от перегрева корабль оснащен теплозащитным экраном, который принимает на себя основной тепловой удар. Траектория входа должна быть очень точной: слишком крутой вход приведет к недопустимым перегрузкам и перегреву, а слишком пологий – к тому, что корабль "отскочит" от атмосферы обратно в космос.

3. Использование парашютной системы. После того как скорость корабля снизится до сверхзвуковой или дозвуковой (примерно 200-300 м/с), вводится в действие парашютная система. Сначала выпускается небольшой вытяжной (стабилизирующий) парашют, а затем — один или несколько основных парашютов большого размера. Они замедляют падение аппарата до безопасной скорости приземления (около 5-10 м/с).

4. Приземление или приводнение. Финальный этап посадки зависит от типа корабля:

• Посадка на сушу (например, корабли "Союз"). Непосредственно перед касанием с землей срабатывают двигатели мягкой посадки – небольшие твердотопливные ракеты, которые гасят остаточную вертикальную скорость, делая удар о землю минимальным.
• Приводнение (например, "Apollo", "Crew Dragon"). Капсула опускается в океан, где удар смягчается водой.
• Самолетная посадка (например, "Space Shuttle", "Буран"). Космические корабли крылатой схемы после входа в атмосферу летят как планер и совершают горизонтальную посадку на взлетно-посадочную полосу.
• Реактивная посадка (например, ускорители Falcon 9, корабль Starship). Аппарат использует свои основные двигатели для торможения и совершает управляемую вертикальную посадку.

Ответ: Посадка космического корабля осуществляется путем торможения двигателями для схода с орбиты, последующего аэродинамического торможения в атмосфере с использованием теплозащитного экрана, развертывания парашютной системы для дальнейшего снижения скорости и, наконец, мягкого приземления на сушу (с помощью двигателей мягкой посадки), приводнения в океан или посадки на полосу по-самолетному.