Многоступенчатые космические ракеты - Первый полет в космос: как это было

Современная многоступенчатая космическая ракета представляет собой сложное сооружение, состоящее из тысяч деталей и устройств. Разрабатываемые в настоящее время ракеты-носители соответствуют высочайшим критериям современной науки и техники, при их создании используются передовые технологии и вычислительная техника. Космические технологии оказывают значительное влияние на нашу жизнь, помогая внедрить новые материалы и сплавы, средства коммуникации, компьютерную технику и т. д. Ступени ракет-носителей содержат топливные баки с горючим и окислителем, двигательную установку (маршевые и рулевые двигатели).

Полет ракеты регулируется бортовой системой управления движением. Схема расположения ступеней на РН различна. При продольном разделении ступени размещаются одна над другой и работают последовательно друг за другом, включаясь только после отделения предыдущей ступени. Такая, весьма распространенная схема применяется, например, на российских РН "Днепр" и "Протон-М", китайских "CZ-3/3A" и "CZ-4С", израильской "Shavit". Верхние ступени, доставляющие ПН на заданные орбиты, сейчас заменили разгонными блоками, например, российские ДМ, "Бриз-М" (РН "Протон") и "Фрегат" (РН "Союз-ФГ". В отличие от продольной, в поперечной схеме ("пакетная") несколько блоков первой ступени симметрично располагаются вокруг корпуса второй ступени.

Таких РН немного и они бывают двухступенчатыми, например советская "Спутник" (1957 - 1958) и американские "Atlas-B/D" (1958 - 1963). Широко используется комбинированная схема - продольно-поперечная, позволяющая совместить преимущества обеих схем. К ним относятся отечественные ракеты-носители "Восток", "Союз" и "Энергия", американские "Titan-3/4" и "Delta-4Н", европейская "Ariane-5", японские "H-II/IIA", индийская "GSLV". По особой схеме устроена американская многоразовая транспортная космическая система "Спейс Шаттл", первая ступень которой - два твердотопливных ускорителя, а вторая ступень - пилотируемый космический корабль с внешним сбрасываемым топливным баком. Спейс Шаттл Маршевая двигательная установка корабля расходует топливо из внешнего бака, когда оно будет исчерпано, бак сбрасывается. Далее работают другие двигатели корабля (маневрирования и ориентации), они же используются для маневров в космосе и торможения во время посадки.

Современные ракеты-носители, как правило, имеют не более четырех ступеней. Чтобы улучшить энергетические характеристики РН применяются стартовые ускорители, работающие, в основном, на твердом топливе. На участке полета в плотных слоях атмосферы ПН и разгонный блок, как правило, закрыты головным обтекателем, который сбрасывается в разреженных слоях атмосферы. В зависимости от энергетических характеристик и способности выводить на низкую околоземную орбиту ПН определенной массы ракеты-носители условно разделяются на классы: легкие (масса ПН до 4 т), средние (до 20 т), тяжелые (20 - 30 т) и сверхтяжелые (более 30 т). К основным характеристикам РН относятся: внешние габариты (максимальные высота и диаметр), используемое на ступенях тип топлива, число ступеней, разгонных блоков и стартовых ускорителей, стартовая масса, тяга двигательных установок на уровне моря (стартовая), максимальная масса ПН на низкой околоземной орбите. Стартовая тяга двигательной установки РН обычно выражается в меганьютонах (1 МН = 102 тс). Например, у гагаринского носителя "Восток" суммарная тяга достигала 3.4 МН = 347 тс (мощность двигательной установки - 15 х 106 кВт, или 2 х 107 л).

Большее содержание потенциальной химической энергии, запасенной в единице массы жидкого ракетного топлива, легкость регулирования рабочего режима (величины тяги) и осуществимость многократного включения и выключения ЖРД в полете предопределили главенствующую роль этих двигателей в космонавтике. ЖРД широко применяются в качестве маршевых, т. е. основных, двигателей, обеспечивающих разгон ракет-носителей (РН) и космических аппаратов (КА), торможение КА и перевод их на другие орбиты и т. д. В качестве вспомогательных двигателей ЖРД используются, например, почти во всех реактивных системах управления полетом КА.

Что касается РДТТ, то прежде всего следует отметить, что благодаря быстродействию и простоте устройства (а следовательно, надежности) этот двигатель является наиболее подходящим или даже незаменимым средством для создания тяги при проведении таких "вспомогательных" операций, как аварийное спасение космонавтов на начальном участке вывода космических кораблей на околоземные орбиты, разделение ступеней РН, раскрутка ракетных ступеней и КА с целью их стабилизации в полете, создание начальных перегрузок для нормального запуска основных ЖРД в невесомости и т. д. Во многих случаях оказывается целесообразным. использование маршевых космических РДТТ. В этом качестве твердотопливные двигатели широко применяются на верхних ступенях РН и в так называемых разгонных блоках, включаемых в космосе. Установка на ракеты-носители навесных РДТТ, включаемых при старте, является эффективным способом повышения мощности РН. В арсенале космонавтики имеются и полностью твердотопливные РН.

Похожие статьи




Многоступенчатые космические ракеты - Первый полет в космос: как это было

Предыдущая | Следующая