§ 112. МНОГОСТУПЕНЧАТЫЕ РАКЕТЫ

Если ракета перед запуском находится в состоянии покоя, то ее максимальная скорость после запуска определяется соотношением (109.8):

где

Число Циолковского 2 ограничено: при увеличении массы топлива возникает необходимость увеличивать массу двигателя и корпуса ракеты В одноступенчатых ракетах с малым полезным грузом число достигает 9, а лучшие реактивные двигатели на химическом топливе позволяют получить скорость отбрасываемых газов до Соответственно для одноступенчатой ракеты с малым полезным грузом можно получить скорость

Скорость же, необходимая для выхода космического корабля из сферы притяжения Земли (вторая космическая скорость) равна т. е. для межпланетных путешествий получить необходимые скорости с помощью одноступенчатых ракет не представляется возможным.

Для сообщения нужных космических скоростей искусственным спутникам и космическим кораблям пользуются многоступенчатыми ракетами. Такие ракеты состоят из нескольких последовательно соединенных ступеней (не считая полезного груза), каждая из которых представляет собой автономный блок с собственным горючим и двигателем. Когда все топливо сгорает, соответствующая ступень со всеми ее механическими частями отделяется от остальной ракеты, вследствие чего масса, которой сообщается ускорение двигателем следующей ступени, становится значительно меньше.

Многоступенчатая ракета после окончания работы первой ступени обладает скоростью

После сброса первой ступени и начала горения второй ракета имеет начальную скорость Соответственно после окончания работы второй ступени скорость космического корабля окажется равной

В общем случае конечная скорость ракеты с ступенями определяется суммой:

где скорость истечения газов и число Циолковского для ракеты с последней ее ступенью.

Обычно в космических системах используют трех-, четырехступенчатые ракеты. Слишком большое число ступеней усложняет конструкцию и делает ее менее надежной.

Первый космический корабль «Восток», на котором Ю. А. Гагарин в 1961 г. облетел Землю, имел трехступенчатый жидкостный двигатель: общая высота ракеты составляла с диаметром у основания более 10 м.