Если при высотном полете или в конце подъема выключить двигатель, то ракетный самолет благодаря замедляющему действию сопротивления воздуха начинает опускаться. Так как угол между касательной к пути и горизонтом в верхних частях траектории спуска очень незначителен, то можно при ваших исследованиях условий спуска пока пользоваться силовым полем, справедливым для высотного полета. При этом вместо тяги ракеты Р появляется сила инерции Т, которая возникает от замедления самолета вследствие сопротивления воздуха, а следовательно, должна получаться от энергии движения массы самолета. Таким образом траектория спуска характеризуется тем, что на ней должна израсходоваться полностью общая кинетическая энергия и потенциальная энергия ракетного самолета вследствие сопротивления воздуха, вначале очень незначительного. Траектория спуска простирается вследствие большого количества располагаемой энергии на пути очень большой длины. При соотношениях получаются численные значения энергии движения и положения ракетного самолета при высотном полете, рассчитанные на килограмм полетного веса; полученные таким образом численные значения.
Траектория спуска при сверхзвуковых скоростях
Ввиду того, что количество энергии положения очень незначительно по сравнению с энергией движения (на высотах в начале подъема) и вследствие очень плохой способности к планированию ракетного самолета, пока не будем учитывать энергии положения и прибавим оказываемое этой энергией влияние в смысле удлинения пути спуска дополнительно суммарно. Более точный расчет не имел бы впрочем никакого практического значения ввиду неточности наших формул для расчета сопротивления и плотности воздуха. Отдельные силы, располагаются в порядке величин следующим образом: Пели мы предположим, что сумма сил в вертикальном и горизонтальном направлениях будет равна нулю. Путем повторного интегрирования дифференциального уравнения получим пройденный за некоторое время горизонтальный путь. Полученными зависимостями можно определять начальную высоту полета на траектории спуска до тех пор, пока скорость будет выше скорости звука, а следовательно, будет справедлив закон сопротивления воздуха при изменяющемся значении. Это имеет место в общем до высоты полета не менее 40 км. При этих расчетах не учитывалась очень небольшая вертикальная сила инерции, обуславливающая вертикальной составляющей траектории спуска. Мы можем все же учесть оказываемое ею влияние на удлинение пути тем, что мы несколько удлиним горизонтальный путь спуска, по сравнению с израсходованной потенциальной и кинетической энергией, при спуске с высоты 100 км до высоты 40 км: это может составить приблизительно 3%. Однако ввиду отмеченной уже неточности наших расчетных предположений, все эти поправки имеют мало значения.
Траектория спуска при скоростях ниже скорости звука
Так как при скоростях ниже скорости звука практически не происходит разгрузки самолета центробежными силами. А коэффициенты сил давлений воздуха можно считать постоянными то и сопротивление воздуха на всем этом отрезке траектории спуска будет постоянным, а длина этого пути рассчитывается весьма просто из имеющейся энергии и сопротивления воздуха. Для более точного расчета этого отрезка пути при скоростях ниже скорости звука нам пришлось бы применять такие же формулы, но ввиду небольшой длины этого отрезка пути мы этого делать не будем и примем его приближенно за прямую.
Свойства траектории спуска
Граница между отрезком пути при сверхзвуковых скоростях и при скоростях ниже скорости звука находится на высоте приблизительно 40 км. Согласно фиг. 90 общее количество имеющейся на этой высоте энергии составляет примерно 60 000 на килограмм полетного веса. Если мы предположим, что ракетный самолет и при скоростях ниже скорости звука, несмотря на очень небольшую нагрузку на единицу площади, все же обладает коэффициентом планирования 0,2, то постоянное сопротивление воздуха на килограмм полетного веса составит 0,2 кг, а длина отрезка траектории спуска в области скоростей ниже скорости звука. Скорость полета на этом участке пути понижается от начальной в 1900 км/час до конечной — примерно 150 км/час вблизи земли, причем скоростной напор, несмотря на разницу в плотности воздуха, остается во время постоянным, так что весь этот отрезок пути будет пройден примерно в 2 часа. Эти величины совершенно не зависят от того, с какой начальной высоты происходит спуск, лишь бы высота эта была больше 40 км. Отрезок пути при спуске, который самолет проходит в области сверхзвуковых скоростей, занимает гораздо большую длину. Зависимость длины пути и времени прохождения этого пути от начальной высоты полета высотной траектории получается из зависимостей. Прежде всего поражает огромная длина пути, которую занимает траектория спуска с большой высоты. Так как максимальный земной рейс по самой природе вещей не может быть больше 20 000 км, то для земных рейсов между различными пунктами земной поверхности максимальная высота полета не должна превышать 58 км, спуск с такой высоты уже займет всю длину требуемого пути. Время, занимаемое спуском в области сверхзвуковых скоростей, составит примерно 85 мин., а в областях ниже скорости звука — еще 45 мин., так что весь рейс вместе с подъемом потребует около 2 часов. Таким образом ракетный полет, поскольку он служит для целей сообщения между разлитыми точками земной поверхности, будет фактически происходить в двух нижних атмосферных слоях, а именно в тропосфере и стратосфере, причем на тропосферу падают только очень короткие участки пути. Чрезвычайно характерным для траектории спуска в области сверхзвуковых скоростей является то, по в этих областях управляемость самолета очень мала. Форма этой части пути определяется полностью величиной и направлением начальной скорости полета на высотной траектории, и пилот почти не может влиять на нее, пользуясь рулями управления. Теоретически возможные произвольные изменения в пути практически ограничиваются очень небольшими силами давления воздуха, причем самолет может при этом быть поставлен в очень опасные положения к направлению своего движения вперед, и это может привести к разогреванию воздуха перед самолетом. Вследствие таких условий траектория спуска может быть точно определена из начальных условий и аналитически рассчитана при помощи уравнений. Уравнение пути дает в случае необходимости все желаемые детали. Условия управляемости самолета при достижении той части пути, которая лежит в области скоростей ниже скорости звука, изменяются, так как кинетическая энергия будет здесь играть меньшую роль, и самолет начинает слушаться руля. Это обстоятельство является весьма важным для процесса приземления, так как таким путем пилот имеет возможность, начинай с высоты примерно 40 км, выбрать подходящее место для спуска в окружности 300 км и спуститься при помощи обычно принятых способов, описывая кривые, спирали и т. п. планирующим полетом, для чего в его распоряжении имеется время почти 1 час.