Как ракете "Сармат" удаётся так далеко улетать
В прошлых статьях мы подробно разбирали, в чем главная фишка "Сармата" и чем он отличается от прочих ракет.
Тогда я пообещал рассказать, как этой ракете удается долетать до любой точки планеты. Постараюсь сделать это сейчас. Как обычно, максимально упрощая :)
Итак, "Сармат" – это баллистическая ракета. То есть она, грубо говоря, летит по инерции, точно так же, как брошенный по дуге камень:
Обратим внимание: у брошенного камня нет двигателя. Энергию он получает только в момент броска и дальше летит по инерции.
От чего зависит дальность полета камня? Всего от двух параметров:
Кто-то может сказать, что еще от массы и формы, но это будет справедливым только для полета в атмосфере. Но т.к. дальше мы будем говорить про ракеты, которые летят через космос, то давайте сразу не будем учитывать сопротивление воздуха. Как будто его нет.
Так вот. Дальность полета камня зависит от начальной скорости и угла полета. От скорости – это, думаю, понятно. А вот как дальность зависит от угла – это можно легко понять по такой картинке:
То есть можно очень сильно бросить камень почти вертикально вверх – и он отлетит от вас всего на пару метров (а может и вовсе упадет обратно вам на макушку).
С другой стороны, можно кинуть его намного слабее и он улетит довольно далеко – это будет зависеть именно от угла. Считается, что для максимальной дальности полета камень нужно бросить примерно под углом 45 градусов.
Таким образом, если идеальный угол достигнут, то дальше все будет зависеть только от начальной скорости камня.
При этом, увеличив скорость в 2 раза мы получим увеличение дальности полета аж в 4 раза. А если увеличить скорость в 3 раза, то дальность увеличивается в 9 раз.
То есть зависимость дальности от скорости – квадратичная. Увеличив скорость в 100 раз, мы увеличиваем дальность – в 10 000 раз (100 умножить на 100).
Повторюсь, это именно для безвоздушного пространства (в котором и перышко и гиря летят на равные расстояния, как бы это ни показалось странным).
Так вот. Полет тела (что камня, что ракеты) всегда происходит по дуге. Просто чем больше начальная скорость, тем эта дуга длиннее.
Если запустить тело достаточно сильно (как это делают артиллерийские пушки), то оно улетит даже за горизонт и немного опишет дугу Земли:
При достаточно большой начальной скорости дуга может быть настолько огромной, что она опишет значительную часть Земной дуги:
Но что произойдет, если начальную скорость увеличить прям очень сильно? Скажем, бросить камень со скоростью 7,8 км/с?
В этом случае дуга окажется настолько сильной, что она опишет всю Землю и замкнется сама на себе:
Иными словами, на такой скорости камень выйдет на околоземную орбиту и уже не упадет. Он может вращаться там годами, как это делают спутники, в том числе и МКС.
Скорость 7,8 км/с взята мной не случайно. Это так называемая "первая космическая скорость". Все, что летит медленнее – падает. Все, что быстрее – летит "по кругу", то есть по орбите.
Если увеличивать скорость еще дальше, то будет расти диаметр орбиты. То есть, тело будет как бы все выше и выше подниматься над поверхностью Земли.
Это можно сравнить с каруселью: чем быстрее она вращается, тем дальше человека "выкидывает" от центра:
После скорости 11,2 км/с орбита тела настолько "раздувается", что она как бы "рвется" и тело улетает от Земли в дальний космос.
Ну, это как если бы карусель раскрутилась так сильно, что люди начали бы вылетать.
Скорость 11,2 км/с называется "второй космической скоростью". И если кто-то захочет полететь на Марс или Венеру, ему придется достигнуть этой скорости. Иначе матушка-Земля не отпустит.
Ну, это ладно, это мы просто отвлеклись на школьный курс физики (наверное, 6-7 класс). Если кто-то вдруг его забыл :)
Главное, что здесь стоит понимать: баллистическая ракета вполне способна улететь не просто на 10 или 15 тысяч километров. Она может несколько месяцев летать вокруг Земли по орбите, если ее просто разогнать до 7,8 км/с или быстрее (но не быстрее 11,2 км/с, а то улетит на Венеру).
Собственно, это давно могли бы сделать что мы, что американцы. Представьте – вы запускаете ядерную бомбу и она там летает годами, каждые 40 минут пролетая над головой врага.
В нужный момент на ракете включается реактивный двигатель торможения, ракета теряет скорость ниже 7,8 км/с и падает с неба. Очень коварно получается!
Настолько коварно, что подобные штучки давным давно (еще с 20 века) запрещены договорами. Размещать ядерное оружие в космосе нельзя никому, иначе это создавало бы просто невероятные риски для обеих сторон конфликта (защиты от такого оружия, фактически, нет).
Поэтому "Сармат" – это ракета, которую называют "суборбитальной". Это означает, что ее начальная скорость лишь чуть-чуть не дотягивает по первой космической (7,8 км/с).
То есть, на полноценную орбиту она не выходит и все-таки падает (укладывается в рамки договора), но дуга получается настолько длинной, что позволяет улетать прям очень далеко.
Официально сообщается, что "Сармат" летит на 18 000 км. Но я думаю, это формальная характеристика, которую оглашают лишь для соблюдения договоров.
В случае необходимости ракету можно будет отправить к цели через противоположный полюс по практически полной орбите. Любые договоры к тому моменту могут уже потерять свою значимость...
Конечно, не хотелось бы, чтобы это произошло. Но сам факт наличия подобного оружия является мощным сдерживающим фактором. Иначе нас бы уже давно по кирпичикам растащили.