Ракетный двигатель

Ракетный двигатель, аппарат, приводимый в движение «отдачей», или «реакцией» вытекающей из него струи газа. Моделью такого аппарата служит обыкновенная пиротехническая ракета. Схема действия ракетного двигателя такова: запасенное в нем горючее вещество, постепенно сгорая, дает газы, которые, вытекая сильной струей, побуждают весь аппарат двигаться в обратном направлении (см. рисунок). Отсюда ясно, что ракетный двигатель в безвоздушном пространстве будет двигаться скорее, чем в воздухе (так как будет отсутствовать сопротивление среды). Для случая совершенно пустого пространства механическая теория ракетного двигателя особенно проста: он представляет собой систему, на которую внешние силы не действуют; по известному закону механики, центр тяжести такой системы, бывший первоначально в покое, должен все время оставаться в покое; некоторые массы системы (продукты горения) перемещаются действием внутренних сил в определенном направлении; стало быть, остальная часть системы должна перемещаться в противоположном направлении. Это последнее перемещение совершается тем быстрее, чем больше масса и скорость отбрасываемой части (то есть вытекающих газов). Для случая движения в среде безвоздушной, и где не действуют силы тяготения небесных тел, К. Э. Циолковским было выведено уравнение:

M0/M = e^v/c

где М₀ — первоначальная (до зажигания) масса ракетного двигателя вместе с запасом горючего; М — остаточная масса (после сгорания); v — скорость, приобретенная прибором; с — скорость вытекающей газовой струи; е = 2,718 — основание натуральных логарифмов.

Из уравнения видно, что достигаемая аппаратом скорость, при данной скорости вытекания, определяется отношением сожженного горючего ко всей первоначальной массе ракеты. Полагая, что может быть достигнута скорость вытекания с = 4 км/сек, найдем, что ракетный двигатель получит скорость = 8 км/сек, если сожжет не менее 86% своей первоначальной массы; для достижения скорости = 11 км/сек ракетный двигатель должен сжечь не менее 93% своей массы, и т.д. В последнее время разрабатываются проекты междупланетных полетов, основанные на применении ракетного двигателя, но так как для того, чтобы преодолеть силу тяготения и сопротивление воздуха, аппарат должен развить скорости даже большие, чем в приведенных примерах, то ясно, что практическое осуществление подобного проекта сопряжено с преодолением больших трудностей (отсюда возникла идея «ступенчатой» ракеты, то есть системы нескольких ракет, вложенных одна в другую и зажигаемых последовательно: конечная скорость последней ракеты будет равна сумме скоростей, достигнутых отдельными ракетами). В 1928 году в Германии производились опыты над применением ракетного двигателя к движению экипажа; в течение 5 секунд экипаж развил скорость 150 км/час. Однако, большее практическое значение может, по-видимому, иметь ракетный двигатель для приведения в движение воздухоплавательных аппаратов и для метания артиллерийских снарядов.

А. Б.