dxdt.blog: занимательный интернет-журнал

Расскажу историю. Вот, как-то обсуждали мы, на почве презабавнейшей дискуссии в одной закрытой рассылке (не скажу в какой), будни любительского ракетостроения.

Любительское ракетостроение (или ракетомоделизм) – это когда своими руками на верстаке в специальном сарае строят ракету. Ракета, понятное дело, должна летать. Причём, чем выше ракета улетела, тем лучше. Ну, потому что какие еще могут быть у любительской ракеты важные отличительные особенности, кроме как высота подъёма?

Надо, правда, сразу заметить, что размах этого ракетомоделизма бывает очень разный: у кого действительно верстак в сарае, а у иного любителя и целый ангар с двумя “цехами” (токарным и сварочным) используется. Но обсуждение шло не по этим вопросам, а по другим. Создание высотной ракеты – трудная задача, и вылет модели на высоту в километр – это уже значительный результат. (Супердостижением оказывается полёт на высоту в несколько километров, но для этого ракету придётся сделать действительно очень грамотную. Единичные достижения – высоты в десятки километров.)

В ракетомоделизме у энтузиастов много проблем: есть законодательные, а есть и чисто технические – потому как очень непросто сконструировать и построить уже только стабильно и надёжно работающий двигатель, а помимо него еще придётся разобраться с аэродинамикой. И чем выше поставлена планка высоты, тем сложнее проблемы.

Но самое-то главное – это измерение и фиксирование достигнутной высоты. Тут-то и находится центр упомянутого мной в начале обсуждения. Вот если небольшая любительская ракета улетает на высоту в три километра, то тут нет проблем: на борт ставим барометрический высотомер. Прибор этот хорошо известен и на трех тысячах метров даёт результаты с приемлемой точностью : погрешность тут измеряется метрами.

Но если ракета действительно рекордная? Вот, скажем, в той закрытой рассылке кто-то утверждает, что небольшое изделие, на которое потрачено лишь несколько сотен фунтов, улетело на сто километров вверх. Интересно, что барометрический высотомер уже и выше двадцати километров – бесполезен. Ну, там просто нет столько воздуха вокруг, чтобы давление измерять. А тут сотня километров. Радиосвязи мешает дальность (сотня километров – это не шутка) и ионосфера (последняя, как известно, весьма эффективно мешает распространению радиоволн и более-менее прозрачна только на определённых частотах).

Так вот, оказывается, что рассуждать о якобы рекордном полёте можно сколько угодно – и всё впустую. И упирается всё даже не в обсуждение трудностей конструирования. Нет. Упирается в “высотометрию”. Потому что для небольшой ракеты (массой в килограмм, скажем) не известно доступного любителю способа зафиксировать высоту в сотню километров. Скорее всего, такого способа просто нет.

К примеру, в случае с достаточно серьёзной ракетой, большой размером и нашпигованной электроникой, есть способ – это фотограмметрия. Подход в профессиональной среде известный, но, как оказывается, не слишком очевидный для незнакомых с темой. А идея проста и изящна: для того чтобы измерить высоту, на борт ракетного изделия устанавливают фотокамеру. Её задача – сделать снимок поверхности земли из точки с максимальной высотой. Понятно, что зная параметры камеры и топографию района, запечатлённого на снимке, можно вычислить высоту по снимку. С ощутимой погрешностью, конечно.

(Да, ещё можно определять высоту подъёма с земли при помощи радиолокационной станции, понятное дело, – но тут вопрос: кто выдаст любителю-ракетомоделисту в пользование РЛС?)

Вот такие высотные измерения.

Вот, между прочим, многие думают, что задачи по стабилизации полета ракеты решаются только там суперэлектронными методами. А есть вот такое отличнейшее чисто механическое решение. Которое, конечно, для своего появления требовало привлечения математизированного ума. Но очень красиво и просто.

Это роллерон – элементарный по устройству и поэтому сверхэффективный активный стабилизатор вращения вокруг продольной оси (по крену). Устроено все так: достаточно массивный диск с крыльчаткой закреплен внутри аэродинамической поверхности – пусть это будет пластина, – расположенной ближе к законцовке хвостовых стабилизаторов и закрепленной на оси, дающей, таким образом, одну степень свободы (см. рис, короче говоря). Диск (имеющий возможность вращаться) благодаря наличию крыльчатки, раскручивается встречным потоком воздуха – получается гироскоп.

Упрощенная схема роллерона.

Расположение роллеронов (http://naca.larc.nasa.gov).

Теперь, если ракета начинает вращаться вокруг продольной оси, наш диск-гироскоп (из-за известной основной особенности гироскопов) будет создавать момент, отклоняющий пластину, внутри которой закреплен, таким образом, что действие потока будет противодействовать вращению. Иными словами, так как ось гиросокопа прецессирует перпендикулярно действующей со стороны стабилизатора силе, то роллерон будет подруливать ракету в обратную направлению возникшего вращения сторону.

Интересно, что роллерон, несмотря на давнее и широкое использование, почти неизвестен широким кругам интересующихся, несмотря на то, что роллероны стабилизируют полет весьма известной ракеты AIM-9 Sidewinder:

Роллероны на Sidewinder (http://www.dod.mil)

Так вот. Никакой электроники и идеальное решение.