Класс!ная физика



Стратостаты

Стратостаты – это высотные аэростаты с герметической гондолой, которые предназначены для полётов в стратосферу, т. е. на высоту 10-50 км. До появления реактивных самолетов и метеорологических ракет стратостаты были единственными летательными аппаратами, позволявшими проводить научные исследования в высоких слоях атмосферы. В зависимости от высоты подъёма и полётной массы объемы стратостатов колеблются от 14000 до 105000 м3.

Первый в мировой истории «высотный» подъём до 7300 м был совершен французскими учёными Т. Сивелем и Ж. Кроче-Спинелли на аэростате "Полярная звезда" в 1874 году. Для обеспечения нормального дыхания на высоте аэронавты имели мешки, наполненные воздухом с повышенным содержанием кислорода. Такой воздушный шар, конечно, еще нельзя было назвать стратостатом.

В 1875 году русский ученый Д.И. Менделеев на заседании Русского физико-химического общества предложил проект аэростата для высотных полетов (стратостата с герметически закрывающейся гондолой). Однако, этот проект не был реализован.

Первый в мире настоящий стратостат, способный достигнуть стратосферы, был сконструирован и построен швейцарским учёным Огюстом Пикаром. В 1931 году в Германии Пикар совершил первый в истории полёт в стратосферу, достигнув высоты 15,785 км.

Большая часть стратостатов была спроектирована и совершила полёты в 30-е годы 20-го века.
В Советском союзе в 1933 году был построен стратостат "СССР-1", который совершил полёт на высоту 19 км, установив новый мировой рекорд.

30 января 1934 года советский аэростат "Осоавиахим-1" за три часа поднялся на высоту 22,5 километра. Перегрев оболочки от солнца в стратосфере и дальнейшее охлаждение при спуске снизили подъемную силу аэростата, он начал стремительно падать. Герои-стратонавты погибли : командир Павел Федосеенко, инженеры Андрей Васенко и Илья Усыскин.

В 50-х годах 20-го века в США были проведены полёты стратостатов на высоту 30 км. В отличии от самолетов, которые могли находиться на такой космической высоте всего несколько минут, стратостат мог зависать на этой высоте на долгие часы, что имело большое значение для отработки систем жизнеобеспечения космических полётов.

Обычно оболочка стратостата обычно заполняется гелием, хотя первое время применялся водород, который намного дешевле, но в смеси с воздухом очень взрывоопасен.

Плотность водорода в 14, а гелия в 7 раз меньше плотности воздуха. На старте оболочку заполняют не полностью, а только частично, поэтому он похож на сморщенную грушу или каплю, расширенную вверху.

При подъеме на стратостат действуют три силы: сила Архимеда, сила сопротивления воздуха и сила тяжести. По мере подъема устанавливается равновесие, и стратостат перестанет двигаться вверх. С увеличением высоты подъема газ в оболочке расширяется и растягивает оболочку. Оболочка стратостата принимает шарообразную форму. Чтобы стратостат поднялся на значительную высоту, объем его должен быть большим. Обычно изготавливают стратостаты объемом более 14 000 м3, а самый большой был 283 000 м3.

Чем меньше начальный объем стратостата, тем выше он поднимется. Одновременно максимальная высота подъема зависит и от конечного объема стратостата: чем он больше, тем выше поднимется стратостат.

Если полностью надуть оболочку стратостата еще на земле, то, поднявшись, он может лопнуть, т.к. давление внутри шара станет намного больше атмосферного давления. Оболочку современного стратостата делают из тонкого прочного пластика. Стратостат поднимается вверх достаточно медленно.

Так японский стратостат до своей рекордной высоты в 53 км поднимался более 3-х часов со скоростью около 260 м/мин.

Для регулирования скорости подъёма и спуска стратостаты оснащены балластом, который можно сбрасывать. Часто оболочка оборудуется клапаном для стравливания газа, открывание которого обеспечивает снижение стратостата, а также уменьшает скорость подъёма. Герметичная гондола стратостата, предназначенная для подъема экипажа и аппаратуры, изготавливается из лёгких металлов, и обычно представляет собой сферу. Для жизнеобеспечения стратонавтов на гондоле устанавливается система регенерации воздуха.

В 2002 году японский стратостат BU60-1 объёмом 60000 м3, диаметром – 50 м и массой - 35 кг установил рекорд, поднявшись на высоту 53 км, т.е. стратостат практически вышел за пределы земной атмосферы.


ИНТЕРЕСНО, ЧТО ...

... что после Октябрьской революции 1917 года жители СССР хотели в именах своих детей как-то отразить произошедшие события. Так возникло имя Персострат - от "Первый советский стратостат".




Устали? - Отдыхаем!

Вверх