stringtranslate.com

Зондирующая ракета

Black Brant XII запускается с космодрома Уоллопс.

Зондирующая ракета или ракетозонд , иногда называемая исследовательской ракетой или суборбитальной ракетой , представляет собой ракету с приборами, предназначенную для проведения измерений и научных экспериментов во время ее суборбитального полета. Ракеты используются для запуска приборов на высоту от 48 до 145 км (от 30 до 90 миль) [1] над поверхностью Земли, высота, как правило, между метеозондами и спутниками ; максимальная высота для шаров составляет около 40 км (25 миль), а минимальная для спутников — около 121 км (75 миль). [2] Некоторые зондирующие ракеты имеют апогей между 1000 и 1500 км (от 620 до 930 миль), например, Black Brant X и XII , что является максимальным апогеем своего класса. Для определенных целей зондирующие ракеты могут запускаться на высоту до 3000 километров, чтобы обеспечить время наблюдения около 40 минут для обеспечения геофизических наблюдений магнитосферы, ионосферы, термосферы и мезосферы. [3] Зондирующие ракеты использовались для изучения атмосферных ядерных испытаний, выявляя прохождение ударной волны через атмосферу. [4] [5] В последнее время зондирующие ракеты использовались для других исследований ядерного оружия. [6] Зондирующие ракеты часто используют излишки военных ракетных двигателей. [7] НАСА регулярно запускает Terrier Mk 70 с наддувом Improved Orion , поднимая 270–450 кг (600–1000 фунтов) полезных грузов в область внеатмосферы между 97 и 201 км (60 и 125 миль). [8]

Этимология

Происхождение термина происходит от морского словаря to sound , что означает бросать утяжеленную линию с корабля в воду для измерения глубины воды. Сам термин имеет свои этимологические корни в слове романских языков для зонда , из которых есть существительные sonda и sonde и глаголы, такие как sondear, что означает «проводить обследование или опрос». Sounding в контексте ракеты эквивалентен «проведению измерения». [7]

Дизайн

Образцы полезных нагрузок для ракет-зондов

Основными элементами современной зондирующей ракеты являются твердотопливный ракетный двигатель и научная полезная нагрузка . [7] В некоторых зондирующих ракетах полезная нагрузка может быть не более чем дымовым следом, как в Nike Smoke , который используется для определения направления и силы ветра более точно, чем это может быть определено метеозондами . Или зондирующая ракета, такая как Nike-Apache, может откладывать натриевые облака для наблюдения за ветрами на очень больших высотах. Более крупные, высотные ракеты имеют несколько ступеней для увеличения высоты и/или грузоподъемности. Часть полета в свободном падении представляет собой эллиптическую траекторию с вертикальной большой осью , что позволяет полезной нагрузке казаться парящей около своего апогея . [2] Среднее время полета составляет менее 30 минут; обычно от пяти до 20 минут. [2] Ракета расходует свое топливо на первой ступени восходящей части полета, затем часто отделяется и падает, оставляя полезную нагрузку завершать дугу, иногда спускаясь под источником сопротивления, таким как небольшой воздушный шар или парашют . [7]

В качестве «первых ступеней» в зондирующих ракетах использовались воздушные шары, самолеты и артиллерия. Проект Farside [9] [10] использовал Rockoon, состоящий из воздушного шара объемом 106 188 м3 (3 750 футов3), поднимающий четырехступенчатую ракету, состоящую из 4 ракет Recrute в качестве первой ступени с 1 Recruit в качестве второй ступени, с 4 двигателями Arrow II, составляющими третью ступень, и, наконец, один Arrow II в качестве четвертой ступени. Sparoair , запускаемые с воздуха с истребителей ВМС F4D и F-4, были примерами ракет-зондов. Также были примеры запускаемых артиллерией ракет-зондов, включая 5-дюймовые, 7-дюймовые и 15-дюймовые пушки проекта HARP , иногда имеющие дополнительные ступени ракет Martlet. [11]

История развития

Образцы полезных нагрузок для ракет-зондов

Самые ранние ракеты-зонды были жидкостными ракетами, такими как WAC Corporal , Aerobee и Viking . Немецкая V-2 служила как ракете R-1 США, так и СССР в качестве ракет-зондов в периоды непосредственно после Второй мировой войны. В 1950-х годах и позже недорогая доступность излишков военных ускорителей, таких как те, что использовались Nike , Talos , Terrier и Sparrow . С 1960-х годов разработанные для этой цели ракеты, такие как серия Black Brant (ракета) , доминировали среди ракет-зондов, хотя часто имели дополнительные ступени, многие из военных излишков.

Самые ранние попытки разработки ракет-зондов были предприняты в Советском Союзе. В то время как все ранние разработчики ракет были в основном озабочены разработкой возможности запуска ракет, некоторые ставили перед собой цель исследования стратосферы и за ее пределами. Всесоюзная конференция по изучению стратосферы [в Ленинграде (ныне Санкт-Петербург) в 1936 году. Хотя конференция в основном занималась аэростатными радиозондами , была небольшая группа разработчиков ракет, которые стремились разработать «регистрирующие ракеты» для исследования стратосферы и за ее пределами. [12] Среди докладчиков на конференции был С. П. Королев, который позже сыграл большую роль в разработке ракет-зондов, спутников и пилотируемых космических полетов.

В разработке ракетной техники принимали участие Академия наук СССР, Научно-исследовательский институт реактивного движения (РНИИ) Наркомата тяжелого машиностроения, Общество содействия оборонному, авиационному и химическому строительству СССР (Осоавиахим) и Всесоюзное авиационное научно-техническое общество. [12]

Конкретно проектированием зондирующих ракет интересовались В. В. Разумов из Ленинградской группы по изучению реактивного движения. А. И. Полярный, работавший в специальной группе Общества содействия обороне, авиационному и химическому строительству СССР в Москве, спроектировал Р-06, которая в конечном итоге полетела, но не в метеорологической роли. Метеорологическая ракета А. Ф. Нистратова так и не полетела. Ракета Л. С. Душкина и М. К. Тихонравова так и не полетела. Отдельная ракета Л. С. Душкина также так и не полетела. Ракета Р-05 имела сложную систему стабилизации, но все разработки были приостановлены войной. [12]

Ранние советские попытки разработать зондирующую ракету были самыми ранними попытками разработать зондирующую ракету и в конечном итоге потерпели неудачу перед Второй мировой войной [12] П.И. Иванов построил трехступенчатую ракету, которая поднялась в воздух в марте 1946 года. В конце лета 1946 года разработка была прекращена, поскольку ей не хватало тяги для подъема достаточного объема исследовательской полезной нагрузки. [12]

Первая успешная ракета-зонд была результатом слияния сил. В Калифорнийском технологическом институте до Второй мировой войны существовала группа энтузиастов ракет во главе с Фрэнком Малиной , под эгидой Теодора фон Кармана , известная среди людей из CIT как «Отряд самоубийц». Непосредственной целью Отряда самоубийц было исследование верхних слоев атмосферы, что требовало разработки средств подъема приборов на большую высоту и получения результатов. После начала Второй мировой войны энтузиасты ракетной техники из CIT оказались вовлечены в ряд оборонных программ, одна из которых, получившая название Corporal, была направлена ​​на создание бомбардировочной управляемой ракеты Corporal. В конечном итоге известная как MGM -5 Corporal, она стала первой управляемой ракетой, развернутой армией США.

Во время Второй мировой войны Корпус связи выдвинул требование к ракете-зонду нести 25 фунтов (11 кг) инструментов на высоту 100 000 футов (30 км) или выше. [13] Чтобы достичь этой цели, Малина предложил небольшую ракету на жидком топливе , чтобы предоставить команде GALCIT необходимый опыт для помощи в разработке ракеты Corporal. [14] [15] Малина с Цзянь Сюэ-шэнем ( Qian Xuesen в транслитерации пиньинь) написали «Анализ полета ракеты-зонда с особым упором на движение последовательными импульсами». Поскольку ракета Корпуса связи разрабатывалась для проекта Corporal и не имела какого-либо механизма наведения, она была без управления положением. Поэтому ее назвали WAC Corporal . WAC Corporal послужила основой ракетного зондирования в США. WAC Corporal была разработана в двух версиях, вторая из которых была значительно улучшена. После войны WAC Corporal конкурировал за финансирование миссии зондирования с гораздо более крупной захваченной ракетой V-2, которую испытывала армия США. WAC Corporal оказался в тени своей работы по экономически эффективному подъему фунтов экспериментов на высоту, поэтому он фактически устарел. WAC Corporal позже были модифицированы, чтобы стать верхней ступенью первой двухступенчатой ​​ракеты RTV-G-4 Bumper .

Захваченные V-2 доминировали в американских ракетах-зондах и других разработках ракетной техники в конце 1940-х годов. [16] Чтобы удовлетворить потребность в замене, корпорация Aerojet разработала новую ракету-зонд, чтобы удовлетворить требования Лаборатории прикладной физики и Военно-морской исследовательской лаборатории . Более 1000 Aerobee различных версий для различных клиентов были выпущены в период с 1947 по 1985 год. [17] : 57  [18] Один двигатель, произведенный для Aerobee, в конечном итоге привел в действие вторую ступень Vanguard (ракета) , первую, разработанную для этой цели, спутниковую пусковую установку , Vanguard. Двигатель AJ10, используемый многими Aerobee, в конечном итоге превратился в AJ10-190, который сформировал орбитальную маневренную систему космического челнока. [19]

Ракета Viking изначально задумывалась ВМС не только как зондирующая ракета, способная заменить или даже превзойти V-2, но и как усовершенствованная технология управляемых ракет. [20] Viking управлялась многоосевой системой наведения с карданным двигателем Reaction Motors XLR10-RM-2. Viking разрабатывалась в двух основных версиях. После того, как Соединенные Штаты объявили о своем намерении запустить спутник в Международный геофизический год (1957-1958), Viking был выбран в качестве первой ступени ракеты-носителя Vanguard Satellite Launch Vehicle. Последние два Viking были запущены как Vanguard Test Vehicle 1 и 2. [21]

В послевоенный период СССР также занимался разработкой базовых ракет-зондов V-2. Последние две ракеты R-1A были запущены в 1949 году в качестве ракет-зондов. За ними в период с июля 1951 года по июнь 1956 года последовали 4 ракеты R-1B, 2 ракеты R-1V, 3 ракеты R-1D и 5 ракет R-1E, а также 1 ракета R-1E (A-1). [22] Улучшенный потомок V-2, ракета R-2A, могла достигать дальности 120 миль и летала с апреля 1957 года по май 1962 года. [23] Пятнадцать ракет R-5V были запущены с июня 1965 года по октябрь 1983 года. Две ракеты R-5 VAO были запущены в сентябре 1964 года и октябре 1965 года. [24] Первой советской твердотопливной ракетой-зондом была М-100. [25] С 1957 по 1990 год было запущено около 6640 зондирующих ракет М-100.

Другими первыми пользователями зондирующих ракет были Великобритания, Франция и Япония.

Великобритания разработала серию ракет Skylark , а позднее Skua для Международного геофизического года . [17]

Франция начала проектирование Super V-2, но эта программа была заброшена в конце 1940-х годов из-за неспособности Франции производить все необходимые компоненты. Хотя разработка Veronique (ракеты) началась в 1949 году, только в 1952 году был запущен первый полномасштабный Veronique. Варианты Veronique летали до 1974 года. [17] [26] Семейство Monica (ракеты) , полностью работающее на твердом топливе, которое было продолжено в нескольких версиях и позже заменено серией ракет ONERA. [17]

Япония была еще одним ранним пользователем Kappa (ракеты) . Япония также стремилась к Rockoons. [17]

Китайская Народная Республика была последней страной, запустившей новую жидкотопливную зондирующую ракету T-7. [27] Впервые она была запущена с очень примитивной стартовой площадки, где «командный центр» и заимствованный генератор энергии находились в травяной хижине, отделенной от пусковой установки небольшой речкой. Не было никакого коммуникационного оборудования — даже телефона между командным пунктом и ракетной пусковой установкой. T-7 привела к T-7M, T-7A, T-7A-S, T-7A-S2 и T-7/GF-01A. T-7/GF-01A использовался в 1969 году для запуска миссий по разработке спутниковых технологий FSW. Таким образом, I-7 привела к первому китайскому спутнику, Dong Fang Hong 1 (Восток красный 1), запущенному DF-1. Решающую роль в развитии китайской ракетной техники и «Дун Фэн-1» сыграл Цянь Сюэсэнь (Цянь Сюэ-шэнь в транслитерации Уэйда Гайлса), который совместно с Теодором фон Карманом и «Отрядом самоубийц» Калифорнийского технологического института создал первую успешную зондирующую ракету WAC Corporal .

К началу 1960-х годов технология зондирующей ракеты стала общепризнанной.

Преимущества

Зондирующие ракеты выгодны для некоторых исследований из-за их низкой стоимости, [2] относительно короткого времени выполнения (иногда менее шести месяцев) [7] и их способности проводить исследования в областях, недоступных ни для воздушных шаров, ни для спутников. Они также используются в качестве испытательных стендов для оборудования, которое будет использоваться в более дорогих и рискованных орбитальных космических полетах. [2] Меньший размер зондирующей ракеты также делает возможным запуск с временных площадок, позволяя проводить полевые исследования в отдаленных местах и ​​даже посреди океана, если запускать с корабля. [28]

Приложения

Метеорология

Локи-Дарт (на переднем плане) на выставке в ракетном парке на ракетном полигоне Уайт-Сэндс

Наблюдения за погодой на высоте до 75 км производятся с помощью ракетных зондов , разновидности зондирующей ракеты для атмосферных наблюдений, которая состоит из ракеты и радиозонда . Зонд регистрирует данные о температуре , влажности , скорости и направлении ветра, сдвиге ветра , атмосферном давлении и плотности воздуха во время полета. Также могут быть записаны данные о местоположении ( высота и широта / долгота ).

Распространенными метеорологическими ракетами являются Loki и Super Loki , обычно высотой 3,7 м, оснащенные твердотопливным ракетным двигателем диаметром 10 см . Ракетный двигатель отделяется на высоте 1500 м, а остальная часть ракеты-зонда движется по инерции к апогею (высшей точке). Она может быть установлена ​​на высоте от 20 км до 113 км.

Исследовать

Зондовые ракеты обычно используются для:

Двойное использование

Из-за высокой военной значимости баллистических ракетных технологий всегда существовала тесная связь между зондирующими ракетами и военными ракетами. Это типичная технология двойного назначения , которая может использоваться как в гражданских, так и в военных целях. [30] Во время холодной войны Федеративная Республика Германия сотрудничала по этой теме со странами, которые в то время не подписали Договор о нераспространении ядерного оружия, такими как Бразилия, Аргентина и Индия. В ходе расследований немецкого движения за мир это сотрудничество было раскрыто группой физиков в 1983 году. [31] Международная дискуссия, которая была таким образом начата, привела к разработке Режима контроля за ракетными технологиями (РКРТ) на уровне государств G7. С тех пор в рамках РКРТ составляются списки технологического оборудования, экспорт которого подлежит строгому контролю.

Операторы и программы

Смотрите также

Ссылки

  1. ^ nasa.gov NASA Sounding Rocket Program Handbook, июнь 2005 г., стр. 1
  2. ^ abcde «Обзор программы зондирования ракет НАСА» . Программа НАСА по созданию зондирующих ракет . НАСА. 24 июля 2006 г. Проверено 10 октября 2006 г.
  3. ^ "High Altitude Sounding Rocket" (PDF) . Программа NASA Sounding Rocket . NASA. 29 сентября 2024 г. Получено 29 сентября 2024 г.
  4. ^ "Эффект трюка с веревкой" (PDF) . Эффект трюка с веревкой . Википедия. 29 сентября 2024 г. . Получено 29 сентября 2024 г. .
  5. ^ "Эффект трюка с веревкой". Rapatronic Photography . Сайт национальной безопасности Навады. 29 сентября 2024 г. Получено 29 сентября 2024 г.
  6. ^ "Sandia поставляет первую программу зондирующей ракеты DOE с 1990-х годов". Rapatronic Photography . Sandia National Labrtories. 29 сентября 2024 г. Получено 29 сентября 2024 г.
  7. ^ abcde Маркони, Элейн М. (12 апреля 2004 г.). "Что такое зондирующая ракета?". Исследовательский самолет . NASA . Получено 10 октября 2006 г.
  8. ^ Справочник NASA по ракетам-зондам
  9. ^ "Farside". Astronautix . Марк Уэйд . Получено 21 сентября 2024 г. .
  10. ^ Кребс, Гюнтер. "Farside". Gunter's Space Page . Гюнтер Кребс . Получено 22 сентября 2024 г.
  11. ^ Отчет о меморандуме BRL № 1825.
  12. ^ abcde !NASA. "Очерки истории ракетостроения и астронавтики" (PDF) . NASA . Получено 23 сентября 2024 г. .{{cite web}}: CS1 maint: url-status ( ссылка )
  13. ↑ Брэгг 1961, стр. 42.
  14. ^ Малина, Ф. Дж. (1969). «Исследовательский проект реактивного движения Корпуса ВВС США GALCIT № 1, 1939-1946: Мемуары». Очерки по истории ракетостроения и астронавтики: Труды третьих симпозиумов Международной академии астронавтики, том II (PDF) . Вашингтон, округ Колумбия: Научно-технический информационный офис Национального управления по аэронавтике и исследованию космического пространства. стр. 153.
  15. ^ Фрэнк. Дж. Малина: Пионер астронавтики, посвятивший себя международному сотрудничеству и мирному использованию космического пространства . 57-й Международный астронавтический конгресс. 2006. doi :10.2514/6.IAC-06-HL4.01.стр.11
  16. ^ ДеВоркин, Дэвид Х. (1992). Science With A Vengeance . Нью-Йорк: Springer-Verlag . ISBN 0-387-94137-1.
  17. ^ abcde Ньюэлл, Гомер Э. младший (1959). Sounding Rockets . Нью-Йорк: McGraw-Hill.
  18. ^ Кеннеди, Грегори П. (2009). Ракеты и снаряды испытательного полигона Уайт-Сэндс 1945–1958 . Атглен, Пенсильвания: Военная история Шиффера. стр. 107. ISBN 978-0-7643-3251-7.
  19. ^ Sutton, George (2006). История жидкостных ракетных двигателей . Reston Virginia: Американский институт аэронавтики и астронавтики. ISBN 1-56347-649-5.
  20. ^ Милтон В. Розен (1955). История ракеты «Викинг» . Нью-Йорк: Harper & Brothers. OCLC  317524549.
  21. ^ Грин, Констанс; Ломаск, Милтон (1970). Авангард — история. Вашингтон, округ Колумбия: НАСА. NASA-SP-4202. Общественное достояниеВ данной статье использован текст из этого источника, находящегося в общественном достоянии .
  22. ^ Уэйд, Марк. "R-1". Astronautix . Марк Уэйд . Получено 26 сентября 2024 г. .
  23. ^ Уэйд, Марк. "R-2A". Astronautix . Марк Уэйд . Получено 26 сентября 2024 г. .
  24. ^ Уэйд, Марк. "R-5V". Astronautix . Марк Уэйд . Получено 26 сентября 2024 г. .
  25. ^ Уэйд, Марк. "M-100". Astronautix . Марк Уэйд . Получено 26 сентября 2024 г. .
  26. ^ Уэйд, Марк. "Вероника". Astronautix . Марк Уэйд . Получено 26 сентября 2024 г. .
  27. ^ Уэйд, Марк. "T-7". Astronautix . Марк Уэйд . Получено 28 сентября 2024 г. .
  28. ^ "Общее описание зондирующих ракет". Программа зондирующих ракет Университета Джонса Хопкинса . Получено 10 октября 2006 г.
  29. ^ Payne, BR; Baird, JL (1976). «Дистанционное зондирование ресурсов Земли. Возможности ракетного зондирования». Канадский журнал дистанционного зондирования . 2 : 12–17. Bibcode : 1976CaJRS...2...12P. doi : 10.1080/07038992.1976.10854945.
  30. ^ ДеВоркин, Наука с возмездием, Springer-Verlag , Нью-Йорк, 1992, ISBN 0-387-94137-1
  31. ^ Кэмпбелл, Д. (5 августа 1983 г.). «Германия помогает Бразилии достичь ядерного превосходства» (PDF) . New Statesman .
  32. ^ Серра, Жан-Жак. "Skylark sounding rockets". Ракеты в Европе . Получено 20.05.2021 .
  33. ^ Альхуссайни, Райм (23 октября 2020 г.). «От кедров до звезд». Lebanon Chronicles . Zenith Channels . Получено 22 сентября 2024 г. .
  34. ^ The Hindu (2022-11-23). ​​"Зондовая ракета RH-200 ISRO совершила 200-й последовательный успешный полет". The Hindu . ISSN  0971-751X . Получено 2024-01-09 .
  35. ^ "Звуковые ракеты". www.isro.gov.in . Получено 2024-01-09 .
  36. ^ Мессье, Дуг (2023-04-25). "Evolution Space Launches Rocket on Suborbital Flight From Mojave Desert". Parabolic Arc . Архивировано из оригинала 2023-07-26 . Получено 2023-07-26 .
  37. ^ PTI. «Студенты IIST запустили ракету». Deccan Herald . Получено 2024-01-09 .
  38. ^ "ESRA". ESRA . Получено 29.03.2021 .
  39. ^ Уэйд, Марк. "Титус". Astronautix . Архивировано из оригинала 28 декабря 2016 г. Получено 17 мая 2020 г.

Внешние ссылки

Найдите значение слова «звучащая ракета» в Викисловаре, бесплатном словаре.