Незадолго до старта начинается заправка топливных баков ракеты компонентами топлива и сжатыми газами. Этот процесс полностью автоматизирован. Перед заправкой трубопроводы и баки окислителя - жидкого кислорода - продули азотом, чтобы удалить из них остатки влаги и воздуха во избежание образования кристаллов льда.
Вместе с заправкой топливных баков ракеты производятся последние предстартовые проверки, имитация работы систем, приборов и агрегатов, настраиваются всевозможные устройства.
В это время в запоминающее устройство бортовой системы управления вводятся данные (их называют уставками), в результате чего система управления настраивается на выполнение определенной программы выведения корабля на орбиту.
Процесс заправки, а затем предстартовые операции определяют соответствующие готовности ракеты-носителя: часовую, получасовую, пятнадцатиминутную, пятиминутную и т. д. Все готовности сообщаются по громкой связи с пульта управления полетом представителем группы телеметрии. Ее слышат все специалисты, работающие на стартовой площадке.
Поскольку компоненты топлива в баках ракеты испаряются, постоянно идет их подпитка и дренаж (отвод) продуктов испарения. Вот почему на старте ракета как бы окутана клубами пара. Это пары жидкого кислорода выбрасываются в окружающее пространство.
Когда все предстартовые работы заканчиваются, последние специалисты стартовой команды покидают площадку и уходят в укрытие. Объявляется пятиминутная готовность.
Покоряя пространства, человек создавал различные средства передвижения по суше, по воде, по воздуху. Однако космический корабль существенно отличается от всех движущихся аппаратов.
До полета в космос человек все время оставался в привычном для него мире. Он не был ограничен в скорости передвижения, то есть передвигался с любой доступной ему скоростью. Мало того, в живой природе он постоянно видел пример для подражания.
Но в космосе не было ничего, что могло бы поддерживать жизнь человека. Здесь не оказалось ни пищи, пи воды, пи кислорода. Новая среда была чуждой, враждебной всему живому. Чтобы передвигаться здесь, требуется не любая, а лишь вполне определенная скорость. Чтобы космический корабль вышел на орбиту искусственного спутника Земли, ему надо было сообщить скорость, равную почти 28 тысячам километров в час. А чтобы отправиться к Луне или планетам, нужна еще большая скорость.
Сообщить кораблю такую скорость могут лишь мощные двигатели. И притом не любые, а только работающие на реактивном принципе, создающие силу тяги в результате истечения струи газов.
Дело в том, что в космосе движущийся аппарат практически не взаимодействует со средой. Поэтому здесь не применимы двигатели, движители, органы управления, применяемые на суше, в воде и воздухе. Чтобы маневрировать, уменьшать или увеличивать скорость, придавать космическому кораблю определенное положение в пространстве, нужно отбрасывать какую-то массу, взятую с собой на борт. Попробуйте, находясь в лодке, бросить в сторону тяжелый предмет - лодка тотчас двинется в противоположном направлении. Это и есть реактивный принцип движения. Источником энергии на борту является топливо. Химическая энергия топлива преобразуется в ракетном двигателе в кинетическую энергию газового потока, истекающего из сопла.
Нередко спрашивают: сколько же энергии нужно израсходовать для того, чтобы ракета могла достигнуть нужной скорости полета?
На этот вопрос дает ответ теория реактивного движения.
Чем большим запасом энергии обладает каждый килограмм топлива и чем совершеннее двигатель, тем большую скорость истечения приобретают продукты сгорания.
Циолковский установил зависимость скорости, которую может достигнуть ракета, от количества заправленного в нее топлива и от скорости истечения продуктов его сгорания из сопла двигателя.
Чем больше топлива находится на борту ракеты, тем выше достигаемая ракетой скорость. При этом речь идет не об абсолютных запасах топлива, а об отношении массы топлива к массе полезного груза и конструкции ракеты. Чтобы ракета могла достигнуть возможно большей скорости полета или смогла вывести па орбиту наибольшую полезную нагрузку, инженеры стремятся сделать ее конструкцию наилегчайшей, с тем чтобы возможно большая доля начальной массы ракеты приходилась на топливо и возможно меньшая на конструкцию, то есть на топливные баки, корпус, двигатель, аппаратуру управления и другие агрегаты.
Путь космического аппарата - это орбита, когда он движется вокруг Земли, или трасса, когда он летит к планетам. В том и другом случаях направление движения задается ему в течение нескольких минут, когда работают двигатели ракеты-носителя. В эти буквально считанные минуты на активном участке траектории аппарат набирает высоту и нужную скорость. Дальнейший многосуточный полет происходит по законам небесной механики с выключенным двигателем. В этот период аппарат подвергается лишь воздействию сил притяжения Солнца и планет. Часто космический аппарат даже отделяется от последней ступени ракеты-носителя и совершает полет самостоятельно, располагая лишь небольшими двигателями для стабилизации и ориентации в пространстве, для коррекции траектории и торможения при посадке, если последняя предусматривается.
Чтобы вывести аппарат на орбиту искусственного спутника Земли, направить его к Луне или Марсу, необходимо точно рассчитать траекторию движения ракеты-носителя и обеспечить достижение ею строго расчетной скорости. Поэтому успех всего полета фактически решается на активном участке, а правильный расчет активного участка и выполнение полета в соответствии с исходными данными являются главными, определяющими.
Для того чтобы спутник стал спутником, а космический корабль достиг Луны или Марса, надо к моменту окончания работы двигателей ракет-носителей вывести их в строго определенные точки пространства над поверхностью Земли, сообщив точно рассчитанные по величине и направлению скорости.
Несоблюдение этих условий обрекает полет на неудачу. Например, при старте к Луне при отклонении скорости ракеты в конце активного участка всего на несколько метров в секунду или направления па десятую долю градуса от расчетных приведет к тому, что аппарат не достигнет Луны.
Для определения скорости ракеты, которой она может достичь, израсходовав все топливо, пользуются формулой Циолковского. Однако эта формула представляет собой уравнение движения ракеты за пределами атмосферы и вне поля тяготения, то есть в свободном пространстве, где на ракету, кроме силы тяги двигателя, не действуют никакие другие силы: ни сила сопротивления воздуха, ни сила притяжения Солнца, Земли, ни других планет. А ведь активный участок ракеты проходит вблизи Земли, причем большая его часть - в атмосфере. Поэтому, естественно, притяжение Земли, сопротивление атмосферы уменьшают ее скорость. Чтобы в этом случае вычислить скорость ракеты, необходимо знать ее массу, размеры, форму, а также время, в течение которого ракета будет набирать скорость.
