Ракета из каких частей состоит: РАКЕТА • Большая российская энциклопедия

Содержание

Из чего состоит ракета. Из чего состоит ракета


Автор Historian Просмотров 57 Опубликовано

Чем совершеннее космические технологии, тем сложнее будет становиться конструкция и эксплуатация ракет. Возможно, уже через несколько лет будут созданы новые транспортные средства, способные преодолевать земное притяжение. А следующая статья будет посвящена принципам работы более совершенных ракет.

Содержание

  1. Конструктивные особенности современных ракет
  2. Способы получения управляющих усилий
  3. Ракета
  4. Как работает ракета?
  5. Грузоподъемность ракет-носителей
  6. Теоретическое описание
  7. Стабилизация
  8. 1) Аэродинамическая стабилизация вращением
  9. 2) Стабилизация с помощью гироскопического эффекта
  10. Как работает обычная космическая ракета
  11. Грузовой отсек
  12. Маршевый двигатель
  13. Многоступенчатость
  14. С какой скоростью летит ракета в космосе
  15. Как называется место откуда запускают в космос ракеты

Конструктивные особенности современных ракет

Сегодня существует множество различных типов ракет. Большинство из них оснащены системами управления, которые гарантируют полет по требуемой траектории. Среди управляемых ракет есть баллистические ракеты. Они следуют за свободнопадающим корпусом (баллистическая траектория), за исключением относительно короткого участка управляемого полета с функциональным пропеллером. В эту группу входят оперативно-тактические и стратегические ракеты класса «поверхность-поверхность» и «корабль-корабль» дальностью от нескольких сотен до нескольких тысяч километров.

В зависимости от количества ступеней ракеты делятся на одноступенчатые и многоступенчатые. Одноступенчатые баллистические ракеты состоят из полезной нагрузки и ракетного модуля, который обычно состоит из ракетной двигательной установки с отсеком для хранения ракетного топлива, системы подачи топлива, системы управления и компонентов двигательной установки. Основной особенностью баллистических ракет является идеальная скорость, которая может быть достигнута в конце активной части полета при движении по прямой (за пределами атмосферы и гравитационного поля Земли) под действием только двигателя ракетной тяги.

Композитные ракеты могут иметь различную конструкцию. Различают поперечное структурное представление (блоки ступеней ракеты расположены в ряд по высоте ракеты и работают последовательно) и продольное деление (так называемая пакетная форма, позволяющая блокам разных ступеней работать одновременно. ). Первые две функции объединены.

Конструкция ракеты зависит от ее назначения и типа используемого ракетного двигателя. Большинство современных ракет оснащены РДТТ. Более старые ракеты оснащены жидкостными ракетными двигательными гранатами, включая дожигатель генераторного газа, который вращает турбину в турбонасосном агрегате. Для ракетных блоков первой ступени используются многокамерные ракетные двигатели с общими мощными реактивными струями для двух или четырех камер сгорания, что позволяет уменьшить высоту блока в фазе тяги.

Основным движителем ракеты является тонкостенная оболочка, изготовленная из легких высокопрочных сплавов или композитов. В жидкостных гранатометах основную часть объема занимает отсек жидкого топлива, в котором находятся баки окислителя и топлива. Резервуары соединены с FRE через главный трубопровод и оснащены устройствами для заполнения и слива компонентов и контроля уровня компонентов. Бак может быть оснащен переборкой для гашения продольных и поперечных колебаний топлива во время полета.

Наиболее экономичными и распространенными являются системы питания топливного отсека с несущими баками, стенки которых одновременно выполняют роль оболочки корпуса ракеты. Создавая относительно низкое внутреннее упорное давление в таком резервуаре, можно устранить опасную потерю устойчивости тонкостенной оболочки и в то же время облегчить работу насоса THA без кавитации. Когда топливный отсек выполнен в виде единой оболочки, его длина немного меньше, а объем разделен на топливный отсек и отсек окислителя водонепроницаемым сепаратором. Для стабилизации ракеты промежуточная мембрана может быть разделена на половины полостью, занятой одним и тем же компонентом, так что компоненты могут расходоваться сначала снизу бака, а затем сверху.

В системах топливных отсеков с подвесными баками (цилиндрическими, сферическими, тороидальными или других более сложных форм) они соединены с силовым агрегатом в несущем корпусе. Такие корпуса также соединяются с другими отсеками экстремальными изгибами. Подобная конструкция имеет хвостовой отсек, в котором размещены несколько компонентов системы FRE и топливной системы.

Способы получения управляющих усилий

Система управления состоит из датчиков, преобразователей и рулевого механизма. Как правило, в качестве датчика используется гироскопически неподвижная платформа. Датчики сохраняют неизменное положение относительно звезд и позволяют измерять угол отклонения корпуса ракеты относительно координатной системы, связанной с этими платформами. HSP оснащен приборами, реагирующими на продольное и два поперечных линейных ускорения. После завершения необходимого количества циклов сигналы от этих приборов дают общую картину кинематики ракеты, в частности, боковую скорость и отклонение орбиты.

Руль представляет собой сложный электромеханический (гидравлический) механизм, который поворачивает основную силовую установку или специальную рулевую силовую установку в соответствии с сигналами, генерируемыми инвертором. Помимо основных задач системы управления, она выполняет и другие функции, такие как подача питания на необходимые устройства, программно-логическое управление ракетным комплексом во время подготовки и пуска ракеты, а также отстрел детонатора. Высокие требования к надежности МК приводят к необходимости избыточности и избыточности наиболее важных контуров управления.

Работа системы управления обеспечивается встроенным цифровым компьютером. Он предназначен для решения таких задач, как управление движением и стабилизация, автономная и инерциальная навигация и программное управление на движущихся объектах (ракетах). Различают выделенные и универсальные серверы.

(b) Стрелки, занимающиеся высокоточной стрельбой, могут использовать пули с небольшими отверстиями в носовой части (не на большой площади), так как доказано, что они отлично влияют на траекторию.

Ракета

Сегодня ракеты — это летательные аппараты, которые перемещаются в пространстве благодаря пропульсивной силе своих реактивных двигателей. Ракетный полет возможен как в космосе, так и в атмосфере, поскольку для него не обязательно нужна среда с воздухом или газом. Ракетные технологии позволили людям освоить пространство за пределами земной атмосферы.

Как работает ракета?

Сегодня почти все ракеты являются многоразовыми. Конструктивно каждая ступень представляет собой отдельную ракету с собственным двигателем и запасом топлива. На первом этапе ракеты удаляются от Земли. Как только топливо в баках заканчивается, они отбрасываются, и дальнейшие полеты продолжаются с ускорением, так как вес ракеты уменьшается после выхода из первой ступени. Работает двигатель второй ступени.

Этот процесс повторяется столько раз, сколько ступеней ракеты. Последняя ступень доставляет космический корабль к месту назначения. Поскольку в космосе нет твердой, влажной или газовой опоры, ускорение ракете могут придать только силы реакции двигателя. В камере сгорания ракетное топливо смешивается и сгорает. В результате образуется газ, который запускается высокоскоростным соплом. В то же время ракета ускоряется назад в соответствии с законом сохранения импульса.

Ракетное топливо, представляющее собой промотор (например, жидкий водород) и окислитель (жидкий кислород), содержится в отдельных топливных баках.

Грузоподъемность ракет-носителей

С каждым новым поколением ракет увеличивается мощность полезной нагрузки. Так, советская межконтинентальная баллистическая ракета Р7 в 1957 году доставила в мир первый спутник весом 84 кг.

Советская ракетная энергетика является одной из самых мощных в мире. Весом 105 тонн он использовался для вывода в космос орбитальных контейнеров многоразового использования Blanc.

Мы надеемся, что эта статья сможет привлечь внимание к вопросам образования и в то же время послужит стимулом/средством обучения для некоторых людей.

Теоретическое описание

Прежде всего, стоит немного подробнее разобраться в особенностях объекта — кучево-дождевого облака. Обычно они имеют сложные внутренние воздушные потоки, достигают высоты облаков 8-12 км, анализируют основные атмосферные маркеры и делают выводы о развитии облаков и о том, стоит ли беспокоиться об этом или «пропустить это мимо ушей».

Поэтому наши ракеты должны быть очень стабильными в полете. Для этого необходимо, чтобы воздушные потоки в облаке отклонили траекторию и увели в сторону от объекта съемки или, что еще хуже, перенаправили ее в потенциально опасном направлении.

В откровениях молодых людей рассматривается не модель ракеты, а система эвакуации НЛО. Вот некоторые цифры для вас:.

Ракета весом 5 кг, падающая с высоты около 1 км, свободно достигая скорости около 150 м/с, высвобождает при ударе 56250 джоулей. Для сравнения, шар АКМ обладает мощностью всего 2000 джоулей. Для понимания риска некоторые снаряды зенитного оружия обладают аналогичной энергией. Так что… Помните о безопасности.

Стабилизация

Прислушайтесь к тому, что происходит в стабилизации. Их много видов, классические стабилизаторы недостаточно эффективны (вспомните о хаотичном потоке воздуха), использовать стабилизацию можно только при вращении, а вопросов всего два.

Что должно вращаться: сама ракета или что-то в ней?

Как включить это вращение.

В данном случае я опишу метод, который кажется мне более эффективным и интересным, но сначала немного теории.

Вращательная стабилизация — это самый старый способ стабилизации чего-либо. Полосатый ротор или пуля в пистолете.

Экономика (как действия, так и деньги)

Одноосевая стабилизация

Отсутствие управления машиной

Сложности с использованием некоторого оборудования (например, фотоаппаратов)

1) Аэродинамическая стабилизация вращением

Ракета должна иметь стабилизаторы, чтобы полет не был хаотичным. Стабилизаторы необходимы даже для того, чтобы полет был хаотичным. Что произойдет, если входящий поток воздуха изменит форму так, что ракете также будет придано вращение? Я не верю, что эта идея впервые пришла мне в голову. Судя по отсутствию успешных проектов, это не так уж и хорошо (подобные принципы были успешно применены в Бреннеке, но такая стабилизация требует больших затрат энергии сфер), кроме того, поскольку это образовательный проект, мы найти.

Сферы Бреннеке выглядят следующим образом.

2) Стабилизация с помощью гироскопического эффекта

Не вдаваясь в подробности, можно сказать, что это устройство способствует стабилизации массы, и мы можем ему доверять.

Вот видео, показывающее, как гироскоп стабилизируется на тончайшей нити и как он стабилизирует объект, помещая его внутрь.

Отражение.: Я хотел бы поделиться своей идеей (или попросить оценить ее осуществимость). Что произойдет, если одновременно создать набор свободно вращающихся стабилизаторов (возможно, пару, небольших, которые можно установить около носа) и прикрепить к корпусу ракеты маховик, вращающийся в противоположном направлении? Важно то, что система стабилизации передает по крайней мере некоторый крутящий момент на объект стабилизации, тем самым также вращая объект, но что если эта комбинация разнонаправленных систем используется для компенсации этого вращения? Такой метод потребует большого количества параметров для синхронизации двух систем, и, возможно, его необходимость в современном мире управляемых ракет является спорной, но я хотел бы услышать мнение тех, кто более глубоко погружен в космическую инженерию.

Теперь, когда мы не говорим о топливе и соплах, наши ракеты могут не бояться непреднамеренных изменений траектории и страха, если она не оторвется от земли (что, кстати, едва ли не важнее), чем топливо).

(Для большего интереса прилагаю сравнительную формулу для расчета сопротивления. (Если вам интересно, я также могу опубликовать более подробную статью с детальным описанием «математики полета»).

Как работает обычная космическая ракета

Освоение космоса уже давно стало обычным делом для людей. Но выход на орбиту Земли или других звезд немыслим без устройства для преодоления земного притяжения — ракеты. Многие из нас знают: как работают ракеты, как их запускают и как быстро они могут преодолеть гравитацию планет в космосе. Давайте рассмотрим эти вопросы более подробно.

Чтобы понять, как работают ракеты, необходимо понять их структуру. Начните с описания групп сверху вниз.

Ракету-носитель, выводящую на орбиту спутник или грузовой склад, всегда следует отличать от ракеты-носителя, предназначенной для перевозки экипажа. Последние имеют специальную систему аварийного выхода наверху, которая помогает эвакуироваться из квартиры астронавтам в случае отказа ракеты. Эта нестандартная башня на вершине представляет собой небольшую ракету, которая «вытягивает» капсулу с людьми на безопасное расстояние от места аварии в случае чрезвычайной ситуации. Это важно на ранних стадиях полета, когда капсула может быть сброшена на парашюте. В аэрокосмической отрасли роль CAS становится все менее важной. Вблизи Земли возможность отсоединить спускаемую капсулу от ракеты может спасти астронавтов.

Грузовой отсек

Под САС находятся полезные грузы, то есть полезные транспортные средства, спутники, грузовые отсеки и другие квартиры. В зависимости от типа и категории ракеты-носителя масса груза на грузовике составляет от 1,95 до 22,4 тонны. Все грузы, перевозимые космическими аппаратами, защищены кожухом полезного груза, который запускается после прохождения через слой атмосферы.

Маршевый двигатель

Те, кто далек от космоса, считают, что если ракета будет обнаружена на высоте 100 километров в воздухе, где начинается отсутствие гравитации, то ее миссия закончена. На самом деле, в зависимости от миссии, целевая орбита запускаемого из космоса груза может быть гораздо длиннее. Например, спутник связи должен быть переведен на орбиту высотой более 35 000 км. Для достижения требуемого расстояния необходимы усилители. Чтобы достичь запланированной межпланетной или летучей траектории, двигатель должен быть неоднократно заварен и погашен, так как скорость полета должна быть многократно изменена путем выполнения определенных действий. Это отличие от других подобных ракетных установок.

Многоступенчатость

В ракете-носителе лишь небольшая часть массы занята полезной нагрузкой, а остальную часть занимают двигатель и топливные баки на различных этапах движения. Одной из конструктивных особенностей этих комплексов является возможность их разделения после производства топлива. Затем они сгорают в атмосфере, не достигая земли. Однако в последние годы была разработана технология, позволяющая возвращать разделенные уровни в заданную точку и запускать их в космос. Ракетная механика включает две системы, используемые для создания многоступенчатых космических аппаратов.

  • Первая – продольная, позволяет размещать вокруг корпуса несколько одинаковых двигателей с топливом, одновременно включающихся и синхронно сбрасывающихся после использования.
  • Вторая – поперечная, дает возможность располагать ступени по возрастающей одну выше другой. В этом случае их включение происходит исключительно после сброса нижней, отработанной ступени.

С какой скоростью летит ракета в космосе

В зависимости от задачи, которую должна выполнить ракета-носитель, ее скорость может варьироваться и делиться на четыре размера.

  • Первая космическая. Она позволяет подняться на орбиту где она становиться спутником Земли. Если перевести на привычные значения, она равняется 8 км/с.
  • Вторая космическая. Скорость в 11,2 км/с. дает возможность преодолеть кораблю земное притяжение для исследований планет нашей солнечной системы.
  • Третья космическая. Придерживаясь скорости 16,650 км/с. можно преодолеть тяготение солнечной системы и покинуть её пределы.
  • Четвертая космическая. Развив скорость 550 км/с. ракета способна улететь за пределы галактики.

Однако более высокие скорости космических аппаратов очень малы для межпланетных путешествий. При таких ценах, чтобы достичь ближайшей звезды, потребуется 18 000 лет.

Как называется место откуда запускают в космос ракеты

Для успешного освоения космоса необходимы специальные пусковые платформы, способные запускать ракеты в космос. На повседневном языке это называется запуском космического корабля. Однако это простое название включает в себя целый комплекс зданий, занимающих огромную территорию, в том числе стартовые платформы, финальные испытания и связанные с ними узлы и здания служебных ракет. Все эти сооружения находятся на большом расстоянии друг от друга, так что в случае аварии ни одна конструкция на космическом корабле не будет разрушена.

Чем совершеннее космические технологии, тем сложнее будет становиться конструкция и эксплуатация ракет. Возможно, уже через несколько лет будут созданы новые транспортные средства, способные преодолевать земное притяжение. А следующая статья будет посвящена принципам работы более совершенных ракет.

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.

Занятие, посвященное подготовке к полету на Марс — My English Kid



А вы знаете как называются части ракеты на английском? А хотите отправиться в английское космическое путешествие? Предлагаем вам готовый урок по теме «Космос» на английском, в конце которого вы можете скачать глоссарий и его озвучку.

Итак, отправляемся в космическое путешествие на Марс на английском.

Почему, собственно, Марс?

  • Во-первых, сколько я себя помню, слышу об экспедициях, как удачных, так и неудачных, на эту планету. Она ближе всех к нам и больше других похожа на нашу планету.
  • И во-вторых, совсем недавно на Марс отправилась экспедиция и впервые пилотируемая, до этого только роботов отправляли и спутники запускали. Обо всем этом я рассказала детям, так что в глоссарии найдете интересные факты о красной планете.

Кстати, описанные игры вполне можно адаптировать и для других планет по желанию – Луны, например, только нужно будет самостоятельно подготовить факты об этой планете.

Читаем книгу

Начали мы с чтения потрясающей книги «There’s no place like space by Tish Rabe» (нажимайте на название, чтобы скачать).

В ней по-очереди рассказывается о каждой планете и в конце есть отличный стишок, который помог нам выучить последовательность планет.

Тут же можно дать задание разложить по порядку планеты (предварительно вырезанные из цветной бумаги или распечатать картинку из интернета).

Подготовка к полету

Далее я рассказала про последнюю экспедицию на Марс и предложила также отправиться в космическое путешествие.

Мы вместе обсудили, что нам понадобится для полета и составили такой список:

  1. транспорт–ракета
  2. запасы еды
  3. соответствующая одежда
  4. физическая подготовка (это, конечно же, с моей подачи)

Изучаем ракету

Итак, мы начали с изготовления нашей ракеты.
Но для начала мы посмотрели из каких частей она состоит. Я раздала детям схематический рисунок ракеты и слова, обозначающие ее части. Дети постарше читали сами и предполагали, что это может быть и приклеивали на картинке. Младшему я сама читала. Так как впервые изучаем части ракеты, решили не усложнять и не вдаваться сильно в подробности и взяли только самые основные части:

  1. Nose cone – носовой конус
  2. Body tube – труба корпуса (цилиндрический корпус)
  3. Porthole (window) – иллюминатор ( окно)
  4. Fins — стабилизаторы
  5. Boosters – бустеры ( ускорители – стартовый двигатель – первая ступень ракеты)

Старшие дети могут зарисовать ракету и подписать названия частей, чтобы потренировать написание.

Поделка

Затем мы делали поделку.
Мы покрасили серебряной гуашью большую пластиковую бутылку (это корпус) и 4 рулончика туалетной бумаги (бустеры). Когда все высохло приклеили бустеры к корпусу.
Носовой конус сделали из листа бумаги, свернув его в конус (почти как кулек) и тоже приклеили сверху корпуса. Можно было бы еще нарезать красно оранжевых полос бумаги и приклеить к низу ракеты, как будто вылетает огонь, но боялась, что это займет много времени. И так все остались очень довольны и процессом и результатом.

Физическая подготовка

В процессе изготовления ракеты, пока ждали, чтобы высохла краска мы занимались физическими упражнениями. Ведь в космос слабых не берут! В общем дети отлично поупражнялись, заодно повторили спортивную лексику – отжимания, подтягивания, упражнения на пресс, приседания и т.п.
Когда ракета была готова, мы занялись приготовлением запасов еды. Я рассказала ребятам, что в космосе невесомость и все будет летать, а жидкость вообще превращается в шарики-пузырики. Поэтому вся еда должна быть удобна для пользования в космосе. Я рассказала, что еда и напитки обычно в тюбиках, чтобы ее было удобно есть. Мы обсудили, что это может быть и в какой форме и я предложила детям составить меню.

Запасаем питание

Предварительно я обклеила несколько тюбиков, которые нашла дома (от зубной пасты, мазей и т.п) малярным скотчем (можно просто бумагой). И дети сами вызвались подписать их, в итоге у нас получилось шикарное меню:

  • Milk — молоко
  • Strawberry milkshake клубничный молочный коктейль
  • Hot chocolate — какао
  • Sweet jelly — желе
  • Ice-cream — мороженое

Мое предложение подписать хотя бы один тюбик чем-то более питательным, например, “суп” не нашло поддержки и было отвергнуто.
Также обсудили, что хлеб и всякие печенки, наверное, не стоит брать, а то крошки будут летать по всей ракете.

Мастерим скафандр

Теперь нам оставалось только подготовить соответствующую одежду – скафандр. Мы взяли рулон фольги и дружно обмотали ею самого маленького члена команды, включая ноги. Было очень весело и, заодно, повторились все части тела и движения: подними ногу, опусти руку и т.д.
Когда мы распаковывали нашего маленького космонавта из фольги (сразу скажу – конструкция одноразовая и жаркая), дети стали комкать фольгу в шарики, в результате чего родилась спонтанная идея устроить битву марсовыми камнями ( по аналогии с лунными – moon rocks –mars ice rocks – ледяные камни – на марсе же очень холодно). Мы разделились на 2 команды, поделили серебристые шарики и построили себе защиту из стульев. Ну и просто бросались друг в друга этими шариками, как снежками. Вроде все так просто, но детям очень понравилось и они вволю нарезвились!

Улетная вечеринка

Теперь у нас все было готово к полету, осталось закатить прощальную вечеринку. У нас она состояла из космического дискотеки и пиршества. Пока я накрывала на стол, включила детям вот этот ролик «Space Dance», под который они повторяли движения (и, надеюсь, слова):

 

Угощения

Для пиршества я заранее кое-что прикупила и испекла творожные пончики, причем специально старалась, чтобы они были не ровными и круглыми, а, наоборот, непонятной формы. Это у меня были метеориты, которые не долетают до земли и сгорают в атмосфере (наши тоже «сгорели» в наших желудках). Остальное меню: Сушки – кольца Сатурна, сырные шарики – луны, черные маслины – черные дыры, ракеты из желе. В качестве напитков можно купить сок в маленьких пакетиках с трубочками, либо еще продаются в мягких пакетиках – тоже похоже на космическую упаковку.

Вот так весело у нас прошло это занятие. Оно заняло у нас часа 2. Вы можете исходя из своей ситуации (наличие свободного времени и возраста детей) сократить его, упростив или убрав полностью какие-то задания.

Желаю и вам увлекательных космических путешествий на английском!

Скачать глоссарий к сценарию и аудио озвучка глоссария

Автор занятия — Галина Беккер (проект lingvakids.ru)



Что это такое и как они работают – полет в космос

Хотя ракета может показаться цельной структурой на стартовой площадке, на самом деле она состоит из миллионов уникальных мелких частей. Эти части можно сгруппировать в одну из четырех основных систем, составляющих ракету.

Ракета состоит из четырех основных частей:
  1. Конструктивная система
  2. Двигательная установка
  3. Система наведения

    7

    0 0008 Система полезной нагрузки

Все четыре системы играют одинаково важную роль в функционировании орбитальной ракеты-носителя. При более внимательном рассмотрении каждого компонента становится очевидным конкретное устройство и предназначение каждого из них:

Структурная система ракеты

Структурная система ракеты, по сути, является каркасом и оболочкой ракеты , подобно фюзеляжа самолета или корпуса корабля. Но в отличие от самолета. структура ракеты содержит все остальные системы, включая наведение, полезную нагрузку и двигательную установку.

Материалы, используемые в конструкции ракеты, должны быть достаточно прочными, чтобы удерживать аппарат вместе и выдерживать все динамические нагрузки, воздействующие на него во время запуска и подъема, а также быть достаточно легкими, чтобы помочь ему избежать гравитации Земли и достичь орбита.

Иллюстрация четырех систем, по которым классифицируются все части ракеты.

В результате прочные и легкие материалы, такие как титан, алюминий и углеродные композиты, обычно используются для создания наиболее важных частей конструкции ракеты.

При строительстве используются несущие конструкции, называемые стрингерами, которые проходят по всей длине ракеты (или секции ракеты) . На определенных перекрестках стрингеры соединены с круглыми шпангоутами (или обручами) , которые охватывают окружность транспортного средства.

Затем корпус ракеты (или обшивка) прикрепляется к раме и покрывается различными материалами, в том числе термическим покрытием для защиты транспортного средства от сильного нагрева, создаваемого сопротивлением воздуха, а также для защиты холодного криогенного топлива и окислителей внутри транспортного средства. .

Вместе стрингеры, обручи и корпус ракеты составляют основную конструкцию ракеты-носителя, которую вы видите на стартовой площадке.

Космический корабль, используемый для возвращения на Землю, нуждается в еще большей защите, так как при входе в атмосферу выделяется достаточно тепла, чтобы расплавить металл. Плитки из кварцевых (керамических) волокон используются в качестве теплозащитных экранов для защиты автомобиля во время этого критического процесса.

(Хотя современная орбитальная ракета обычно изготавливается и монтируется на сборочном предприятии рядом с ее стартовым комплексом, ее различные части обычно производятся в другом месте и в нескольких местах. Узнайте больше о процессе производства ракеты в этой статье.)

Двигательная установка ракеты

Двигательная установка ракеты обеспечивает тягу, которая перемещает ракету-носитель через атмосферу на орбиту во время запуска и позволяет ей маневрировать в космическом вакууме. Подавляющую часть массы и внутреннего пространства ракеты составляет двигательная установка.

Двигательная установка типичной жидкостной ракеты-носителя.

Он в основном состоит из ракетного двигателя (либо жидкостного двигателя, либо твердотопливного ракетного ускорителя, либо их комбинации) , баки с горючим и окислителем, насосы и сопло ракеты.

В современной ракете используется процесс, называемый постановкой ракеты, чтобы отказаться от секций двигательной установки, которые израсходовали свое топливо и больше не нужны, чтобы уменьшить вес транспортного средства и улучшить аэродинамику во время запуска.

Существуют в основном два типа ракетных двигателей, которые используются в современных ракетах-носителях: жидкостные ракетные двигатели и твердотопливные двигатели (или SRB) . В зависимости от требований миссии можно использовать один из этих двигателей или их комбинацию.

( Узнайте больше о том, что такое жидкостный и твердотопливный ракетный двигатель и как работает каждый из них, в этой статье.)

Система управления ракетой

Система управления ракеты управление ее движением и определение направления, в котором она движется. Он отвечает за удержание ракеты в вертикальном положении во время запуска, контроль ее траектории в атмосфере и определение ее движения в космосе.

Гигантская система наведения ракеты «Сатурн-5», которая использовалась во время миссий «Аполлон».

Основные движения, такие как тангаж, рыскание и крен, контролируются системой наведения. Он также управляет тягой ракеты, включая дросселирование до того, как транспортное средство испытает максимальное динамическое давление (max q) , выключая его и перезапуская в нужное время.

Он состоит из ряда датчиков, бортовых компьютеров, радаров и другого навигационного оборудования, которое позволяет ему определять ориентацию и направление ракеты и вносить необходимые коррективы, чтобы удерживать аппарат на заданном курсе.

Хотя ей не всегда уделяется такое же внимание или внимание, как двигательной или структурной системе, система наведения так же важна для работы ракеты, без которой она не сможет функционировать должным образом.

Система полезной нагрузки ракеты

Полезной нагрузкой ракеты называется любая форма груза/объекта/лица, которую ракета-носитель должна доставить или транспортировать в космос. Хотя это и не имеет решающего значения для работы ракеты, это основная причина, по которой любая ракета отправляется на орбиту и дальше.

Тип полезной нагрузки любой ракеты полностью зависит от миссии любого космического запуска. Если целью является вывод спутника на орбиту, полезной нагрузкой будет служить спутник (заключенный в специально построенный обтекатель) .

Космический корабль Crew Dragon, являющийся частью полезной нагрузки ракеты Falcon 9, стыкуется с Международной космической станцией. Для миссий

с экипажем потребуется космический корабль для перевозки людей (например, командный модуль, используемый во время миссий «Аполлон», и Crew Dragon, используемый SpaceX для отправки астронавтов на Международную космическую станцию). В этом случае полезными нагрузками являются космический корабль и экипаж.

Ракеты также используются для отправки зондов в космос для исследования Солнечной системы, таких как космический корабль «Вояджер» и совсем недавно зонд «Кассини», который подробно изучил Сатурн. Научное оборудование, такое как космический телескоп Хаббла, также может служить полезной нагрузкой для ракет.

При обсуждении двигательной установки ракеты было упомянуто, что при запуске иногда на одной ракете-носителе используется комбинация жидкостных двигателей и твердотопливных ускорителей. Эта конфигурация часто является результатом спецификаций полезной нагрузки.

Когда определенная полезная нагрузка слишком тяжела для конкретной ракеты-носителя или ее необходимо вывести на более высокую орбиту, часто требуется дополнительная тяга, чтобы ракета могла поднять дополнительный вес в космос и разместить полезную нагрузку на требуемой орби т.р.

Относительно простой и экономичный способ добиться этого — добавить к жидкостной ракете несколько твердотопливных ускорителей (SRB). В последние годы такие ракеты, как Delta IV и Atlas V компании United Launch Alliance, часто использовали SRB для обеспечения дополнительной тяги.

Во время программы космических шаттлов в конце 20-го и начале 21-го века два твердотопливных ракетных ускорителя составляли важнейшую часть каждого запуска. Вес орбитального аппарата и его полезная нагрузка были просто слишком велики, чтобы выйти на орбиту без дополнительной тяги двух самых больших когда-либо использовавшихся SRB.

Заключение

Ракеты состоят буквально из миллионов частей: у космического корабля «Шаттл» примерно 2,5 миллиона движущихся частей, а у ракеты «Сатурн-5», использовавшейся во время миссий «Аполлон», было более 3 миллионов движущихся частей.

Как показано в этой статье, все части или компоненты ракеты-носителя можно разделить на четыре основные системы:

  1. Структурная система
  2. Двигательная установка
  3. Система наведения
  4. Система полезной нагрузки

    5. Все четыре системы не менее важную роль в функционировании ракеты-носителя, и в этой статье были освещены состав и функции каждой системы на орбитальной ракете-носителе.

    5 самых важных частей ракеты [объяснение] | 2022 Издание

    Ракеты — самый эффективный способ покинуть атмосферу Земли и добраться до космоса. В то время как астрономы и ученые веками мечтали исследовать Вселенную, технические вопросы путешествия в космос были решены только в 19 веке.

    Лаборатория газовой динамики, советская научно-исследовательская лаборатория, сыграла решающую роль в начальном развитии ракетной техники. В 1921 году они начали сосредотачиваться на твердотопливных ракетах, что в конечном итоге привело к первому запуску в 1928. Хотя ракета пролетела всего 1300 метров, это был большой рубеж.

    В 1926 году профессор Роберт Годдард из Университета Кларка соединил сверхзвуковое сопло с камерой сгорания высокого давления, удвоив тягу и увеличив КПД двигателя с 2% до 64%. Он использовал жидкое топливо вместо пороха, чтобы уменьшить вес и повысить эффективность ракет. Его работа положила начало совершенно новой эре современных ракет.

    С тех пор мы прошли долгий путь. Современные ракеты намного сложнее и используются для различных целей, таких как ракеты-носители для искусственных спутников, исследования космоса и полеты человека в космос.

    Чтобы помочь вам понять конструкцию этих сложных механизмов, мы перечислили некоторые из наиболее распространенных частей ракеты и их назначение. Мы охватили все важные компоненты, в том числе те, которые приводят транспортное средство в движение, а также контролируют и корректируют направление движения.

    5. Структурная система

    Конструкция (или рама) ракеты изготовлена ​​из легких, но прочных материалов. Хотя ракеты космических шаттлов весят сотни тысяч килограммов, они спроектированы максимально легкими, чтобы доставлять грузы на орбиту Земли с минимальным расходом топлива. В то же время конструкция должна быть достаточно прочной, чтобы выдерживать экстремальные температуры верхних слоев атмосферы.

    Конструкция состоит из различных компонентов:

    Носовой обтекатель 

    Носовой обтекатель ракеты Atlas V с марсоходом Perseverance 2020 | Предоставлено: NASA/KSC

    Верхняя часть ракеты имеет коническую форму, чтобы модулировать поведение встречного воздушного потока и уменьшать аэродинамическое сопротивление. Внутри этого конуса находится камера, в которой могут находиться спутники, вспомогательное оборудование, растения или животные. Внешняя поверхность конуса спроектирована так, чтобы выдерживать экстремальные температуры, создаваемые аэродинамическим нагревом.

    Корпус 

    Корпус ракеты содержит топливо, окислитель и двигатель. Топливо и окислитель вместе образуют топливо. Топливо — это химическое вещество; он не может гореть или питать ракетный двигатель без окислителя (кислорода). Поскольку ракеты летают в космос (где нет воздуха), они должны нести с собой кислород.

    Количество горючего и окислителя, которое необходимо взять с собой, точно рассчитывается для каждой миссии. Ракета может оторваться от земли только в том случае, если она создаст тягу, превышающую общую массу корабля. Большая масса означает, что вам нужен более мощный двигатель, который, в свою очередь, потребует больше топлива. Вот почему каждая унция веса имеет значение, а масса урезана до самого необходимого.

    В типичной ракете около 90 % общей массы составляет топливо, 6 % приходится на конструкцию (корпус, двигатель, оперение) и 4 % может приходиться на полезную нагрузку (космонавты, спутники, дополнительные приборы, продукты питания).

    Плавники 

    Плавники крепятся к нижней части корпуса ракеты. Они обеспечивают устойчивость во время полета. Другими словами, они сохраняют ориентацию транспортного средства и предполагаемую траекторию полета. Они работают так же, как перья на хвосте стрелы. Перетаскивание перьев удерживает хвост сзади, так что острие стрелы может двигаться прямо по ветру.

    Без стабилизаторов ракета потеряет управление через несколько секунд после выхода из пусковой установки. Это связано с тем, что на транспортное средство одновременно действуют несколько сил (в том числе аэродинамическая, гравитационная, а также сила, создаваемая двигателем). Как только центр тяжести опускается ниже центра давления, ракета становится неустойчивой.

    При создании ракеты конструкторы учитывают различные факторы, такие как форма, количество, размер и расположение стабилизаторов. Обычно они располагаются сзади, если только у ракеты нет бортовой автоматизированной системы наведения.

    Материалы

    Корпус ракеты изготовлен из нескольких прочных, но легких материалов. Дюралюминий, например, является наиболее распространенным сплавом, используемым в ракетных отсеках. Сплав содержит алюминий, медь и небольшое количество марганца и магния, которые делают его более твердым и прочным. Поскольку он имеет низкую свариваемость, детали из дюралюминия обычно скрепляются болтами или заклепками.

    Космическая гонка между Соединенными Штатами и Советским Союзом привела к разработке многочисленных прочных алюминиевых сплавов, содержащих до 10 компонентов. Большинство из них, в том числе алюминиевые и литиевые сплавы, до сих пор используются для изготовления компонентов многоступенчатых ракет.

    Еще одним распространенным сплавом является нержавеющая сталь. Он превосходит алюминиевые сплавы по многим параметрам. Он твердый и легкий; он выдерживает экстремальные нагрузки без деформации и стоит значительно дешевле алюминиевых сплавов. В настоящее время он используется для изготовления топливных баков (с толщиной стенок около 0,5-1 мм)

    Медные сплавы также используются в некоторых компонентах. Сплав хрома и меди, например, используется для изготовления внутренней стенки ракетного двигателя. Он может выдерживать сильный нагрев (3500 Кельвинов), вырывающийся из сопел во время запуска.

    Кроме того, титан используется для изготовления крыльчаток для ракетных двигателей. В отличие от других материалов, титан и его сплавы не подвержены коррозии в аэрокосмической среде. Они обладают отличной стойкостью в большинстве окислительных, нейтральных и ингибированных восстановительных условий. Но поскольку они тяжелее и дороже алюминиевых и стальных сплавов, их используют в очень ограниченных количествах.

    4. Система полезной нагрузки

    Полезная нагрузка зависит от космической миссии. Одна и та же ракета может быть модифицирована для запуска полезной нагрузки для различных целей, например, спутников для наблюдения за погодой, связи, шпионажа или исследования космического пространства.

    Однако самым ценным грузом любой ракеты являются люди. Военные ракеты Соединенных Штатов, такие как «Титан», «Атлас» и «Редстоун», вывели на орбиту космические корабли «Джемини» и «Меркурий» в начале 1960-х годов. Космический корабль Gemini 3 доставил двух астронавтов на низкую околоземную орбиту для изучения последствий космических полетов.

    Запуск спутников и сложных инструментов в космос не так прост, как кажется. Полезная нагрузка должна быть не только доставлена ​​в космос, но и безопасно доставлена ​​на желаемую орбиту. Не должно быть никаких физических повреждений из-за экстремального ускорения, вызванного тягой ракеты, или быстрых изменений величины или направления ускорения, вызванных дросселированием двигателя. Более того, биологические, химические или электрические полезные нагрузки также могут быть повреждены внезапными изменениями температуры или давления и воздействием космических лучей.

    Чтобы этого не произошло, большинство полезной нагрузки сконструировано таким образом, чтобы выдерживать определенные суровые условия на пути к месту назначения. Кроме того, они заключены в носовой обтекатель (также называемый обтекателем полезной нагрузки), который защищает их от экстремальных температур и давлений.

    Относительные размеры полезной нагрузки трехместного космического корабля «Аполлон», двухместного космического корабля «Джемини» и одноместного космического корабля «Меркурий» | Предоставлено: NASA

    Ракета Saturn V является рекордсменом по запуску самой тяжелой и самой большой полезной нагрузки на низкую околоземную орбиту и за ее пределы. Он использовался для запуска 140 000 кг полезной нагрузки на низкую околоземную орбиту, включая неиспользованное топливо, необходимое для отправки Аполлона и лунного модуля на Луну.

    В период с 1967 по 1973 год Сатурн-5 запустил в общей сложности 24 астронавта на Луну и одну космическую станцию ​​(названную Скайлэб) на низкую околоземную орбиту.

    3. Система наведения

    Система наведения ракеты состоит из сложных радаров, датчиков, средств связи и бортовых блоков обработки данных. У него две основные функции:

    • Обеспечение устойчивости во время запуска
    • Управление аппаратом во время маневров

    Ученые разработали множество методов управления ракетами во время полета. Большинство этих методов включают анализ всех сил, действующих на транспортное средство, которые способствуют конечному движению. Когда у системы есть все данные, она может точно рассчитать путь выхода на целевую орбиту.

    Ранние ракеты (как и некоторые современные) обычно используют подвижные стабилизаторы в задней части. Эти плавники обеспечивают правильное количество аэродинамической силы для транспортного средства, делая его устойчивым во время полета.

    В более новых ракетах (разработанных в конце 1970-х годов и позже) используется система управления вектором тяги, называемая карданной тягой. В этой системе выпускное сопло перемещается из стороны в сторону для создания управляющего крутящего момента. При движении сопла направление тяги меняется относительно центра тяжести ракеты.

    В целом, система наведения состоит из трех компонентов:

    • Ввод: Она включает в себя датчики, радио- и спутниковую связь и другие источники данных.
    • Обработка: Он содержит несколько ЦП, которые обрабатывают данные и рассчитывают «следующий шаг» для достижения правильного курса.
    • Вывод: Затем данные отправляются непосредственно на цифровой автопилот для выполнения необходимых действий. Автопилот постоянно обеспечивает обратную связь с системой наведения о состоянии органов управления полетом.

    2. Двигатель

    Двигатель Raptor, разработанный SpaceX

    Целью ракетного двигателя является создание тяги. Хотя разные типы двигателей работают по-разному, все они основаны на третьем законе движения Ньютона: каждое действие имеет равное и противоположное противодействие.

    Двигатель выбрасывает массу (в виде газа под высоким давлением) в одном направлении, чтобы вызвать реакцию в противоположном направлении. Масса исходит от топлива.

    В отличие от двигателя самолета, ракетному двигателю требуется топливо плюс окислитель (источник кислорода). Это потому, что в космосе нет кислорода, поэтому ракета должна нести свой собственный. Топливо и кислород смешиваются и воспламеняются в камере сгорания. Эта реакция генерирует выхлоп, который проходит через сопло для создания тяги.

    Величина создаваемой тяги зависит от того, сколько массы проходит через двигатель и какова скорость газа на выходе. ( Когда топливо сгорает, оно превращается из твердого в газообразное или из жидкого в газообразное .)

    Существует два основных типа ракетных двигателей: ракеты на твердом топливе и ракеты на жидком топливе.

    Первые могут храниться годами без существенной деградации топлива, и их можно надежно запускать. Однако из-за их плохих характеристик (по сравнению с ракетами на жидком топливе) в настоящее время они не используются для крупных задач. Они используются для запуска более легких полезных грузов (менее 2 тонн) на низкую околоземную орбиту.

    Жидкостные ракеты, напротив, тяжелее и сложнее в хранении и обращении. Однако они обеспечивают более высокую тягу на единицу веса сгоревшего топлива. Их можно легко отключить после запуска, что обеспечивает дополнительный уровень безопасности. Эти двигатели могут быть спроектированы так, чтобы запускаться и выключаться несколько раз во время полета для маневрирования на орбите.

    Некоторые ракетные двигатели приводятся в действие электричеством (ракеты с дуговым и резистивным реактивным двигателем) или ядерной энергией (ракета с газовым реактором и ракета с осколками деления). Однако в настоящее время они очень неэффективны и требуют большого количества исследований и испытаний.

    1. Топливо

    Топливо хранится в баке до его использования в качестве высокоскоростной массы, которая выбрасывается (в виде газа) из сопла ракеты для создания тяги. Наиболее распространенные пропелленты включают топливо, такое как керосин или жидкий водород, и окислители, такие как азотная кислота или жидкий кислород.

    Топливо сжигается с окислителем в камере сгорания для получения огромного количества горячего газа. Современные ракеты, такие как Falcon Heavy, Falcon 9, Atlas V, Long March 6, Ангара и Зенит, используют жидкий кислород с керосином высокой степени очистки. Смесь используется для ускорителей первой ступени, которые стартуют с уровня земли.

    Некоторые топлива (называемые монотопливами) не нужно сжигать, чтобы вступить в химическую реакцию. Их можно разложить с помощью катализатора с образованием горячего газа. Прекрасными примерами таких монотопливов являются перекись водорода, закись азота и гидразин.

    Ранние ракеты использовали твердое топливо, которое содержало смесь гранул твердых окислителей, таких как перхлорат аммония, динитрамид аммония и нитрат аммония, в полимерном связующем, с порошками взрывчатых веществ, таких как октоген или гексоген. В твердое топливо также добавляют стабилизаторы, модификаторы скорости горения и пластификаторы.

    Дополнительная информация
    Из каких ступеней состоит ракета?

    Современные ракеты используют два или более состояний, каждое из которых содержит собственный двигатель и топливо. Эти ступени могут быть либо параллельными (прикрепленными к другой ступени), либо последовательными (установленными поверх другой ступени). Каждый этап оптимизирован в соответствии с конкретной операционной средой. Например, верхние ступени предназначены для правильной работы при низком атмосферном давлении на больших высотах.

    Разделение ракеты на разные ступени упрощает разгон ракеты до заданной скорости и высоты. В то время как двухступенчатые ракеты распространены, успешно запускались ракеты с пятью различными ступенями.

    Сколько ракет было отправлено на орбиту или дальше?

    Хотя официальных записей об этом нет, количество попыток запуска значительно увеличилось за последнее десятилетие. Основные факторы, способствующие этому, включают рост китайской космической промышленности, а также частных производителей, таких как SpaceX.

    В 2021 году всего было предпринято 144 попытки орбитальных запусков ( из них 133 успешных ). Число превзошло наибольшее количество попыток в 1967 ( 139 попыток, из них 122 успешных ) и прошлый рекорд успешных орбитальных пусков в 1976 году ( 125 успешных вылетов из 131 ).

    Сколько стоит запустить ракету?

    Более ранние миссии (такие как космические челноки НАСА) стоили в среднем 1,6 миллиарда долларов за полет, что соответствует примерно 30 000 долларов за каждую выплату полезной нагрузки ( цена с поправкой на инфляцию ) для достижения низкой околоземной орбиты. За последнее десятилетие НАСА удалось снизить стоимость запуска до 152 миллионов долларов.

    Тем не менее, ракеты SpaceX были намного эффективнее с точки зрения цены. По данным компании, запуск на низкую околоземную орбиту стоит 67 миллионов долларов или около 1300 долларов за фунт полезной нагрузки.

    Где можно увидеть запуск ракеты?

    Вы можете стать свидетелем запуска ракеты из комплекса посетителей Космического центра Кеннеди. Это ближайшая общественная смотровая площадка, примерно в 5-7 милях от стартовых площадок. Вы можете приобрести билеты за несколько дней до запуска, чтобы ощутить всю мощь мощных ракетных двигателей.

    Подробнее 

    7 различных типов ракет | На основе двигателей и их использования

    Какое аппаратное/программное обеспечение использует SpaceX для питания своих ракет?

    10 правил кодирования НАСА для написания критической программы безопасности

    Ракеты и запуски ракет, информация и факты

    Пожалуйста, соблюдайте авторские права. Несанкционированное использование запрещено.

    Пожалуйста, соблюдайте авторские права. Несанкционированное использование запрещено.

    Пожалуйста, соблюдайте авторские права. Несанкционированное использование запрещено.

    Пожалуйста, соблюдайте авторские права. Несанкционированное использование запрещено.

    Пожалуйста, соблюдайте авторские права. Несанкционированное использование запрещено.

    1 / 5

    1 / 5

    Космический шаттл «Дискавери» стартует из Космического центра Кеннеди НАСА в 1984 году.

    Космический шаттл «Дискавери» стартует из Космического центра Кеннеди НАСА в 1984 году.

    Photo by John A. Chakeres

    С момента изобретения пороха в Китае более семи веков назад люди запускали в небо цилиндры с помощью контролируемых взрывов. Эти летательные аппараты и их двигатели, называемые ракетами, часто используются в качестве фейерверков, сигнальных ракет и оружия войны.

    Но с 1950-х годов ракеты также позволяют нам отправлять роботов, животных и людей на орбиту вокруг Земли и даже за ее пределы.

    Как работают ракеты?

    Какой бы заманчивой ни была логика, ракеты не работают, «отталкиваясь от воздуха», поскольку они также функционируют в космическом вакууме. Вместо этого ракеты используют импульс или мощность движущегося объекта.

    Если никакие внешние силы не действуют на группу объектов, общий импульс группы должен оставаться постоянным во времени. Представьте, что вы стоите на скейтборде с баскетбольным мячом в руках. Если вы бросите баскетбольный мяч в одном направлении, вы и скейтборд покатитесь в противоположном направлении, чтобы сохранить импульс. Чем быстрее вы бросаете мяч, тем быстрее катитесь назад.

    Ракеты работают, выбрасывая горячий выхлоп, который действует так же, как баскетбольный мяч. Молекулы выхлопных газов по отдельности весят немного, но они очень быстро покидают сопло ракеты, придавая им большой импульс. В результате ракета движется в направлении, противоположном выхлопу, с той же общей силой.

    Ракеты производят выхлоп, сжигая топливо в ракетном двигателе. В отличие от реактивных двигателей самолетов, ракеты предназначены для работы в космосе: у них нет воздухозаборников, и они несут с собой собственные окислители — вещества, играющие роль кислорода при сжигании топлива. Ракетное топливо и окислитель, называемые ракетным топливом, могут быть как твердыми, так и жидкими. Боковые ускорители шаттла используют твердое топливо, в то время как многие современные ракеты используют жидкое топливо.

    Какие этапы запуска ракеты?

    Современные большие космические ракеты состоят как минимум из двух ступеней, секций, уложенных друг на друга в общей цилиндрической оболочке. У каждой ступени есть свои двигатели, количество которых может различаться. Первая ступень ракеты SpaceX Falcon 9 имеет девять двигателей, а первая ступень ракеты Antares компании Northrop Grumman — два.

    Первая ступень ракеты выводит ракету из нижних слоев атмосферы, иногда с помощью дополнительных боковых ускорителей. Поскольку первая ступень должна поднять всю ракету, ее груз (или полезную нагрузку) и любое неиспользованное топливо, это самая большая и мощная секция.

    Чем быстрее летит ракета, тем большее сопротивление воздуха она встречает. Но чем выше поднимается ракета, тем тоньше становится атмосфера. В совокупности эти два фактора означают, что нагрузка на ракету возрастает, а затем падает во время запуска, достигая максимума при давлении, известном как max q. Для SpaceX Falcon 9 и United Launch Alliance Atlas V максимальное значение q достигается через 80–90 секунд после старта на высоте от семи до девяти миль.

    Как только первая ступень выполнила свою работу, ракета сбрасывает эту часть и зажигает вторую ступень. Второй ступени нужно транспортировать намного меньше, и ей не нужно пробиваться сквозь плотные нижние слои атмосферы, поэтому обычно у нее всего один двигатель. В этот момент ракеты также отпускают свои обтекатели, заостренный колпачок на конце ракеты, который защищает то, что несет ракета — ее полезную нагрузку — во время первой фазы запуска.

    Исторически сложилось так, что большая часть выброшенных частей ракет падала обратно на Землю и сгорала в атмосфере. Но начиная с 1980-х годов с космическим челноком НАСА инженеры разрабатывали детали ракет, которые можно было восстановить и использовать повторно. Частные компании, в том числе SpaceX и Blue Origin, даже строят ракеты с первыми ступенями, которые возвращаются на Землю и самостоятельно приземляются. Чем больше частей ракеты можно использовать повторно, тем дешевле могут быть запуски ракеты.

    Какие бывают типы ракет?

    Так же, как автомобили бывают разных форм и размеров, ракеты различаются в зависимости от выполняемой ими работы.

    Зондирующие ракеты взлетают высоко в воздух по баллистическим дугам, летят в космос на пять-двадцать минут, прежде чем рухнуть обратно на Землю. Они чаще всего используются для научных экспериментов, которые не требуют много времени в космосе. Например, в сентябре 2018 года НАСА использовало зондирующую ракету для проверки парашютов для будущих миссий на Марс. (Где именно находится край пространства? Ответ на удивление сложен.)

    Суборбитальные ракеты, такие как New Shepard компании Blue Origin, достаточно сильны, чтобы временно выходить в космос для научных экспериментов или космического туризма. Ракеты орбитального класса достаточно мощны, чтобы выводить объекты на орбиту вокруг Земли. В зависимости от того, насколько велика полезная нагрузка, они также могут отправлять объекты за пределы Земли, такие как научные зонды (или спортивные автомобили).

    Для доставки спутников на орбиту или за ее пределы требуется серьезная мощность. Чтобы спутник оставался на круговой орбите на высоте 500 миль над поверхностью Земли, его необходимо разогнать до более чем 16 600 миль в час. Ракета «Сатурн-5», самая мощная из когда-либо построенных, подняла более 300 000 фунтов полезного груза на низкую околоземную орбиту во время миссий «Аполлон».

    На данный момент Falcon Heavy от SpaceX и Delta IV Heavy от United Launch Alliance являются самыми мощными ракетами в мире, но скоро появятся еще более мощные ракеты. Как только система космического запуска НАСА преодолеет задержки и перерасход средств, она станет самой мощной ракетой из когда-либо построенных. Тем временем SpaceX строит тестовую версию своего звездолета, массивной ракеты, ранее известной как BFR (Big Falcon Rocket). Россия также объявила о своей цели запустить «сверхтяжелую» ракету в 2028 году.

    В то время как одни производители ракет становятся крупными, другие становятся мелкими, чтобы обслуживать растущий бум недорогих спутников размером не больше холодильника. Ракета Electron от Rocket Labs может поднять на низкую околоземную орбиту всего несколько сотен фунтов, но для перевозки небольших спутников это все, что ей нужно.

    Что такое стартовая площадка?

    Стартовая площадка — это платформа, с которой запускается ракета, и их можно найти на объектах, называемых стартовыми комплексами или космодромами. (Изучите карту действующих космодромов мира.)

    Типичная стартовая площадка состоит из площадки и стартовой установки — металлической конструкции, поддерживающей вертикальную ракету перед ее запуском. Шланговые кабели от пусковой установки обеспечивают ракету питанием, охлаждающими жидкостями и доливкой топлива перед запуском. Конструкция также помогает защитить ракету от ударов молнии.

    Разные стартовые комплексы имеют разные способы постановки ракет на стартовые столы. В Космическом центре Кеннеди НАСА космический шаттл был собран вертикально и доставлен на стартовую площадку на похожем на танк транспортном средстве, называемом гусеничным ходом. Российская космическая программа транспортирует свои ракеты горизонтально на поезде к стартовой площадке, где они затем поднимаются в вертикальном положении.

    Стартовые площадки также имеют функции, которые минимизируют ущерб от запуска ракеты. Когда ракета впервые зажигается, клапаны на стартовой площадке выбрасывают сотни тысяч галлонов воды в воздух вокруг выхлопной трубы, что помогает уменьшить оглушительный рев ракеты. Траншеи под стартовой площадкой также направляют выхлопные газы ракеты наружу и в сторону от корабля, поэтому пламя не может подняться обратно и поглотить саму ракету.

    Куда запускают ракеты?

    В мире есть множество стартовых площадок, каждая из которых имеет свои плюсы и минусы. В общем, чем ближе стартовая площадка к экватору, тем она эффективнее. Это потому, что экватор движется быстрее, чем полюса Земли, когда планета вращается, как внешний край вращающейся пластинки. Стартовые площадки в более высоких широтах легче выводят спутники на орбиты, проходящие над полюсами.

    В период с 1957 по 2017 год 29 космодромов отправили спутники или людей на орбиту. Многие из объектов все еще активны, в том числе единственные три объекта, которые когда-либо запускали людей на орбиту. На подходе больше космодромов, как государственных, так и частных. В 2018 году американо-новозеландская компания Rocket Labs запустила спутники на орбиту с собственной частной стартовой площадки на полуострове Махия в Новой Зеландии.

    Где можно увидеть запуск ракеты?

    В США Космический центр имени Кеннеди НАСА регулярно предлагает доступ для посетителей. Центр полётов НАСА Уоллопс в Вирджинии также позволяет наблюдать за запуском из своего центра для посетителей. Космодром Европейского космического агентства во Французской Гвиане открыт для посетителей, но агентство призывает путешественников планировать свои действия заранее.