Большая энциклопедия техники
Шрифт:
В зависимости от задач ракеты бывают управляемые и неуправляемые, одно– и многоступенчатые (по мере прохождения определенных участков траектории отработавшие ступени ракеты отбрасываются). Некоторые образцы могут изменять параметры траектории непосредственно во время полета. Первоначально масса ракеты может варьироваться от нескольких килограмм до тысяч тонн. Современная ракета конструктивно представляет собой комплекс, состоящий из двигательной установки, систем наведения и управления, переносимой полезной нагрузки и различных вспомогательных систем. На сегодняшний день большинство ракет разделяется на жидкостные и твердотопливные. Разделение происходит по принципу хранения топлива до его использования.
Жидкостные ракеты нашли свою сферу применения в космическом деле, их используют для космических полетов благодаря большей экономичности и возможности регулирования тяги.
Ракета-носитель
Ракета-носитель – управляемая ракета, которая предназначена для выведения в космос различных грузов (искусственных спутников Земли, космических кораблей, орбитальных станций и др.).
Основная задача ракеты-носителя – сообщить полезному грузу необходимую скорость, т. е. большую или равную первой или второй космической. По энергетической характеристике и грузоподъемности ракетоносители подразделяются на следующие классы: легкие (до 500 кг), средние (до 10 т), тяжелые (до 100 т), сверхтяжелые (свыше 100 т). Современные ракеты-носители имеют стартовую массу, превышающую 3000 т, порядка 90% которой составляет топливо, продолжительность же полета на активном участке может составлять до 20 мин.
Существуют одноразовые и многоразовые ракеты-носители, а также одноступенчатые и многоступенчатые. Благодаря своей высокой надежности, приобретенной в результате максимального упрощения всех элементов, более распространены одноразовые ракеты-носители. Наличие дополнительных ступеней изменяет отношение полезной массы нагрузки к общей массе в сторону увеличения, хотя это приносит и ряд неудобств. Одно из них – это наличие свободных территорий для падения отработавших ступеней. Частично многоразовые ракеты-носители представлены американской системой «Спейс Шаттл» и советской разработкой – полностью автоматической МКС «Буран». К сожалению, и фактор многоразового использования не смог снизить стоимость доставки полезных грузов на орбиту, хотя при этом надежность ниже, чем у одноразовых ракет-носителей. Советская же разработка в настоящее время не используется. Первенство среди ракет-носителей по мощности в настоящее время держат за собой американский «Спейс Шаттл», российский «Протон-М», хотя ранее запускались и более мощные ракеты-носители, такие как «Н-1», «Энергия» или «Сатурн V» (США). Первой ракетой-носителем была межконтинентальная баллистическая ракета «Р-7». Ракета «Р-7» была разработана конструкторским бюро С. П. Королева.
Все ракеты-носители, в настоящее время используемые для доставки полезного груза в космическое пространство, являются многоступенчатыми. В передней части ракеты-носителя располагается отсек, в котором находится полезный груз. Этот отсек закрыт головным обтекателем для защиты во время прохождения плотных слоев атмосферы от воздушного потока. В задней части располагаются маршевые и, если необходимо, рулевые двигатели с приводом. Также устанавливается и защита от газов, которые истекают из двигателей, так как при старте и в разреженных верхних слоях атмосферы газы могут обволакивать корпус аппарата. Управление ракетой-носителем производится путем поворота камеры
Многоразовые корабли представляют собой подобие реактивного самолета с треугольными крыльями. Кабина находится в носовой части и герметизирована, в средней части располагается грузовой отсек, который в космическом пространстве открывается и может выпускать спутник либо осуществлять выгрузку конструкций и узлов орбитальных станций. Возврат на Землю осуществляется планированием с выключенным двигателем. По мере приближения к поверхности Земли система наведения приземляет аппарат, как обычный самолет.
Носовая часть требует специальной защиты, так как при входе в плотные слои атмосферы происходит колоссальный нагрев передней части корабля. Поэтому кромки крыльев и вся передняя часть покрываются специальными керамическими плитками, которые одновременно предохраняют конструкцию от разрушения и перегревания.
Ракетно-двигательная установка
Ракетно-двигательная установка – силовая установка аппарата, использующего реактивный принцип передвижения, например ракеты, ракетного самолета, космического летательного аппарата.
Ракетная ступень
Многие конструкторы пытались разработать эффективный одноступенчатый космический носитель, имеющий достаточный суммарный импульс тяги, для того чтобы вывести на орбиту полезный груз. В 1990-х гг. была представлена экспериментальная ракета DC-X, конструкция которой базировалась на применении легких сплавов, композиционных материалов и совершеннейшей электроники. Результат эксперимента можно считать успешным, так как итогом было доказательство возможности создания эффективной одноступенчатой ракеты.
Ракетные системы
Ракетные системы представляют собой систему, состоящую из двух или более составляющих, каждая из которых выполняет определенную задачу.
В качестве примера ракетно-космической системы можно привести составной космический аппарат, составляющими которого являются ракета-носитель «Энергия» и космический корабль «Буран».
Основная задача ракеты-носителя «Энергия» – вывести корабль на стартовую высоту, отбрасывая по мере использования отработанные ступени. После того как все ступени ракеты-носителя «Энергия» отработают, корабль «Буран» использует объединенную двигательную установку для выхода на заданную орбиту (см. также «Космический корабль»).
Реактивный двигатель
Реактивный двигатель (двигатель прямой реакции) – двигатель, принцип работы которого основан на создании тяги посредством реакции на вытекающее из двигателя рабочее тело. Это двигатель, который в отличие от двигателя непрямой реакции сочетает двигатель и движитель и создает силу тяги посредством преобразования различных типов топлива в кинетическую энергию струи, которая выбрасывается в окружающее пространство.
Имея общий принцип действия, реактивные двигатели отличаются разнообразием модификаций. Во-первых, реактивные двигатели делятся на два класса по существенному признаку – необходимость в работе наличия атмосферного воздуха.
Двигатели, которые используют в своей работе атмосферный воздух для создания рабочей смеси (смесь воздуха с керосином, бензином), называются воздушно-реактивными. Те же двигатели, которые используют для образования рабочей смеси вещества, находящиеся непосредственно на аппарате, называются ракетными.
Ракетные двигатели составляют особый класс реактивных двигателей, так как они отличатся полной независимостью от окружающей среды.
Роботы космические