Силы ускорения в космическом полете. Ускорения парашютных прыжков
а) Силы ускорения в космическом полете. В отличие от самолета космический корабль не может делать быстрые повороты, поэтому центробежное ускорение не имеет большого значения, кроме случаев, когда космический корабль входит в патологическое вращение. Однако ускорение на старте и торможение во время приземления могут быть огромны; и то, и другое представляет разные типы линейного ускорения — положительного и отрицательного.
Силы ускорения во время взлета космического корабля
На рисунке выше показан приблизительный профиль ускорения во время старта трехступенчатого космического корабля. Видно, что ракета-носитель первой ступени развивает ускорение до 9 G, а ракета-носитель второй ступени — до 8 G. В положении стоя тело человека не могло бы выдержать такого огромного ускорения, но в полунаклонном положении, поперечном к оси ускорения, оно может переноситься легко, несмотря на то, что силы ускорения продолжают действовать в течение нескольких минут.
Именно поэтому в космических кораблях используют откидывающиеся кресла для космонавтов.
Проблемы возникают также во время торможения при возвращении космического корабля в атмосферу. Безопасное торможение при полетах человека на скорости Маха 1 (скорость звука и быстрых самолетов) возможно на расстоянии приблизительно 0,19 км, а при скорости Маха 100 (скорость, возможная в межпланетном космическом полете) требуется расстояние приблизительно 16093,44 км.
Основная причина этого различия состоит в том, что общая сумма энергии, которая должна быть рассеяна во время торможения, пропорциональна квадрату скорости. Одно это в 10000 раз увеличивает требуемое расстояние для торможения при сравнении Маха 1 и Маха 100. Известно, что к длительному торможению человек гораздо менее устойчив, чем к кратковременному. Следовательно, при высоких скоростях торможение должно выполняться гораздо медленнее, чем при более низких скоростях.
б) Силы торможения, связанные с парашютными прыжками. Когда парашютист оставляет самолет, скорость его падения сначала равна 0,00 м/сек. Однако из-за ускорения, связанного с силой тяжести, в пределах 1 сек скорость его падения достигает 9,75 м/сек (при отсутствии сопротивления воздуха), через 2 сек — 19,51 м/сек и т.д. По мере увеличения скорости падения сопротивление воздуха, замедляющее падение, также возрастает.
Наконец, тормозящая сила сопротивления воздуха точно уравновешивает ускоряющую силу тяжести, поэтому примерно через 12 сек человек будет падать с «конечной скоростью», равной 175,42-191,51 км/ч или 53,34 м/сек. Если парашютист достиг конечной скорости перед открытием парашюта, «ударная нагрузка открывания», действующая на стропы парашюта, может достигать 544,31 кг.
Парашют обычного размера замедляет падение парашютиста приблизительно до 1/9 конечной скорости. Другими словами, скорость приземления составляет примерно 6,1 м/сек, а сила удара о землю равна 1/81 силы удара без парашюта. Даже в этом случае сила воздействия достаточно велика, чтобы вызвать значительное повреждение тела, если парашютист не обучен правильному приземлению. Фактически сила удара о землю примерно равна той, которую испытал бы человек при прыжке без парашюта с высоты около 1,83 м.
Не подготовленного предварительно парашютиста могут подвести его ощущения, и он может приземлиться, ударившись о землю выпрямленными ногами. При этом развиваются чрезмерные силы торможения, действующие вдоль вертикальной оси тела, что может привести к перелому таза, позвоночника или ноги. В связи с этим у тренированного парашютиста во время приземления колени должны быть согнуты, а мышцы напряжены для смягчения удара о землю.
