Принципы ракетостроения были впервые испытаны более 2000 лет назад, но только в последние 70 лет эти машины использовались для применения в космических исследованиях. Сегодня ракеты регулярно доставляют космические корабли на другие планеты в нашей солнечной системе. Ближе к Земле ракеты, несущие материалы до Международной космической станции, могут вернуться на Землю, приземлиться самостоятельно и снова использоваться.
Ранняя ракета
Есть рассказы о ракетных технологиях, которые использовались тысячи лет назад. Например, около 400 г. до н.э., Archytas, греческий философ и математик, показал деревянного голубя, который был подвешен на проводах. По данным НАСА, голубь был вытеснен испарением.
По словам НАСА, примерно через 300 лет после эксперимента с голубями «Герой Александрии» изобрел «эолипил» (также называемый «двигателем героя»). Устройство в форме шара сидело на вершине кипящей лужи воды. Газ из дымящейся воды поступал внутрь сферы и выходил через две L-образные трубки на противоположных сторонах. Сила, создаваемая выходящим паром, заставила сферу вращаться.
Историки полагают, что китайцы разработали первые настоящие ракеты в первом веке нашей эры. Они использовались для красочных демонстраций во время религиозных праздников, подобных современным фейерверкам.
В течение следующих нескольких сотен лет ракеты использовались в основном как военное оружие, в том числе версия под названием ракета Конгрив, разработанная британскими военными в начале 1800-х годов.
Отцы ракетостроения
В современную эпоху те, кто сегодня работает в космическом полете, часто признают трех «отцов ракетостроения», которые помогли запустить первые ракеты в космос. Только один из трех выжил достаточно долго, чтобы увидеть ракеты, используемые для исследования космоса.
Россиянин Константин Э. Циолковский (1857–1935) опубликовал то, что сейчас известно как «уравнение ракеты», в 1903 году в российском авиационном журнале, согласно НАСА. Это уравнение касается отношений между скоростью и массой ракеты, а также того, как быстро газ уходит, когда он выходит из выхлопной системы топлива и сколько там топлива. Циолковский также опубликовал теорию многоступенчатых ракет в 1929 году.
Роберт Годдард (1882-1945) был американским физиком, который отправил первую ракету на жидком топливе в Оберн, штат Массачусетс, 16 марта 1926 года. У него было два патента США на использование ракеты на жидком топливе, а также на два или Трехступенчатая ракета с использованием твердого топлива, сообщает NASA.
Герман Оберт (1894-1989) родился в Румынии, а затем переехал в Германию. Согласно НАСА, он заинтересовался ракетостроением в раннем возрасте, а в 14 лет он представил себе «ракету отдачи», которая могла бы перемещаться в пространстве, используя только собственный выхлоп. Будучи взрослым, он изучал многоступенчатые ракеты и то, как использовать ракету, чтобы избежать гравитации Земли. Его наследие испорчено тем, что он помог разработать ракету V-2 для нацистской Германии во время Второй мировой войны; ракета использовалась для разрушительных взрывов в Лондоне. Оберт жил десятилетиями после начала освоения космоса и видел, как ракеты доставляют людей на Луну, и снова и снова наблюдал за тем, как многоразовые экипажи космических челноков отправлялись в космос.
Ракеты в космическом полете
После Второй мировой войны несколько немецких ракетостроителей эмигрировали как в Советский Союз, так и в Соединенные Штаты, помогая этим странам в космической гонке 1960-х годов. В этом конкурсе обе страны боролись за демонстрацию технологического и военного превосходства, используя пространство в качестве границы.
Ракеты также использовались для измерения радиации в верхних слоях атмосферы после ядерных испытаний. Ядерные взрывы в основном прекратились после заключения в 1963 году Договора об ограниченном запрещении ядерных испытаний.
Хотя ракеты хорошо работали в атмосфере Земли, выяснить, как отправить их в космос, было сложно. Ракетостроение находилось в зачаточном состоянии, а компьютеры не были достаточно мощными для моделирования. Это означало, что многочисленные летные испытания заканчивались тем, что ракеты резко взрывались через несколько секунд или минут после выхода из стартовой площадки.
Однако со временем и опытом прогресс был достигнут. Ракета впервые использовалась для отправки чего-либо в космос в миссии «Спутник», которая запустила советский спутник 4 октября 1957 года. После нескольких неудачных попыток Соединенные Штаты использовали ракету «Юпитер-С» для поднятия своего «Исследователя». 1 спутник в космос 1 февраля 1958 года.
Прошло еще несколько лет, прежде чем любая из стран почувствовала себя достаточно уверенно, чтобы использовать ракеты для отправки людей в космос; обе страны начинали с животных (например, обезьян и собак). Российский космонавт Юрий Гагарин был первым человеком в космосе, который покинул Землю 12 апреля 1961 года на борту ракеты Восток-К для многоорбитального полета. Примерно через три недели Алан Шепард совершил первый американский суборбитальный полет на ракете Redstone. Несколько лет спустя в программе НАСА «Меркурий» агентство переключилось на ракеты «Атлас», чтобы достичь орбиты, и в 1963 году Джон Гленн стал первым американцем, вышедшим на орбиту Земли.
При наведении на Луну НАСА использовало ракету «Сатурн V», высота которой составляла 363 фута, и состояла из трех ступеней - последняя из которых была достаточно мощной, чтобы оторваться от гравитации Земли. Ракета успешно запустила шесть миссий по посадке на Луну в период с 1969 по 1972 годы. В Советском Союзе была разработана лунная ракета под названием N-1, но ее программа была навсегда приостановлена после многочисленных задержек и проблем, включая смертельный взрыв.
Программа НАСА по космическим челнокам (1981–2011 годы) впервые использовала твердые ракеты, чтобы поднять людей в космос, что примечательно, потому что в отличие от жидких ракет, их нельзя отключить. Сам шаттл имел три двигателя на жидком топливе с двумя твердыми ракетными ускорителями, привязанными по бокам. В 1986 году уплотнительное кольцо твердого ракетного ускорителя вышло из строя и вызвало катастрофический взрыв, в результате которого погибли семь космонавтов на борту космического челнока «Челленджер». Твердые ракетные ускорители были переделаны после инцидента.
С тех пор ракеты использовались для отправки космических кораблей дальше в нашу солнечную систему: мимо Луны, Венеры и Марса в начале 1960-х годов, которые впоследствии расширились до исследования десятков спутников и планет. Ракеты носили космические корабли по всей солнечной системе, так что теперь у астрономов есть изображения каждой планеты (а также планеты-карлика Плутона), множества лун, комет, астероидов и более мелких объектов. И благодаря мощным и совершенным ракетам космический корабль Voyager 1 смог покинуть нашу солнечную систему и достичь межзвездного пространства.
Ракеты будущего
Несколько компаний во многих странах в настоящее время производят неуправляемые ракеты - Соединенные Штаты, Индия, Европа и Россия и многие другие - и регулярно отправляют в космос военные и гражданские грузы.
А ученые и инженеры постоянно работают над созданием еще более совершенных ракет. Stratolaunch, аэрокосмическая проектная компания, поддерживаемая Полом Алленом и Бёртом Рутаном, стремится запускать спутники с использованием гражданских самолетов. SpaceX и Blue Origin также разработали многоразовые ракеты первой ступени; SpaceX теперь имеет многоразовые ракеты Falcon 9, которые регулярно доставляют грузы на Международную космическую станцию. [На фотографиях: первый запуск ракеты-носителя Falcon в космосе!]
Эксперты прогнозируют, что ракеты будущего смогут нести большие спутники в космос и могут одновременно нести несколько спутников, сообщает Los Angeles Times. Эти ракеты могут использовать новые композитные материалы, достижения в электронике или даже искусственный интеллект для выполнения своей работы. Будущие ракеты могут также использовать другое топливо, такое как метан, которое более полезно для окружающей среды, чем более традиционный керосин, который сегодня используется в ракетах.
