Шрифт:
Интервал:
Закладка:
3. Почему сгорает чайник? Это тот редкий случай, когда любая домохозяйка даст фору даже доктору наук. Элементарно! Потому что в чайнике нет воды! Теперь переведем данный ответ на язык физики. Все, что нужно знать из курса термодинамики — это то, что тепло передается исключительно от горячего тела холодному, но никак не наоборот! При этом теплообмен пропорционален разности температур двух тел, а не абсолютной температуре как таковой. Нагревание чайника на газовой плите хорошо описывается законом Ньютона-Рихмана: dQ = α· (tг — tст) ·dS·dt. Здесь: tст и tг — температура стенки и температура газа; α — коэффициент теплоотдачи; dS — поверхность теплообмена; dt — время теплообмена
4. Что происходит с пустым чайником на огне? Наличие позитивной разницы температур между пламенем и чайником (tг — tст)> 0 формирует конвективный теплообмен dQ от пламени на стенку чайника. Поскольку чайник пуст, то дальше передать полученную теплоту некуда. Поэтому полученное от пламени тепло идет на повышение внутренней энергии металла — на его нагрев. Можно, конечно, сделать чайник исключительно толстостенным, чтобы нагрев металла длился как можно дольше. Но такой чайник будет очень тяжелым и дорогим, а значит — никому не нужным.
5. До каких пор будет нагреваться чайник? Пока будет положительной разница температур пламени и стенки (tг — tст)> 0 будет конвективный теплообмен, т.е. будет нагрев чайника. Чайник всегда стремится достичь температуры пламени: tст → tг. Поэтому пустой алюминиевый чайник «сгорит» при любой температуре пламени, будь то 1000°С, 2000°С или 5000°С. Просто с разной скоростью…
6. Что надо сделать, чтобы чайник не сгорел? Элементарно! Налить в него воды!
7. Что происходит с полным чайником на огне? Из-за позитивной разницы температур между пламенем и стенкой (tг — tст)> 0, тепло огня dQ передается стенке чайника. Далее, тонкая стенка чайника передает тепло dQ воде по точно такому же закону Ньютона-Рихмана, только с другим коэффициентом α. Поскольку масса воды значительно больше массы чайника, то чайник греется медленно. Но, вот мы доходим до отметки, когда температура воды составит ровно 100°С. Что будет дальше? Дальше будет происходить самый удивительный процесс — фазовый переход молекул Н₂О из жидкой фазы в газовую, именуемый в простонародье — кипение. Главная особенность фазового перехода (кипения) — оно происходит при постоянной температуре tж=const и сопровождается очень большим поглощением теплоты. Это означает, что до тех пор, пока в чайнике остается запас воды, он будет «термостатирован» — температура воды никогда не превысит 100°С (при атмосферном давлении), сколько бы вы этот чайник ни грели! Собственно, на этом принципе построена абляционная теплозащита спускаемых аппаратов. Только вместо воды, которую невозможно нанести на стенки спускаемого аппарата, применяется смола, которая отбирает тепло и на свое кипение, и еще на термическую диссоциацию (разложение) смолы на коксовый остаток и газы. При этом газообразные продукты коксования смолы создают пристеночный слой, существенно уменьшающий конвективный теплообмен между теплозащитой спускаемого аппарата и разогретым до состояния плазмы воздухом. Процитируем книгу «Космические аппараты» под общей редакцией профессора К. П. Феоктистова:
Абляционные системы (абляция — потеря массы при нагреве) допускают разрушение внешнего слоя и частичный унос массы тепловой защиты. Происходящие при этом процессы сложны и зависят от применяемого материала. При использовании органического пластика его внешний слой под воздействием тепла подвергается пиролизу, в результате чего появляется коксовый остаток, и выделяются газообразные продукты. С течением времени коксовый слой увеличивается, и зона разложения опускается в глубину материала. При разложении пластика поглощается значительная часть поступающего тепла, образующиеся газы вдуваются через пористый остаток в пограничный слой, деформируя его и снижая конвективный поток, а высокотемпературный коксовый слой, кроме того, излучает тепло. Процесс сопровождается уносом части коксового слоя из-за механического воздействия со стороны потока и догоранием газообразных продуктов. Теплоизоляция корпуса СА обеспечивается непрококсованным слоем абляционного материала и слоем легкого теплоизолятора, если он установлен под первым. Применяют комбинированные и сублимирующие абляционные материалы. В первом случае в материал вводится наполнитель (например, стеклянный), который усиливает коксовый слой, а на поверхности плавится и частично испаряется. Материалы такого рода имеют повышенную плотность и прочность. Сублимирующие материалы (например, типа фторопласта) не образуют коксового остатка, при нагреве переходят из твердой фазы в газообразную и имеют относительно низкую температуру сублимации и малый теплоотвод излучением. Абляционные материалы применялись для лобовых теплозащитных экранов всех СА, а также на боковой поверхности СА всех отечественных КК и американского КК «Аполлон». В частности, на спускаемом аппарате КК «Союз» лобовой щит выполнен из абляционного материала с наполнителем в виде асбестовой ткани, а боковая теплозащита представляет собой трехслойный пакет из сублимирующего материала типа фторопласта, плотного абляционного материала типа стеклотекстолита, создающего прочную оболочку, и теплоизолятора в виде волокнистого материала с легкой связующей пропиткой. При этом поперечные срезы теплозащиты (люки, стыки) закрыты окантовками из плотного абляционного материала. Такая теплозащита проста по конструкции и технологии.
Таким образом, все без исключения донные теплозащитные экраны орбитальных спускаемых аппаратов имели абляционное покрытие на основе органических веществ — фенольной смолы («Союз»), эпоксидной смолы («Аполлон»), смолы на стекловолокне («Меркурий»). Поэтому, безотносительно к тому, нанесено ли абляционное покрытие на боковые поверхности капсулы или нет, на них все равно будет образовываться нагар из-за уноса донного коксового остатка набегающим потоком воздуха». [7]
Необходимо к этому добавить, что в разряженной атмосфере плазма сосредоточена в нижней части аппарата, в плотных слоях атмосферы ударные волны сгустка плазмы воздействуют на боковые стороны капсулы своеобразными полосами. Поэтому на боковой поверхности космической капсулы образуется нагар, следы копоти, следы теплового воздействия заметными длинными полосами. И самое главное, что необходимо упомянуть к сказанному, когда американские пропагандисты, технические писатели НАСА говорят о том, что абляционная защита должна выдерживать воздействие высокой температуры плазмы, которая соприкасается с поверхностью капсулы, эти утверждения по своей сути являются абсурдными. Абляционная защита не должна выдерживать сильное тепловое воздействие, она должна испариться постепенно и тем самым предотвратить нагревание металлической стенки аппарата, резиновых прокладок уплотнителей люка, аппаратуры. Абляционная защита должна спасти от нагревания не только саму капсулу. Эта защита спасает жизнь и здоровье космонавта, в момент возникновения аэродинамического нагрева космонавт даже в скафандре не должен соприкасаться с элементами, которые, по версии сказочников НАСА нагреваются до 700°С.
Такие сведения предоставлены на сайте НАСА, в других источниках, близких к американским фантазерам из НАСА. Температура боковой поверхности капсулы с такими значениями неизбежно приведет к плавлению и обгоранию резиновых прокладок входного люка, что в свою очередь вызовет нарушение герметичности космического корабля, а значит вероятную гибель людей, которые в этот момент находились в капсуле. Не важно, какая защита применяется, с использованием комбинированных или сублимирующих абляционных материалов. Сущность защиты остается одной, это унос массы материала, испарение слоя абляционной защиты одного за другим. Поэтому нелепые утверждения американских «специалистов» о том, что эти материалы что-то должны выдерживать при высоких температурах, просто смешны! Ничего они не должны выдерживать, абляционные материалы должны постепенно испаряться!
Среди защитников американского обмана обнаружился доктор всяческих наук Дмитрий Зотьев, который утверждал, что американская капсула не могла обгореть по следующим «аргументам»: «Аргумент №1 — НАСА использовало ручное управление при спуске в атмосферу; Аргумент №2 — НАСА использовало «особенную» траекторию спуска в атмосферу; Аргумент №3 — боковые поверхности кораблей НАСА не обтекались плазмой». [7] Велюров вступил в полемику с этим замечательным доктором геометрических наук, которые продемонстрировал ошеломляющие «знания» в области физики и Истории «американской космонавтики». Велюров обосновано возразил оппоненту, что его первый «аргумент просто абсурден, что он