stringtranslate.com

Ракета-носитель

Российский корабль «Союз ТМА-5» стартовал с космодрома Байконур в Казахстане и направился к Международной космической станции.
Сравнение ракет-носителей. Отображение массы полезной нагрузки для LEO , GTO , TLI и MTO.

Ракета -носитель обычно представляет собой ракетный двигатель, предназначенный для перевозки полезной нагрузки ( космического корабля с экипажем или спутников ) с поверхности Земли или нижних слоев атмосферы в космическое пространство . Наиболее распространенной формой является многоступенчатая ракета в форме баллистической ракеты , но этот термин является более общим и также включает в себя такие транспортные средства, как космический шаттл . Большинство ракет-носителей работают со стартовой площадки при поддержке центра управления запуском и таких систем, как сборка и заправка ракет. [1] Ракеты-носители спроектированы с применением передовых аэродинамики и технологий, что приводит к высоким эксплуатационным расходам.

Орбитальная ракета-носитель должна поднять свою полезную нагрузку как минимум до границы космоса, примерно на 150 км (93 мили) , и разогнать ее до горизонтальной скорости не менее 7814 м/с (17 480 миль в час). [2] Суборбитальные аппараты запускают свои полезные нагрузки на более низкой скорости или под углами возвышения, превышающими горизонтальные.

Практические орбитальные ракеты-носители используют химическое топливо , такое как твердое топливо , жидкий водород , керосин , жидкий кислород или гиперголическое топливо .

Ракеты-носители классифицируются по грузоподъемности на орбите: от малых , средних , тяжелых до сверхтяжелых .

История

Космические полеты начались в 20 веке после теоретических и практических прорывов Константина Циолковского , Роберта Х. Годдарда и Германа Оберта , каждый из которых опубликовал работы, предлагающие ракеты в качестве средства космического полета. [a] Первые успешные крупномасштабные ракетные программы были инициированы в нацистской Германии Вернером фон Брауном . Советский Союз возглавил послевоенную космическую гонку , запустив на орбиту первый спутник , [3] первое животное , [4] :155  первого человека [5] и первую женщину [6] . Затем в 1969 году Соединенные Штаты высадят первых людей на Луну. В конце 20-го века Франция, Великобритания, Япония и Китай также работали над проектами выхода в космос.

Масса на орбите

Ракеты-носители классифицируются НАСА в зависимости от полезной нагрузки на низкой околоземной орбите : [7]

Зондирующие ракеты аналогичны ракетам-носителям малой грузоподъемности, однако обычно они еще меньше и не выводят полезную нагрузку на орбиту. Модифицированная ракета-зонд SS-520 использовалась для вывода на орбиту 4-килограммовой полезной нагрузки ( TRICOM-1R ) в 2018 году. [11]

Общая информация

Орбитальный космический полет требует ускорения полезной нагрузки спутника или космического корабля до очень высокой скорости. В космическом вакууме силы реакции должны обеспечиваться выбросом массы, что приводит к уравнению ракеты . Физика космического полета такова, что для достижения желаемой орбиты обычно требуются ступени ракеты . [ нужна цитата ]

Одноразовые ракеты-носители предназначены для одноразового использования, их ускорители обычно отделяются от полезной нагрузки и разрушаются при входе в атмосферу или при контакте с землей. Напротив, многоразовые ракеты-носители предназначены для восстановления в целости и сохранности и повторного запуска. Falcon 9 является примером многоразовой ракеты-носителя. [12] По состоянию на 2023 год все многоразовые ракеты-носители, которые когда-либо находились в эксплуатации, были частично многоразовыми, то есть некоторые компоненты восстанавливаются, а другие нет. Обычно это означает восстановление определенных ступеней, обычно только первой ступени, но иногда определенные компоненты ступени ракеты могут быть восстановлены, а другие - нет. Например, «Спейс Шаттл» восстановил и повторно использовал свои твердотопливные ракетные ускорители , орбитальный корабль «Спейс шаттл» , который также выступал в качестве второй ступени, и двигатели, используемые основной ступенью ( РС-25 , который был расположен в задней части орбитального корабля). ), однако топливный бак, из которого двигатели получали топливо и который был отделен от двигателей, повторно не использовался. [ нужна цитата ]

Например, за Ariane V отвечает Европейское космическое агентство , а United Launch Alliance производит и запускает ракеты Delta IV и Atlas V. [ нужна цитата ]

Расположение стартовой платформы

Морской запуск китайской компании Orienspace

Стартовые площадки могут располагаться на суше ( космопорт ), на стационарной океанской платформе ( «Сан-Марко» ), на мобильной океанской платформе ( «Морской старт ») и на подводной лодке . Ракеты-носители также могут запускаться с воздуха . [ нужна цитата ]

Режимы полета

Ракета-носитель стартует со своей полезной нагрузкой в ​​каком-то месте на поверхности Земли. Чтобы достичь орбиты, аппарат должен двигаться вертикально, чтобы покинуть атмосферу , и горизонтально, чтобы предотвратить повторный контакт с землей. Требуемая скорость варьируется в зависимости от орбиты, но всегда будет экстремальной по сравнению со скоростями, встречающимися в обычной жизни. [ нужна цитата ]

Ракеты-носители обеспечивают различную степень производительности. Например, спутник, направляющийся на геостационарную орбиту (GEO), может быть либо непосредственно выведен на верхнюю ступень ракеты-носителя, либо запущен на геостационарную переходную орбиту (GTO). Прямой ввод предъявляет более высокие требования к ракете-носителю, а ГТО более требовательна к космическому аппарату. Попав на орбиту, верхние ступени ракет-носителей и спутники могут иметь перекрывающиеся возможности, хотя срок службы верхних ступеней на орбите обычно измеряется часами или днями, тогда как космический корабль может работать десятилетиями. [ нужна цитата ]

Распределенный запуск

Распределенный запуск предполагает достижение цели с помощью нескольких запусков космических аппаратов. Большой космический корабль, такой как Международная космическая станция, может быть построен путем сборки модулей на орбите или передачи топлива в космосе , что значительно увеличит возможности дельта-V окололунного или дальнего космического корабля. Распределенный запуск позволяет осуществлять космические миссии, которые невозможны при использовании архитектур с одним запуском. [13]

Архитектуры миссий для распределенного запуска изучались в 2000-х годах [14] , а ракеты-носители со встроенными возможностями распределенного запуска начали разрабатываться в 2017 году с проектом Starship . Стандартная архитектура запуска Starship предназначена для дозаправки космического корабля на низкой околоземной орбите , чтобы он мог отправлять полезную нагрузку большой массы в гораздо более энергичные миссии. [15]

Вернуться на стартовую площадку

После 1980 г., но до 2010-х гг., две орбитальные ракеты-носители разработали возможность возвращения на космодром (РТЛС). И американский «Спейс Шаттл» — с одним из его режимов прерывания [16] [17] — и советский «Буран» [18] имели заложенную возможность возвращать часть ракеты-носителя на стартовую площадку посредством механизма горизонтального спуска. посадка космической части ракеты - носителя. В обоих случаях основная конструкция тяги корабля и большой топливный бак были расходными , как это было стандартной процедурой для всех орбитальных ракет-носителей, летавших до того времени. Оба впоследствии были продемонстрированы в реальных номинальных орбитальных полетах, хотя оба также имели режим прерывания во время запуска, который предположительно мог позволить экипажу посадить космический самолет после нештатного запуска. [ нужна цитата ]

В 2000-х годах SpaceX и Blue Origin в частном порядке разработали ряд технологий для поддержки вертикальной посадки разгонной ступени ракеты-носителя. После 2010 года компания SpaceX взялась за программу разработки по приобретению возможности возвращать и вертикально приземлять часть орбитальной ракеты-носителя Falcon 9 : первая ступень . Первая успешная посадка была совершена в декабре 2015 года, [19] с 2017 года ступени ракеты обычно приземляются либо на посадочную площадку , прилегающую к стартовой площадке, либо на посадочную платформу в море, на некотором расстоянии от стартовой площадки. [20] Falcon Heavy аналогичным образом спроектирован так, чтобы повторно использовать три ядра, составляющие его первую ступень. Во время своего первого полета в феврале 2018 года два внешних ядра успешно вернулись на посадочные площадки стартовой площадки, в то время как центральное ядро ​​нацелилось на посадочную платформу в море, но не приземлилось на нее. [21]

Blue Origin разработала аналогичные технологии для возвращения и посадки своего суборбитального New Shepard и успешно продемонстрировала возвращение в 2015 году, а также успешно повторно использовала ту же ракету-носитель во втором суборбитальном полете в январе 2016 года. [22] К октябрю 2016 года Blue совершил повторный полет и приземлился. успешно, ту же самую ракету-носитель в общей сложности пять раз. [23] Однако следует отметить, что траектории запуска обоих аппаратов сильно различаются: New Shepard движется прямо вверх и вниз, тогда как Falcon 9 должен снижать значительную горизонтальную скорость и возвращаться со значительного расстояния вниз. [ нужна цитата ]

И Blue Origin, и SpaceX также разрабатывают дополнительные многоразовые ракеты-носители. Blue разрабатывает первую ступень орбитальной ракеты-носителя New Glenn , которая будет многоразовой, первый полет запланирован не ранее 2024 года. SpaceX разрабатывает новую сверхтяжелую ракету-носитель для полетов в межпланетное пространство . SpaceX Starship предназначен для поддержки RTLS, вертикальной посадки и полного повторного использования как разгонной ступени, так и интегрированной второй ступени/большого космического корабля, которые предназначены для использования со Starship. [24] Первая попытка запуска состоялась в апреле 2023 года; однако обе ступени были потеряны во время восхождения. [ нужна цитата ]

Смотрите также

Примечания

  1. ^
    • Циолковский, 1903, Исследование космического пространства с помощью ракетных устройств.
    • Годдард, 1919, «Метод достижения экстремальных высот».
    • Оберт, 1923, Die Rakete zu den Planetenräumen.

Рекомендации

  1. ^ «НАСА уничтожило модернизацию системы запуска «раненых» в KSC» . Флорида сегодня. Архивировано из оригинала 13 октября 2002 г.
  2. ↑ Хилл, Джеймс В.Х. (апрель 1999 г.), «Добраться до низкой околоземной орбиты», Space Future , заархивировано из оригинала 19 марта 2012 г. , получено 18 марта 2012 г.
  3. ^ "Спутник | Спутники, история и факты | Британника" . www.britanica.com .
  4. ^ Сиддики, Асиф А. (2000). Вызов Аполлону: Советский Союз и космическая гонка, 1945–1974 гг.
  5. ^ «Юрий Гагарин: первый человек в космосе». НАСА . Проверено 8 января 2023 г.
  6. ^ «Этот день в истории: советский космонавт Валентина Терешкова становится первой женщиной в космосе». History.com. 16 июня 1963 года . Проверено 8 января 2023 г.
  7. ^ Дорожные карты НАСА по космическим технологиям - Запусковые двигательные установки, стр. 11: «Малый: полезная нагрузка 0–2 т, средний: полезная нагрузка 2–20 т, тяжелый: полезная нагрузка 20–50 т, сверхтяжелый: полезная нагрузка> 50 т»
  8. ^ «Услуги по запуску - основные этапы» . Арианспейс . Проверено 19 августа 2014 г.
  9. ^ ab «Добро пожаловать во Французскую Гвиану» (PDF) . arianespace.com . Арианспейс. Архивировано из оригинала (PDF) 23 сентября 2015 года . Проверено 19 августа 2014 г.
  10. ^ Итоговый отчет HSF: В поисках программы пилотируемых космических полетов, достойной великой нации. Архивировано 22 ноября 2009 г. в Wayback Machine , октябрь 2009 г., Обзор Комитета по планам пилотируемых космических полетов США , стр. 64-66: «5.2.1 Потребность в тяжелом грузе… требуется «сверхтяжелая» ракета-носитель… дальность действия от 25 до 40 м, устанавливающая условный нижний предел размера сверхтяжелого груза. ракета-носитель, если доступна дозаправка... это явно благоприятствует минимальной грузоподъемности примерно 50 тонн..."
  11. ^ "СС-520". space.skyrocket.de . Проверено 2 июня 2020 г.
  12. ↑ Линдси, Кларк (28 марта 2013 г.). «SpaceX быстро движется к первому этапу обратного полета» . Новые космические часы . Архивировано из оригинала 16 апреля 2013 года . Проверено 29 марта 2013 г.
  13. ^ Каттер, Бернард; Монда, Эрик; Веннер, Чонси; Рис, Ной (2015). Распределенный запуск: возможность запуска миссий за пределами НОО (PDF) . AIAA 2015. Американский институт аэронавтики и астронавтики . Проверено 23 марта 2018 г.
  14. ^ Чанг, Виктория И.; Крус, Эдвин З.; Блюм, Майк Г.; Алофс, Кэти (2007). Моделирование запуска и восхождения Ориона / Ареса I - один из сегментов моделирования распределенного исследования космоса (DSES) (PDF) . AIAA 2007. Американский институт аэронавтики и астронавтики . Проверено 23 марта 2018 г.
  15. ↑ Фауст, Джефф (29 сентября 2017 г.). «Маск представляет обновленную версию гигантской межпланетной стартовой системы». Космические новости . Проверено 23 марта 2018 г.
  16. ^ «Возвращение на стартовую площадку». НАСА.gov . Архивировано из оригинала 15 апреля 2015 года . Проверено 4 октября 2016 г.
  17. ^ «Эволюция прерывания космического корабля» (PDF) . ntrs.nasa.gov . 26 сентября 2011 года . Проверено 4 октября 2016 г.
  18. ^ Хандверк, Брайан (12 апреля 2016 г.). «Забытый советский космический челнок мог летать сам». Национальная география . Национальное географическое общество . Архивировано из оригинала 15 апреля 2016 года . Проверено 4 октября 2016 г.
  19. ^ Ньюкомб, Алисса; Дули, Эрин (21 декабря 2015 г.). «Историческая посадка ракеты SpaceX прошла успешно». Новости АВС . Проверено 4 октября 2016 г.
  20. ↑ Спаркс, Дэниел (17 августа 2016 г.). «SpaceX запустила шестую ракету и приближается к возможности повторного использования» . Лос-пестрый дурак . Проверено 27 февраля 2017 г. .
  21. ↑ Гебхардт, Крис (5 февраля 2018 г.). «SpaceX успешно представляет Falcon Heavy в демонстрационном запуске с KSC – NASASpaceFlight.com». NASASpaceFlight.com . Проверено 23 февраля 2018 г.
  22. ↑ Фауст, Джефф (22 января 2016 г.). «Blue Origin запускает суборбитальный корабль New Shepard» . Космические новости . Проверено 1 ноября 2017 г.
  23. ↑ Фауст, Джефф (5 октября 2016 г.). «Lue Origin успешно тестирует систему прерывания New Shepard» . Космические новости . Проверено 8 октября 2016 г.
  24. ↑ Фауст, Джефф (15 октября 2017 г.). «Маск предлагает более подробную техническую информацию о системе BFR — SpaceNews.com». SpaceNews.com . Проверено 23 февраля 2018 г.

Внешние ссылки