Из чего делают ракеты: Ракетные металлы — все секреты

Ракетные металлы — все секреты

Из каких материалов строят космические корабли, «бороздящие бескрайние просторы Вселенной».

Андрей Суворов

Первый старт ракеты Р-7 состоялся 15 мая 1957 года. А ведь этот корабль до сих пор носит всех наших космонавтов и является безусловным триумфом конструкторской идеи над конструкционным материалом. Интересно, что ровно через 30 лет после ее запуска, 15 мая 1987 года, состоялся и первый старт ракеты «Энергия», которая, наоборот, использовала массу экзотических материалов, недоступных 30 лет назад.

Когда Сталин поставил перед Королевым задачу копирования Фау-2, многие ее материалы были новы для тогдашней советской промышленности, но к 1955 году уже исчезли проблемы, которые могли бы помешать конструкторам воплощать идеи. К тому же материалы, использованные при создании ракеты Р-7, даже в 1955 году не отличались новизной — ведь нужно было учитывать затраты времени и денег при серийном производстве ракеты. Поэтому основой ее конструкции стали давно освоенные алюминиевые сплавы.

Раньше модно было называть алюминий «крылатым металлом», подчеркивая, что если конструкция не ездит по земле или по рельсам, а летает, то она обязательно должна быть выполнена из алюминия. На самом деле крылатых металлов много, и это определение давно вышло из моды. Спору нет, алюминий хорош, достаточно дешев, сплавы его сравнительно прочны, он легко обрабатывается и т. д. Но из одного алюминия самолет не построишь. А в поршневом самолете и дерево оказывалось вполне уместным (даже в ракете Р-7 в приборном отсеке есть фанерные перегородки!). Унаследовав алюминий от авиации, этим металлом стала пользоваться и ракетная техника. Но тут-то как раз и обнаружилась узость его возможностей.

Алюминий

«Крылатый металл», любимец авиаконструкторов. Чистый алюминий втрое легче стали, очень пластичен, но не очень прочен.

Чтобы он стал хорошим конструкционным материалом, из него приходится делать сплавы. Исторически первым был дуралюмин (дюралюминий, дюраль, как мы его чаще всего зовем) — такое имя дала сплаву немецкая фирма, впервые его предложившая в 1909 году (от названия города Дюрен). Этот сплав, кроме алюминия, содержит небольшие количества меди и марганца, резко повышающие его прочность и жесткость. Но есть у дюраля и недостатки: его нельзя сваривать и сложно штамповать (нужна термообработка). Полную прочность он набирает со временем, этот процесс назвали «старением», а после термообработки состаривать сплав нужно заново. Поэтому детали из него соединяют клепкой и болтами.

В ракете он годится только на «сухие» отсеки — клепаная конструкция не гарантирует герметичности под давлением. Сплавы, содержащие магний (обычно не больше 6%), можно деформировать и сваривать. Именно их больше всего на ракете Р-7 (в частности, из них изготовлены все баки).

Американские инженеры имели в своем распоряжении более прочные алюминиевые сплавы, содержащие до десятка разных компонентов. Но прежде всего наши сплавы проигрывали заокеанским по разбросу свойств. Понятно, что разные образцы могут немного отличаться по составу, а это приводит к разнице в механических свойствах. В конструкции часто приходится полагаться не на среднюю прочность, а на минимальную, или гарантированную, которая у наших сплавов могла быть заметно ниже средней.

В последней четверти XX века прогресс в металлургии привел к появлению алюминий-литиевых сплавов. Если до этого добавки в алюминий были направлены только на увеличение прочности, то литий позволял сделать сплав заметно более легким. Из алюминий-литиевого сплава был сделан бак для водорода ракеты «Энергия», из него же делают сейчас и баки «Шаттлов».

Наконец, самый экзотический материал на основе алюминия — боралюминиевый композит, где алюминию отведена та же роль, что и эпоксидной смоле в стеклопластике: он удерживает вместе высокопрочные волокна бора. Этот материал только-только начал внедряться в отечественную космонавтику — из него сделана ферма между баками последней модификации разгонного блока «ДМ-SL», задействованного в проекте «Морской старт». Выбор конструктора за прошедшие 50 лет стал намного богаче. Тем не менее как тогда, так и сейчас алюминий — металл №1 в ракете. Но, конечно же, есть и целый ряд других металлов, без которых ракета не сможет полететь.

Железо

Незаменимый элемент любых инженерных конструкций. Железо в виде разнообразных высокопрочных нержавеющих сталей — второй по применению металл в ракетах. Везде, где нагрузка не распределена по большой конструкции, а сосредоточена в точке или нескольких точках, сталь выигрывает у алюминия. Сталь жестче — конструкция из стали, размеры которой не должны «плыть» под нагрузкой, получается почти всегда компактнее и иногда даже легче алюминиевой. Сталь гораздо лучше переносит вибрацию, более терпима к нагреву, сталь дешевле, за исключением самых экзотических сортов, сталь, в конце концов, нужна для стартового сооружения, без которого ракета — ну, сами понимаете…

Но и баки ракеты могут быть стальными. Удивительно? Да. Однако первая американская межконтинентальная ракета Atlas использовала баки именно из тонкостенной нержавеющей стали. Для того чтобы стальная ракета выиграла у алюминиевой, многое пришлось радикально изменить. Толщина стенок баков у двигательного отсека достигала 1,27 миллиметра (1/20 дюйма), выше использовались более тонкие листы, и у самого верха керосинового бака толщина составляла всего 0,254 миллиметра (0,01 дюйма). А водородный разгонный блок Centaur, сделанный по такому же принципу, имеет стенку толщиной всего лишь с лезвие бритвы — 0,127 миллиметра!

Столь тонкая стенка сомнется даже под собственной тяжестью, поэтому форму она держит исключительно за счет внутреннего давления: с момента изготовления баки герметизируются, наддуваются и хранятся при повышенном внутреннем давлении. В процессе изготовления стенки подпираются специальными держателями изнутри. Самая сложная стадия этого процесса — приварка днища к цилиндрической части. Ее обязательно нужно было выполнить за один проход, в результате ее в течение шестнадцати часов делали несколько бригад сварщиков, по две пары каждая; бригады сменяли друг друга через четыре часа. При этом одна из двух пар работала внутри бака.

Нелегкая, что и говорить, работа. Но зато на этой ракете американец Джон Гленн впервые вышел на орбиту. Да и дальше у нее была славная и долгая история, а блок Centaur летает и по сей день. У «Фау-2», между прочим, корпус тоже был стальным — от стали полностью отказались только на ракете Р-5, там стальной корпус оказался ненужным благодаря отделяющейся головной части. Какой же металл можно поставить на третье место «по ракетности»? Ответ может показаться очевидным. Титан? Оказывается, вовсе нет.

Медь

Основной металл электро- и тепловой техники. Ну разве не странно? Довольно тяжелый, не слишком прочный, по сравнению со сталью — легкоплавкий, мягкий, по сравнению с алюминием — дорогой, но тем не менее незаменимый металл.

Все дело в чудовищной теплопроводности меди — она больше в десять раз по сравнению с дешевой сталью и в сорок раз по сравнению с дорогой нержавейкой. Алюминий тоже проигрывает меди по теплопроводности, а заодно и по температуре плавления. А нужна эта бешеная теплопроводность в самом сердце ракеты — в ее двигателе. Из меди делают внутреннюю стенку ракетного двигателя, ту, которая сдерживает трехтысячеградусный жар ракетного сердца. Чтобы стенка не расплавилась, ее делают составной — наружная, стальная, держит механические нагрузки, а внутренняя, медная, принимает на себя тепло.

В тоненьком зазоре между стенками идет поток горючего, направляющегося из бака в двигатель, и тут-то выясняется, что медь выигрывает у стали: дело в том, что температуры плавления отличаются на какую-то треть, а вот теплопроводность — в десятки раз. Так что стальная стенка прогорит раньше медной. Красивый «медный» цвет сопел двигателей Р-7 хорошо виден на всех фотографиях и в телерепортажах о вывозе ракет на старт.

В двигателях ракеты Р-7 внутренняя, «огневая», стенка сделана не из чистой меди, а из хромистой бронзы, содержащей всего 0,8% хрома. Это несколько снижает теплопроводность, но одновременно повышает максимальную рабочую температуру (жаростойкость) и облегчает жизнь технологам — чистая медь очень вязкая, ее тяжело обрабатывать резанием, а на внутренней рубашке нужно выфрезеровать ребра, которыми она прикрепляется к наружной. Толщина оставшейся бронзовой стенки — всего миллиметр, такой же толщины и ребра, а расстояние между ними — около 4 миллиметров.

Чем меньше тяга двигателя, тем хуже условия охлаждения — расход топлива меньше, а относительная поверхность соответственно больше. Поэтому на двигателях малой тяги, применяемых на космических аппаратах, приходится использовать для охлаждения не только горючее, но и окислитель — азотную кислоту или четырехокись азота. В таких случаях медную стенку для защиты нужно покрывать хромом с той стороны, где течет кислота. Но и с этим приходится смиряться, поскольку двигатель с медной огневой стенкой эффективнее.

Справедливости ради скажем, что двигатели со стальной внутренней стенкой тоже существуют, но их параметры, к сожалению, значительно хуже. И дело не только в мощности или тяге, нет, основной параметр совершенства двигателя — удельный импульс — в этом случае становится меньше на четверть, если не на треть. У «средних» двигателей он составляет 220 секунд, у хороших — 300 секунд, а у самых-пресамых «крутых и навороченных», тех, которых на «Шаттле» три штуки сзади, — 440 секунд. Правда, этим двигатели с медной стенкой обязаны не столько совершенству конструкции, сколько жидкому водороду. Керосиновый двигатель даже теоретически таким сделать невозможно. Однако медные сплавы позволили «выжать» из ракетного топлива до 98% его теоретической эффективности.

Серебро

Драгоценный металл, известный человечеству с древности. Металл, без которого не обойтись нигде. Как гвоздь, которого не оказалось в кузнице в известном стихотворении, он держит на себе все. Именно он связывает медь со сталью в жидкостном ракетном двигателе, и в этом, пожалуй, проявляется его мистическая сущность. Ни один из других конструкционных материалов не имеет никакого отношения к мистике — мистический шлейф веками тянется исключительно за этим металлом. И так было в течение всей истории его использования человеком, существенно более долгой, чем у меди или железа. Что уж говорить об алюминии, который был открыт только в девятнадцатом столетии, а стал относительно дешевым и того позже — в двадцатом.

За все годы человеческой цивилизации у этого необыкновенного металла было огромное количество применений и разнообразных профессий. Ему приписывали множество уникальных свойств, люди использовали его не только в своей технической и научной деятельности, но и в магии. К примеру, долгое время считалось, что «его боится всевозможная нечисть».

Главным недостатком этого металла была дороговизна, из-за чего его всегда приходилось расходовать экономно, точнее, разумно — так, как требовало очередное применение, которое ему придумывали неугомонные люди. Рано или поздно ему находили те или иные заменители, которые с течением времени с большим или меньшим успехом вытесняли его.

Сегодня, практически на наших глазах, он исчезает из такой прекрасной сферы деятельности человека, как фотография, которая в течение почти полутора столетий делала нашу жизнь более живописной, а летописи — более достоверными. А пятьдесят (или около того) лет назад он стал утрачивать позиции в одном из древнейших ремесел — чеканке монет. Конечно, монеты из этого металла выпускают и сегодня — но исключительно для нашего с вами развлечения: они давно перестали быть собственно деньгами и превратились в товар — подарочный и коллекционный.

Возможно, когда физики изобретут телепортацию и ракетные двигатели будут уже не нужны, наступит последний час и еще одной сферы его применения. Но пока что найти ему адекватную замену не удалось, и этот уникальный металл остается в ракетостроении вне конкуренции — так же, как и в охоте на вампиров.

Вы уже наверняка догадались, что все вышесказанное относится к серебру. Со времен ГИРДа и до сих пор единственным способом соединения частей камеры сгорания ракетных двигателей остается пайка серебряными припоями в вакуумной печи или в инертном газе. Попытки найти бессеребряные припои для этой цели ни к чему пока не привели. В отдельных узких областях эту задачку иногда удается решить — например, холодильники сейчас чинят с помощью медно-фосфорного припоя, — но в ЖРД замены серебру нет. В камере сгорания большого ЖРД его содержание достигает сотен граммов, а иногда доходит до килограмма.

Драгоценным металлом серебро называют скорее по многотысячелетней привычке, есть металлы, которые не считаются драгоценными, но стóят намного дороже серебра. Взять хотя бы бериллий. Этот металл втрое дороже серебра, но и он находит применение в космических аппаратах (правда, не в ракетах). Главным образом он получил известность благодаря способности замедлять и отражать нейтроны в ядерных реакторах. В качестве конструкционного материала его стали использовать позже.

Конечно, невозможно перечислить все металлы, которые можно назвать гордым именем «крылатые», да и нет в этом нужды. Монополия металлов, существовавшая в начале 1950-х годов, давно уже нарушена стекло- и углепластиками. Дороговизна этих материалов замедляет их распространение в одноразовых ракетах, а вот в самолетах они внедряются гораздо шире. Углепластиковые обтекатели, прикрывающие полезную нагрузку, и углепластиковые сопла двигателей верхних ступеней уже существуют и постепенно начинают составлять конкуренцию металлическим деталям. Но с металлами, как известно из истории, люди работают уже приблизительно десять тысяч лет, и не так-то просто найти равноценную замену этим материалам.

«Из какого металла делают спутники и/или ракеты?» — Яндекс Кью

К сожалению, наши технологии не достигли такого этапа развития, чтобы один материал мог применяться для совершенно разных целей. Но, тем не менее, человечество оказалась достаточно развито для того, чтобы использовать в своих целях огромное число природных и искусственно созданных материалов: металлов, керамики, полимеры.

Давайте же поговорим подробнее про том, какие материалы и для чего использует человечество.

Металлы

Это основные конструкционные материалы для изделий ракетно-космической техники, их масса в массе сухих изделий, в некоторых случаях, составляет более 90 %. Это ничуть не удивительно, что человек стал использовать в космической промышленности именно металлы. Это наиболее подходящий по совокупности характеристик класс материалов.

Начало развития серьезной космонавтики пришлось на конец Второй Мировой войны и послевоенный период, к тому моменту широко было освоено производство и использование алюминия и его модификаций для нужд авиации. Очень легкий и имеющий неплохую прочность, он был первым материалом из которого делались обшивка ракет и некоторые конструкционные элементы.

Из сплава алюминия и лития, например, были сделаны баллоны для водорода на «Энергии» и американском шаттле.

Вторым в списке, но точно не по значению и не по проценту использования, идет сталь. Сталь, в отличие от алюминия, обладает более высокими прочностными свойствами, обладает веской вибрационной стойкостью. Что это значит? А то, что при использовании стальных деталей, можно уменьшать их толщину, до разумных пределов, а, следовательно, и массу, для критически важных деталей. В итоге получаем легкую, но прочную деталь, в добавок еще и коррозионно стойкую.

Со временем, сталь начала вытесняется титаном, еще более легким и прочным материалом, но будучи более тяжелым в обработке титан все еще не вытеснил сталь из космической отрасли.

Медь. От банального примера проводов я откажусь и скажу, что медь используется для покрытия стенок сопел ракетных двигателей у «Союзов» связано это с её тугоплавкостью. Сейчас, на смену меди идут более технологичные, удобные в обработке материалы по типу: графита, эрозионно стойких пластмасс и углепластика. Но это я забежал немного вперед.

Сопла двигателя РД-107

Часто на спутниках и вторых, третьих ступенях ракет можно увидеть серебряную или золотую фольгу. Часто это целый теплозащитный пирог из разных материалов, слоев алюминиевых листов, разделенных специальным термически непрозрачным пластиком или графитовой пеной. Назначение этих фольг, защита аппаратов от перегрева и чрезмерного охлаждения.

«Золотая фольга» термозащита для спутника

Если интересна эта тема, то советую это видео «Why Won’t it Melt? How NASA’s Solar Probe will Survive the Sun».

Полимеры

При возвращении на Землю, проходя через плотные слои атмосферы, спускаемый аппарат или корабль сильно нагреваются. И под сильно, я имею ввиду очень сильно, до такой степени, что на определенном этапе вокруг капсулы возникает слой плазмы достигающей температуры 1400 градусов Цельсия.

Рисунок возвращения спускаемой капсулы на Землю

А вот, например, шкала температур нагрева для «Бурана». Колоссальные температуры!

Поэтому, с ранних пор развития космонавтики, перед конструкторами и технологами встал острый вопрос обеспечения теплозащиты для кораблей, возвращающихся и космоса. Изначально для этих целей были разработаны специальные пластмассы на основе феноло-формальдегидных смол, обладающие хорошими теплопоглощающими свойствами. В начале 60-х годов были разработаны также Новые материалы на основе эпоксидных смол.

У такой защиты был существенный минус до поры до времени не волновавший специалистов из отрасли. Дело в том, что такая защита была одноразовая. Испытывая воздействие температур, защита разрушалась тем самым уберегая корабль. Но с развитием космической техники и с появлением идеей по созданию многоразовых кораблей такой метод защиты был не выгоден. Нужны были новые решения

Керамика

Да, керамика — это не только красивые сервизы или статуэтки, это еще и важный материал для космической отрасли.

Инженеры NASA при разработке шаттла пришли к выводу, что керамика обладает рядом уникальных особенностей таких как: высокая термостойкость, малый коэффициент расширения при нагреве, легкость материала и еще ряд важных параметров.

Решено было делать термозащитные плитки для «Спейс Шаттла» по керамической технологии. Защита состояла из: кварцевого барьерного слоя, излучающего слоя, состоящего из высококремнеземного стекла и излучающего агента, глазурованный слой толщиной от 2 до 4 мм, состоящий из высококремнеземного стекла и боросиликатного стекла в соотношении от 3:1 до 19:1

Астронавты осматривают теплозащиту шаттла

Пара слов про спутники и АМС

Все то что написано выше, справедливо и для космических аппаратов, и для АМС. Сталь и алюминий заменяется на титан. Там, где можно отказываются от металла его заменяют композитами, углеродными материалами, пластмассами.

Да, пока до полного отказа от металла далеко, но некогда прочному, термостойкому и надежному материалу находят замену, подчас еще более прочную, легкую и, что тоже важно, дешевую и более простую в производстве.

Быть может, когда-нибудь в космос будут летать не огромные металлические монстры, а легкие ракеты из переработанных материалов, а просторы космоса будут бороздить корабли причудливых форм из органических выращенных или напечатанных материала. Кто знает?

ракет | Обсерватория национальных школ

Если вы думаете о «ракете», вы можете подумать о транспортном средстве, которое доставляет людей в космос. Но знаете ли вы, что ракета – это еще и тип двигателя? Мы используем ракетные двигатели для отправки людей, спутников и роботов в космос. Это позволяет нам исследовать космос и отправлять информацию по всему миру.

 

Источник изображения: Giphy

Возможно, вы слышали, как персонаж по телевизору или в фильме говорит: «Включите двигатели!» Как и во многих двигателях, ракеты движет тяга. Возможно, вы испытали тягу дома. Вы когда-нибудь включали садовый шланг и чувствовали, как он упирается вам в руку? Это пример тяги. Обратная тяга возникает из-за того, что вода выталкивается из шланга.

Ракеты создают тягу за счет сжигания топлива при высоких температурах. Это производит огромный взрыв. Газ от взрыва выходит из основания ракеты вниз к земле. Это приводит к тяге, которая толкает ракету в противоположном направлении, вплоть до космоса! Он работает даже в вакууме космоса, где нет воздуха! «3-й закон движения» Исаака Ньютона описывает этот процесс:

 

Для данной силы в одном направлении существует равная и противоположная сила в противоположном направлении.

 

Запуск тяжелой ракеты Falcon
Изображение предоставлено SpaceX

Существует два основных типа ракетных двигателей. Некоторые используют жидкое топливо, а другие используют твердое топливо.

Большинство современных двигателей на жидком топливе используют жидкий водород в качестве топлива и жидкий кислород в качестве окислителя. При горении эта смесь горит при очень высоких температурах, примерно до 3000 °C. Ракетчики на Земле могут использовать дистанционное управление для изменения тяги этого типа двигателя. Они даже могут останавливать и перезапускать двигатель во время полета. Большая проблема с этими двигателями заключается в том, что водород и кислород остаются в жидком состоянии при очень низких температурах. Они должны храниться при температуре минус 150 °С и ниже! Сохранять такое холодное топливо на космическом корабле — огромная проблема. Он включает в себя область науки под названием «криогеника».

Двигатели на твердом топливе несут «твердый» блок или блок топлива. Топливо представляет собой смесь порошкообразного алюминия и окислителя, обычно перхлората аммония. Ракета этого типа не нуждается в хранении топлива в сверххолодных баках. Проблема с этим топливом заключается в том, что после того, как оно зажжено, оно должно продолжать гореть до тех пор, пока не будет израсходовано все. Небольшие ракеты, закрепленные снаружи основной ракеты, часто имеют твердотопливные двигатели. Они также известны как ракеты-носители. Фейерверки и модели ракет используют твердое топливо.

 

Двигатели на жидком топливе содержат насосы , которые смешивают топливо и окислитель . Топливо сгорает в камере сгорания , создавая взрыв. Газ от взрыва проталкивается через узкую часть ракеты, называемую горловиной . Это увеличивает давление и создает большую тягу. Сопло направляет выхлоп из основания ракеты.

Твердотопливные ракеты содержат твердый блок топлива в камере сгорания. запальник зажигает твердое топливо в смеси с окислителем. Как и в двигателях на жидком топливе, сгоревшее топливо проталкивается в горловину ракеты. Сопло направляет выхлоп из основания ракеты.

 

Китай был первой страной, применившей ракеты в 1200-х годах. Эти твердотопливные ракеты использовались как фейерверки и как оружие на войне. В течение следующих 700 лет люди по всему миру создавали мощные твердотопливные ракеты. Они по-прежнему в основном использовались в качестве фейерверков или оружия.

Русский ученый в начале 1900-х годов выдвинул идею двигателей на жидком топливе. Американский ученый первым запустил первую ракету на жидком топливе в 1926 году. Немецкие ученые построили мощные ракеты на жидком топливе для использования в качестве оружия во время Второй мировой войны. В 1957 году Россия стала первой страной, запустившей космический зонд с помощью ракеты.

 

Проверьте свои знания в нашей интерактивной викторине о ракетах!

Гигантская ракета НАСА SLS: руководство

  • Опубликовано

Связанные темы

  • Artemis

Изображение изображений, NASA

By Paul Rincon

Science Edtor Editor, BBC NAW под названием Space Launch System (SLS) для запуска астронавтов на Луну и, в конечном итоге, на Марс. SLS, дебют которой запланирован на начало 2022 года, является самой мощной ракетой-носителем, созданной с 1960-х годов.

НАСА планирует отправить мужчину и женщину на поверхность Луны в этом десятилетии, что станет первой посадкой с людьми после Аполлона-17 в 1972 году. с Международной космической станции (МКС).

Но Луна почти в 1000 раз дальше МКС; Чтобы доставить туда астронавтов, нужна ракета-монстр.

SLS — современный эквивалент Saturn V, огромной ракеты-носителя, построенной в эпоху Аполлона. Подобно Сатурну, он разделен на сегменты или этапы, наложенные друг на друга. Но ракета также включает в себя технологии космического корабля «Шаттл».

  • Артемида: на Луну и дальше
  • Космический корабль NASA Orion: Путеводитель
  • Что такое звездолет Илона Маска?

Подпись к рисунку,

Предупреждение. Контент третьих лиц может содержать рекламу

Первая версия SLS будет называться Block 1. В ближайшие годы она претерпит ряд обновлений, чтобы она могла доставлять более тяжелые грузы в пункты назначения за пределами низкой Земная орбита.

Блок 1 SLS возвышается на 23 этажа над стартовой площадкой, что делает его выше Статуи Свободы.

«Это действительно огромная ракета. Она просто невероятно большая», — сказал Джон Шеннон, вице-президент и руководитель программы SLS в Boeing, главном подрядчике ракеты. В 2019 году он сказал BBC News: «Когда вы видите SLS в сборе, вы просто не видели ничего подобного со времен Saturn V».

Ракета доставит астронавтов на пилотируемом корабле НАСА нового поколения «Орион», разогнав его до скоростей, необходимых для выхода с низкой околоземной орбиты и дальнейшего путешествия на Луну.

  • Новая мегаракета НАСА готова к критическим испытаниям
  • Успех испытаний самой мощной в мире ракеты
  • Первый вид собранной НАСА мегаракеты

Как работает основная ступень ракеты в окружении двух твердотопливных ракетных ускорителей (СРБ). В активной зоне находятся два больших резервуара для хранения: один для жидкого водорода, топлива, а другой для жидкого кислорода, «окислителя», который заставляет топливо гореть.

Вместе они известны как ракетное топливо.

В основании основной ступени находятся четыре двигателя RS-25, те же самые, что приводили в действие похожий на космический самолет орбитальный шаттл, выведенный из эксплуатации в 2011 году.

Источник изображения, NASA / Michoud / Steve Seipel в огромном водородном баке SLS используется метод, называемый сваркой трением с перемешиванием, чтобы заткнуть отверстия

Когда жидкий водород и кислород подаются в камеры двигателя и воспламеняются искрой, химическая реакция производит огромное количество энергии и пара.

Пар выходит из сопел двигателей на скорости 16 000 км/ч (10 000 миль в час) для создания тяги — силы, которая толкает ракету по воздуху.

SRB дают ракете дополнительную мощность, позволяющую вырваться из тисков гравитации. Эти двойные ускорители имеют высоту более 17 этажей и сжигают шесть тонн твердого топлива каждую секунду. Они обеспечивают 75% полной тяги в течение первых двух минут полета.

Воспроизведение этого видео невозможно

Для воспроизведения этого видео необходимо включить JavaScript в вашем браузере.

Заголовок в СМИ,

Инженеры испытывают один из двигателей РС-25, используемых SLS

Самая мощная ракета?

Если в качестве меры использовать тягу, то SLS станет самой мощной ракетой, когда-либо полетевшей в космос в 2022 году. SLS Block 1 будет генерировать 8,8 миллиона фунтов (39,1 меганьютонов) тяги при запуске, что на 15% больше, чем Сатурн V.

В 1960-х годах Советский Союз построил ракету под названием N1, чтобы достичь Луны. Его первая ступень могла производить 10,2 миллиона фунтов (45,4 меганьютона) тяги. Но все четыре испытательных полета закончились неудачей.

Будущая версия SLS, называемая грузовым блоком 2, должна приблизиться к уровню тяги N1. Но корабль под названием Starship, разрабатываемый компанией SpaceX Илона Маска, должен превзойти оба этих показателя, развивая тягу до 15 миллионов фунтов (66,7 меганьютонов). В настоящее время Starship находится в стадии разработки, хотя точной даты его первого орбитального полета пока нет.

SLS в цифрах

Источник изображения, НАСА

  • Ракета будет стоять 98 м (322 фута) в исходной конфигурации, или конфигурации Block 1
  • Block 1 SLS может отправить более 27 тонн (59 500 фунтов) на лунные орбиты, что эквивалентно 11 большим спортивным внедорожникам (SUV)
  • Будущая версия SLS под названием Block 2 Cargo запустит 46-тонных (101 400 фунтов) на Луну. Это 18 больших внедорожников.
  • SLS будет производить 8,8 миллионов фунтов (39,1 меганьютонов) тяги в конфигурации блока 1
  • Четыре двигателя RS-25 установлены в основании основной ступени; те же, что использовались в космическом челноке

Повторное использование технологии шаттла

Основная ступень SLS основана на покрытом пеной внешнем баке космического челнока. Этот бак подавал топливо к трем двигателям РС-25 в задней части орбитального корабля-шаттла. Твердотопливные ускорители играют примерно одинаковую роль в обеих машинах.

Но SLS — совсем другой зверь. Ряд компонентов и конструкций, созданных на основе шаттла, претерпел значительные конструктивные изменения из-за различных уровней нагрузки на них со стороны SLS.

В качестве примера этих различных нагрузок, в космическом шаттле двигатели РС-25 были наклонены вверх и в сторону от твердотопливных ракетных ускорителей. Перемещение их рядом с SRB подвергает их большему встряхиванию. В результате каждая система в сложной секции двигателя SLS должна была пройти тщательные испытания, чтобы убедиться, что она выдерживает вибрации.

Воспроизведение этого видео невозможно

Для воспроизведения этого видео необходимо включить JavaScript в вашем браузере.

Медиа-заголовок,

Ignition: Этот твердотопливный ускоритель будет использоваться для полетов на Луну

Зачем был построен SLS

В феврале 2010 года администрация Обамы отменила Constellation — беспокойный план Джорджа Буша-младшего вернуться на Луну к 2020 году. Новость стала сокрушительным ударом для рабочих в пяти южных штатах — Алабаме, Флориде, Луизиане, Миссисипи и Техасе, — где программа пилотируемых космических полетов НАСА обеспечила финансирование десятков тысяч рабочих мест.

Некоторые законодатели Капитолийского холма были в ярости. В то время Ричард Шелби, сенатор-республиканец от Алабамы, заявил, что Конгресс не будет «сидеть сложа руки и наблюдать за безрассудным отказом от здравых принципов, проверенным послужным списком, устойчивым путем к успеху и разрушением нашей программы пилотируемых космических полетов».

В качестве компромисса законодатели из пострадавших штатов настояли на одной сверхтяжелой ракете вместо пусковых установок Constellation, отмененных Белым домом.

Источник изображения, НАСА

Подпись к изображению,

Первая основная ступень SLS транспортируется из Нового Орлеана в Миссисипи для испытаний

Конструкция SLS была представлена ​​в 2011 году. НАСА следует полагаться на ракеты, эксплуатируемые коммерческими поставщиками.

Но без существенных модификаций ни один из существующих ускорителей не имеет достаточной мощности, чтобы отправить Орион, астронавтов и большой груз на Луну за один полет — как это сделал бы SLS.

Приблизительно 18 миллиардов долларов было потрачено на SLS с начала прошлого десятилетия.

Но теперь, когда фаза разработки ракеты завершена и ее летные сертификационные испытания завершены, первый SLS сейчас находится в Космическом центре Кеннеди во Флориде, готовясь к своему первому запуску.