Содержание
Чем кормить ракету?
Полеты по Галактике, орбитальные станции… Мечты о перемещениях в космосе не стали бы явью, не изобрети человечество ракетное топливо. Кстати, чем именно заправляют космические летательные аппараты? Можно ли заправить ракету автомобильным топливом и какой вид двигателя самый мощный? Рассказываем, чем же «кормить» ракету.
Действие равно противодействию
Большинство двигателей, которые отправляют ракеты в космос, реактивные. Это значит, что в отличие от машинных двигателей они ничего не вращают, а получают энергию другим путем.
В камерах ракетных двигателей сжигается топливо. Образующийся газ под высоким давлением выбрасывается в одном направлении, а ракета с определенным ускорением летит в другую сторону. Это согласуется с третьим законом Ньютона — действие равно противодействию. Сила ракетного двигателя, то есть скорость выбрасывания газов, называется «тягой». В метрической системе она измеряется в ньютонах, но в США считают в «фунтах тяги».
Один фунт тяги равен 4,45 ньютона.
Различают твердотопливный и жидкостный двигатели. В топливах для них всегда есть окислитель для воспламенения и горючее, из которого получается рабочий газ, создающий тягу.
Твердая мощь для ракеты
Твердое топливо — смесь веществ, способных гореть без доступа к ним кислорода. Их делят на два типа: двухосновные (иначе их называют гомогенными) и смесевые. Первый тип представляет собой твердый раствор. Чаще всего нитроцеллюлозы в нитроглицерине. Исторически в состав смесевого твердого топлива входил порох, но теперь в нем содержатся перохлорат аммония, мелкодисперсный сферический порошок алюминия или магния и органический полимер.
ЛИКБЕЗ
Твердотопливный двигатель или РДТТ (ракетный двигатель твердого топлива) иначе называют твердотопливным ускорителем (ТТУ).
Жидкостный двигатель сокращают как ЖРД (жидкостный ракетный двигатель).
Андрей Рюрикович, заслуженный испытатель космической техники:
— Твердотопливный двигатель проще в изготовлении и обслуживании.
По сути, это просто бочка с дыркой. А жидкостный — вакханалия трубопроводов и разных агрегатов, поэтому надежность их меньше. При этом у ЖРД больше удельный импульс и управляемость: проще включать/выключать, регулировать величину тяги. Жидкостный двигатель, если он заправлен криогенным топливом, обладает одной особенностью — сложнейшей процедурой заправки перед стартом (ракета Илона Маска Falcon 9 взорвалась именно во время заправки топливом). РДТТ включил, и все: пока не прогорит — не выключишь.
Однажды произошла ситуация с американским шаттлом: авария одного из трех жидкостных двигателей на старте. Аварийный и два других жидкостных двигателя удалось выключить до запуска ТТУ. Если бы авария развивалась еще пару секунд и ТТУ включился, катастрофа и гибель экипажа были бы неминуемы.
Твердотопливные двигатели проще в обслуживании. Лежат себе и лежат. Требуется только периодически проверять температуру и влажность в хранилище. Но если он пролежит очень долго, происходит «высыхание» заряда, и в нем появляются трещины, которые при зажигании двигателя резко увеличивают площадь горения топлива, и, соответственно, давление внутри камеры сгорания.
Тогда ТТУ превращается в непредсказуемую мину: то ли сработает как надо, то ли разнесет вдребезги себя и все вокруг.
Гибкое управление
Жидкое топливо состоит из горючего и окислителя, но в камеру сгорания они закачиваются по отдельности и смешиваются позже. Топливо для жидкостных двигателей бывает однокомпонентное и двухкомпонентное. Однокомпонентное топливо (обычно это нитрометан) распадается на окислитель (кислород) и горючее. При использовании двухкомпонентного топлива окислитель подается к горючему отдельно.
Для жидких ракетных топлив окислителями могут быть жидкий кислород, перекись водорода, азотная кислота с 15–20 % окислов азота, четырехокись азота, тетранитрометан, фтор и его смеси с жидким кислородом. Горючим для жидких топлив бывают керосин, водород, гидразин (азотно-водородное соединение N2h5), бензин, парафины и ароматические соединения, окись углерода, циклогексан и циклопропан, этилен, окись пропилена или этилена, ацетилен с водородом.
Возможные комбинации «горючее — окислитель»:
Жидкие водород и кислород для космических шаттлов.
Бензин и жидкий кислород использовались в ракетах Годдарда.
Керосин и жидкий кислород применялись для первой ступени «Сатурн-5» в программе «Апполон».
Спирт и жидкий кислород в немецких ракетах V2, известных как «Фау-2» — первые в мире баллистические ракеты.
Четырехокись азота и монометилгидразин использовались в двигателях аппарата «Кассини».
Глупые вопросы о топливе
NT: Хранят ли топливо, и как это делают?
РОСКОСМОС: Двухкомпонентные хранят и транспортируют отдельно, и только непосредственно перед стартом ими заправляют ракету-носитель. Гептил может находиться в составе ракеты десятилетиями. Сроки хранения топлива в незаправленном состоянии (например, отдельно кислород и керосин) сопоставимы с автомобильным.
Андрей Рюрикович: Криогенные компоненты, такие как жидкий кислород и жидкий водород, хранят в специальных цистернах-термосах – дюарах.
NT: Можно ли использовать ракетное топливо для заправки обычных двигателей внутреннего сгорания?
РОСКОСМОС: Этот вопрос, на наш взгляд, больше относится к ведению автоинженеров и автопроизводителей.
Вот, например, бензин и дизельное топливо, созданные и предназначенные для двигателей внутреннего сгорания, непригодны для использования в ракетных.
А.Р.: Бензин и дизельное топливо не используют из-за малой эффективности. Но ракеты Годдарда и первые советские ракеты летали на бензине.
NT: Вредно ли ракетное топливо для окружающей среды?
РОСКОСМОС: Экологичность заключается в воздействии соединений топлива на окружающую среду, здоровье людей и всего живого. К экологичным топливам можно отнести комбинации: керосин (нафтил) — кислород, водород — кислород, метан. Кислород, керосин и водород не опасны — при сгорании вреда от них даже меньше, чем от автомобильного топлива. Гептил токсичен, однако реальную опасность для здоровья он может представлять лишь в процессе производства. Хранится это топливо в герметичных условиях, исключающих взаимодействие с внешней средой. А продукты сгорания гептила опасности для экологии и здоровья человека не представляют.
Топливо будущего
Химическое ракетное топливо эффективно применяется для полетов на околоземной или лунной орбитах, но скорость, которую оно позволяет развивать космическому кораблю, недостаточна для освоения дальнего космоса.
Эту проблему могли бы решить ядерные двигатели. Их разработки начались еще в 50-е годы прошлого века в США и СССР. Однако до сих пор ни одна ракета с ядерным двигателем не была запущена. Топливом для него служат уран и плутоний. Энергия распада или синтеза во время ядерных реакций нагревает горючее (водород или аммиак) и позволяет ракете лететь. Опасность заключается в том, что газ, который будет вылетать из сопла ракеты с ядерным двигателем, также радиоактивен. Это значит, что такие типы двигателей нельзя применять на Земле.
Ионный — еще один перспективный вид двигателя. Он состоит из электрического генератора, создающего сильное электрическое поле высокого напряжения. Положительно заряженные ионы газообразных веществ (водорода, гелия, ртути, ксенона, цезия) попадают в электрическое поле и разгоняются до космических скоростей.
Затем выбрасываются из сопла, создавая таким образом тягу.
Центр общественных коммуникаций корпорации «РОСКОСМОС»:
— В российской ракетно-космической промышленности используются в основном два вида жидких химических топлив: пара керосин (или его разновидность — нафтил) + кислород, которую применяют для ракет-носителей «Союз», «Ангара», «Зенит», и гептил — на ракетах-носителях «Протон», «Рокот», «Днепр». Ведутся перспективные разработки двигателя для работы на топливе водород + кислород — ранее этот вид топлива был использован для второй ступени сверхтяжелой ракеты-носителя «Энергия». Еще из перспективных видов ракетного топлива можно назвать метан.
Возможности химического типа топлива (жидкого, твердого, газа) уже хорошо изучены, и его потенциал используется «на пределе». Поэтому ученые исследуют нехимические двигательные установки: ядерные, ионные, плазменные и подобные. Кое-какие успехи уже достигнуты, однако полностью заменить химическое топливо пока не представляется возможным.
Материал опубликован в журнале NewTone
современные вещества и перспективные разработки
Оторваться от Земли, набрать скорость, достаточную, чтобы выйти на орбиту – это требует колоссальных затрат топлива. Например, сухая масса ракеты «Союз» – это масса без учета топлива, чуть больше тридцати трех с половиной тонн. Но на старте общая масса ракеты – почти 308 тонн – только одиннадцать процентов от общей массы выходят в космос с полезной нагрузкой. Больше 270 тонн топлива сгорает, чтобы «Союз» преодолел притяжение.
Фото: Роскосмос
В материале «Научной России» о видах ракетного топлива, которые используют сегодня, и о перспективных разработках.
Твердое ракетное топливо
Сегодня дымный порох используют в основном в петардах, салютах и других пиротехнических изделиях, хотя изначально именно он был первым ракетным топливом. Одно из четырех великих китайских изобретений – по отдельным данным, смесь селитры, древесного угля и серы использовали в ракетах еще во втором веке нашей эры.
Твердотопливный двигатель
Изображение: Википедия
Твердое ракетное топливо – это вещество, или смесь веществ, которые способны гореть без доступа кислорода, при этом выделяя достаточно много газа. Среди достоинств твёрдотопливных двигателей называют относительную простоту в изготовлении и применении, отсутствие проблемы с утечками токсичных веществ, надежность и возможность долговременного хранения топлива. Недостатки таких двигателей – это невысокий удельный импульс, трудности в управлении тягой двигателя и его повторным запуском, высокий уровень вибраций при работе. Из-за недостатков твёрдотопливных двигателей, первыми в космос полетели именно ракеты с двигателями на жидком топливе, хотя, твердые горючие смеси были изобретены раньше.
Твердотопливные ускорители использовали при запуске американских шаттлов – два таких устройства, длиной сорок пять с половиной метров и общей массой 1180 тонн разгоняли корабли и отделялись на высоте около сорока пяти километров примерно через две минуты после запуска: они спускались на парашютах и после заправки их использовали снова.
Современные твердые топлива – это смесь горючих веществ и окислителя. Для ракетостроения подходят многие, но большинство основаны на окислителях, которые способны взаимодействовать с разным горючим. Это могут быть перхлораты аммония, лития или калия. Или нитраты калия или аммония. Как горючее используют металлы, или их сплавы, например, алюминий, магний, литий и бериллий. Возможно использование и других материалов: полимеров или смол, как полиэтилен, каучук и битум.
Жидкое ракетное топливо
Жидкостные реактивные двигатели могут использовать в качестве топлива одно-, двух- и трёхкомпонентные смеси. У них высокий удельный импульс, их можно останавливать и повторно запускать, что важно при маневрировании в космосе, сами ракеты на жидкостных двигателях получаются легче. Но они сложнее устроены и дороже: система топливных баков, трубопроводов и насосов требует более тщательной подготовки и проверки в процессе сборки и перед запуском.
Изображение жидкостного двигателя
Изображение: mbradio.
ru
Элементы жидкого топлива – это горючее и окислитель. Они подаются из разных баков под давлением через форсунки и перемешиваются в камере сгорания. После воспламенения начинается процесс горения, которое продолжается, пока горючее и окислитель поступают в камеру. Керосин, водород, сжиженный для закачки в баки и азотно-водородное соединение гидразин – основные виды горючего для жидкостных ракетных двигателей. Если в качестве горючего используют керосин или водород, в качестве окислителя применяют сжиженный кислород. Если горючим выступает гидразин, то как окислитель используют четырехокись азота — N2O4.
Чище остальных горит водород – соединяясь с кислородом он выделяет только тепло и водяные пары. Керосин, который очищают, чтобы использовать как горючее, при сгорании выделяет угарный и углекислый газы.
Топливо жидкостных двигателей может быть и однокомпонентным. Из-за небольшого удельного импульса и меньшей эффективности такие виды менее популярны, чем двухкомпонентные смеси, но их отличает простота в конструкции двигателя.
Однокомпонентное топливо – это жидкость, которая при взаимодействии с катализатором разлагается с образованием горячего газа. Это может быть гидразин, который разлагается на аммиак и азот, или концентрированный пероксид водорода, который образует перегретый водяной пар и кислород. В качестве катализатора может выступать, например, окись железа.
Топливо будущего
Химические ракетные топлива, и жидкие, и твердые, способны вывести космические аппараты на околоземные или лунные орбиты, но для дальних космических миссий их может быть недостаточно.
Одно из предложений, которое может решить проблему с дальними полетами – это ядерные двигатели. По расчетам, ядерный тепловой двигатель может доставить ракету на Марс всего за три месяца. Одна из американских компаний предложила использовать ядерный двигатель со сжиженным водородом в качестве рабочего тела. В такой системе реактор вырабатывает тепло из уранового топлива. Это тепло нагревает жидкий водород, который при расширении и создает тягу.
Разработки ядерных ракетных двигателей начинались еще в пятидесятых годах, но пока ни один из таких аппаратов не был запущен.
А в марте 2021 года в Роскосмосе сообщили, что в 2025-2030 годах планируют испытать еще одну перспективную разработку – новые ионные двигатели мощностью от 200 Вт до 35 кВ. Ионные двигатели – это тип электрических ракетных двигателей, которые создают тягу на базе ионизированного газа, разогнанного до высоких скоростей в электрическом поле. Такие разработки уже используются в космических миссиях. Ионные двигатели отличаются малым расходом топлива и долгим временем работы.
Фото на главной странице: Роскосмос
По материалам из открытых источников
ракета — Дети | Britannica Kids
7-дневная бесплатная пробная версия
Поиск
Посмотреть статью для:
Дети
Ученики
Ученые
Связанные статьи
Мы были заняты, усердно работая над тем, чтобы предоставить вам новые функции и обновленный дизайн.
Мы надеемся, что вам и вашей семье понравится NEW Britannica Kids. Уделите минутку, чтобы проверить все улучшения!
- Один и тот же безопасный и надежный контент для исследователей всех возрастов.
- Доступно на всех современных устройствах: телефонах, планшетах и настольных компьютерах.
- Улучшенные ресурсы для домашних заданий, предназначенные для поддержки различных предметов и стандартов учебной программы.
- Новый, третий уровень контента, разработанный специально для удовлетворения продвинутых потребностей искушенного ученого.
- И многое другое!
Хотите увидеть его в действии?
Ознакомиться
Начать бесплатную пробную версию
Подпишитесь прямо сейчас!
Перевести эту страницу
Выберите язык в меню выше, чтобы просмотреть версию этой страницы с компьютерным переводом.
Обратите внимание: текст на изображениях не переводится, некоторые функции после перевода могут работать некорректно, а перевод может неточно передавать предполагаемое значение. Britannica не просматривает преобразованный текст.
После перевода статьи все инструменты, кроме увеличения/уменьшения шрифта, будут отключены. Чтобы повторно включить инструменты или преобразовать обратно в английский язык, нажмите «Просмотреть оригинал» на панели инструментов Google Translate.
Продолжая использовать этот сайт, вы соглашаетесь с условиями нашей политики в отношении файлов cookie, которую можно найти в нашем Уведомлении о конфиденциальности.
×
Расписание запуска ракеты | Космический центр Кеннеди
:
Оповещение о дорожном движении | Мост SR-405 закрыт. Пожалуйста, проверьте здесь альтернативные направления к комплексу посетителей Космического центра Кеннеди.
КЕННЕДИ КОСМИЧЕСКИЙ ЦЕНТР
Дом
>
Запуски и события
Предстоящие события в Космическом центре Кеннеди
Смотрите запуски ракет и вдохновляйтесь
Встретьтесь лицом к лицу с космосом во время специальных мероприятий в Космическом центре Кеннеди.
Посетители могут наблюдать за запуском ракет, встречаться с космонавтами и отмечать праздники в космосе, и это лишь некоторые из них. Освободите место в своих путешествиях для уникальных и вдохновляющих впечатлений во время отпуска во Флориде.
ПОСМОТРЕТЬ ЗАПУСК
Календарь событий
Посмотрите, что происходит в комплексе посетителей Космического центра Кеннеди.
Просмотр дат
Запуски ракет
Узнайте о предстоящих запусках ракет в комплексе посетителей Космического центра Кеннеди.
Просмотр дат
Избранные события
07 ноября 2022 г. — 15 ноября 2022 г.
Комплекс посетителей Космического центра Кеннеди
Военные герои Соединенных Штатов получат бесплатный ежедневный вход в комплекс для посетителей Космического центра Кеннеди во время нашей акции «День ветеранов».