Ракета-носьбіт

Матэрыял з Вікіпедыі - вольнай энцыклапедыі
Перайсці да навігацыі перайсці да пошуку
Запуск ракеты-носьбіта « Пратон-К » з модулем « Зорка » для Міжнароднай касмічнай станцыі

Ракета-носьбіт (РН), таксама ракета касмічнага прызначэння (РКН) - ракета , прызначаная для выводзін карыснай нагрузкі ў касмічную прастору[1] .

Часам тэрмін «ракета-носьбіт» ўжываецца ў пашыраным значэнні: ракета, прызначаная для дастаўкі ў зададзеную кропку (у космас альбо ў аддалены раён Зямлі ) карыснай нагрузкі - напрыклад, штучных спадарожнікаў Зямлі , касмічных караблёў , ядзерных і няядзерных баявых блокаў . У такой трактоўцы тэрмін «ракета-носьбіт» аб'ядноўвае тэрміны «ракета касмічнага прызначэння» (РКН) і « міжкантынентальная балістычная ракета ».

класіфікацыя

У адрозненне ад некаторых гарызантальна-стартуюць авіяцыйна-касмічных сістэм (АКС), ракеты-носьбіты выкарыстоўваюць вертыкальны тып старту і (шмат радзей) паветраны старт .

колькасць прыступак

Аднаступенных ракет-носьбітаў, вывадных карысную нагрузку ў космас, да цяперашняга часу не створана, хоць маюцца праекты рознай ступені прапрацоўкі ( « КОРОНА », HEAT-1X і іншыя). У некаторых выпадках як одноступенчатую можа класіфікавацца ракета, якая мае ў якасці першай ступені паветраны носьбіт альбо якая выкарыстоўвае ў якасці такой паскаральнікі. Сярод балістычных ракет, здольных дасягнуць касмічнай прасторы, нямала аднаступенных, у тым ліку і першая балістычная ракета « Фау-2 »[2] ; аднак ні адна з іх не здольная выйсці на арбіту штучнага спадарожніка Зямлі.

Размяшчэнне прыступак (кампаноўка)

Канструктыўнае выкананне ракет-носьбітаў можа быць наступным:

  • падоўжная кампаноўка (тандэмнай), у якой прыступкі размешчаны адна за адной і працуюць у палёце па чарзе (РН « Зеніт-2 », « Пратон », « Дэльта-4 »);
  • паралельная кампаноўка (пакетная), пры якой некалькі блокаў, размешчаных паралельна і якія адносяцца да розных прыступках, працуюць у палёце адначасова (РН « Саюз »);
    • ўмоўна-пакетная кампаноўка (т. зв. полутораступенчатая схема), у якой выкарыстоўваюцца агульныя паліўныя бакі для ўсіх прыступак, ад якіх харчуюцца стартавыя і маршевые рухавікі, якія запускаюцца і працуюць адначасова, па завяршэнні працы стартавых рухавікоў скідаюцца толькі яны;
    • кампаноўка «спаржа» (тэрмін уведзены аэракасмічных інжынерам Эдом Кейтам, адным са стваральнікаў гэтай кампаноўкі), у якой выкарыстоўваюцца помпы, перапамповачныя паліва з бакавых прыступак ў цэнтральную. Гэтая схема выкарыстоўвалася ў першапачатковым праекце ракеты-носьбіта Falcon Heavy , ад якога пасля адмовіліся з-за складанасці тэхнічнай рэалізацыі схемы.

выкарыстоўваюцца рухавікі

У якасці маршевых рухавікоў могуць выкарыстоўвацца:

Маса карыснай нагрузкі

Класіфікацыя ракет па масе карыснай нагрузкі (пн), якая выводзіцца на нізкую апорную арбіту (НОО), змяняецца з развіццём тэхнікі і з'яўляецца досыць умоўнай[1][3] :

Клас ракеты-носьбіта Маса карыснай нагрузкі на НОО
па БСЭ[4] па Брэ[5] НАСА[6]
лёгкі да 500 кг да 5 т да 2 т
сярэдні
0,5-10 т 5-20 т 2-20 т
цяжкі 10-100 т 20-100 т 20-50 т
звышцяжкія звыш 100 т звыш 100 т звыш 50 т

Таксама часам вылучаецца звышлёгкі клас ракет-носьбітаў, здольных даставіць на НОО карысную нагрузку масай да 500 кілаграм [7] .

Паўторнае выкарыстанне

Найбольшае распаўсюджванне атрымалі аднаразовыя шматступенны ракеты як пакетнай, так і падоўжнай схем. Аднаразовыя ракеты адрозніваюцца высокай надзейнасцю дзякуючы максімальнаму спрашчэнню ўсіх элементаў. Варта ўдакладніць, што одноступенчатой ​​ракеце для дасягнення арбітальнай хуткасці тэарэтычна неабходна мець канчатковую масу не больш 7-10% ад стартавай, што пры нават існуючых тэхналогіях робіць іх труднореализуемыми і эканамічна неэфектыўнымі з-за нізкай масы карыснага грузу. У гісторыі сусветнай касманаўтыкі одноступенчатую ракеты-носьбіты практычна не ствараліся - існавалі толькі так званыя полутораступенчатые мадыфікацыі (напрыклад, амерыканская РН « Атлас » са Скідаць дадатковымі стартавымі рухавікамі). Наяўнасць некалькіх прыступак дазваляе істотна павялічыць стаўленне масы выводнай карыснай нагрузкі да пачатковай масе ракеты. У той жа час, шматступенны ракеты патрабуюць адчужэння тэрыторый для падзення прамежкавых прыступак.

З прычыны неабходнасці прымянення высокаэфектыўных складаных тэхналогій (перш за ўсё ў галіне рухальных установак і цеплааховы), цалкам шматразовых ракет-носьбітаў пакуль не існуе, нягледзячы на ​​пастаянны цікавасць да гэтай тэхналогіі і перыядычна адкрываюцца праекты распрацоўкі шматразовых носьбітаў (за перыяд 1990-2000-х гадоў - такія як ROTON, Kistler K-1, АКС VentureStar і інш.). Часткова шматразовай з'яўлялася шырока выкарыстоўвалася амерыканская шматразовая транспартная касмічная сістэма (МТКС) -АКС « Спэйс шатл » ( «Касмічны човен») і савецкая праграма МТКС « Энергія - Буран », распрацаваная, але так і не выкарыстаная ў прыкладной практыцы, а таксама шэраг нерэалізаваных былых (напрыклад, « Спіраль », МАКС і іншыя АКС) і ізноў распрацоўваных (напрыклад, « Байкал-Ангара ») праектаў. Насуперак чаканням, «Спейс шатл» не змог забяспечыць зніжэнне кошту дастаўкі грузаў на арбіту; акрамя таго, пілатуемыя МТКС характарызуюцца складаным і доўгім этапам перадстартавай падрыхтоўкі (з-за падвышаных патрабаванняў па надзейнасці і бяспекі пры наяўнасці экіпажа).

Часткова шматразовай (першая ступень і галаўны абцякальнік) з'яўляецца ракета-носьбіт Falcon 9 . Першая ступень гэтай ракеты-носьбіта можа выкарыстоўвацца да 10 і больш раз з мінімальным межполётным абслугоўваннем[8][9] . Па стане на травень 2021, практычны налёт прыступак дасягае 10 разоў ( B1051 ), а мінімальны межполётный інтэрвал - 27 дзён ( B1058-7 , B1060-5 ).

прысутнасць чалавека

Ракеты для пілатуемых палётаў павінны валодаць большай надзейнасцю (таксама на іх усталёўваецца сістэма аварыйнага выратавання ), дапушчальныя перагрузкі для іх абмежаваны (звычайна не больш за 3 - 4,5 g ). Пры гэтым сама ракета-носьбіт з'яўляецца цалкам аўтаматычнай сістэмай, вывадной ў касмічную прастору апарат (касмічны карабель) з людзьмі на борце, гэта могуць быць пілоты, здольныя ажыццяўляць непасрэднае кіраванне караблём, спецыялісты (інжынеры, даследчыкі, медыкі), касмічныя турысты .

гісторыя

Паштовы канверт, прысвечаны першаму ў свеце запуску касмічнага апарата ў бок Месяца

10 мая 1897 года К. Э. Цыялкоўскі ў рукапісы «Ракета» даследуе шэраг задач рэактыўнага руху, дзе вызначае хуткасць, якую развівае лятальны апарат пад уздзеяннем цягі ракетнага рухавіка, нязменнай па кірунку, пры адсутнасці ўсіх іншых сіл; канчатковая залежнасць атрымала назву « формула Цыялкоўскага » (артыкул апублікаваная ў часопісе "Навуковы агляд" ў 1903 годзе).

У 1903 году К. Э. Цыялкоўскі апублікаваў працу «Даследаванне сусветных прастор рэактыўнымі прыборамі" - першую ў свеце, прысвечаную тэарэтычным абгрунтаванні магчымасці ажыццяўлення міжпланетных палётаў з дапамогай рэактыўнага лятальнага апарата - «ракеты». У 1911-1912 гадах апублікаваная другая частка гэтай працы, у 1914 году - дапаўненне. К. Э. Цыялкоўскі і незалежна ад яго Ф. А. Цандер прыйшлі да высноў, што касмічныя палёты магчымыя і на вядомых ужо тады крыніцах энергіі, і паказалі практычныя схемы іх рэалізацыі (форму ракеты, прынцыпы астуджэння рухавіка, выкарыстанне вадкіх газаў у якасці паліўнай пары і інш.).

Першым тэарэтычным праектам ракеты-носьбіта быў « Lunar Rocket », спраектаваны Брытанскім міжпланетным грамадствам ў 1939 годзе. Праект уяўляў сабой спробу распрацоўкі ракеты-носьбіта, здольнай даставіць карысны груз на Месяц, заснаваную выключна на існуючых ў 1930-х гадах тэхналогіях, гэта значыць быў першым праектам касмічнай ракеты, не якія мелі фантастычных дапушчэнняў. З прычыны пачатку Другой сусветнай вайны працы па праекце былі перапыненыя і істотнага ўплыву на гісторыю касманаўтыкі ён не аказаў [10] .

Першай у свеце сапраўднай ракетай-носьбітам, даставілі ў 1957 году груз ( штучны спадарожнік Зямлі № 1 ) на арбіту, была савецкая Р-7 ( «Спадарожнік») . Далей СССР і ЗША , а затым і яшчэ некалькі краін сталі так званымі « касмічнымі дзяржавамі », пачаўшы выкарыстоўваць уласныя ракеты-носьбіты. СССР і ЗША, а значна пазней таксама і Кітай стварылі РН для пілатуемых палётаў.

У цяперашні час сярод ракет дзяржаўных касмічных агенцтваў найбольшую карысную нагрузку могуць вывесці наступныя ракеты-носьбіты: расійская РН « Протон-М », амерыканская РН « Дэльта-IV Heavy » і еўрапейская РН « Арыян-5 » цяжкага класа. Яны дазваляюць выводзіць на нізкую калязямную арбіту (200 км) 21 - 25 тон карыснага грузу, на ДВА - 6-10 тон і на ГСО - да 3-6 тон [11] . Аднак самая магутная ракета-носьбіт з дзеючых - гэта Falcon Heavy ад прыватнай кампаніі SpaceX, ракета звышцяжкія класа (па амерыканскай класіфікацыі), здольная вывесці на нізкую калязямную арбіту да 64 тон, а на ДВА - да 27 тон.

У мінулым былі створаны (у рамках праектаў высадкі чалавека на Месяц) і больш магутныя ракеты-носьбіты звышцяжкія класа - такія, як амерыканская РН « Сатурн-5 » і савецкая РН « Н-1 », а таксама, пазней, савецкая « Энергія » . Але ў цяперашні час яны не выкарыстоўваюцца. Сувымернай магутнай ракетнай сыстэмай была амерыканская МТКС « Спэйс шатл », якую можна было разглядаць як РН звышцяжкія класа для вываду пілатуемага карабля 100-тонай масы, ці як РН цяжкага класа, для вываду на НОО іншай карыснай нагрузкі (да 20-30 тон, у залежнасці ад арбіты). Пры гэтым касмічны карабель-човен з'яўляўся другой прыступкай шматразовай касмічнай сістэмы, якая магла выкарыстоўвацца толькі пры яго ўдзеле - у адрозненне ад савецкага аналага МТКС « Энергія-Буран ».

Праектуемыя звышцяжкія РН

У рамках праекта Артэміда касмічнае агенцтва NASA распрацоўвае SLS (касмічная пускавая сістэма), з дапамогай якой будуць адноўленыя пілатуемыя палёты да Месяцы і пабудавана месяцовая база [12] . Гэтая РН павінна будзе здольная даставіць на нізкую апорную арбіту груз ад 95 да 131,5 тон. Першы беспілотны запуск SLS плануецца не ранняе 3 лістапада 2021 года. 3 мая 2021 NASA ўдакладніла, што ў сувязі з фактарам рызыкі запуск можа быць перанесены на пачатак сакавіка 2022 года [13] .

Трэцяй ракетай-носьбітам звышцяжкога класа ў Расіі можа стаць РН класа « Енісей », дэталёвы план-графік стварэння якой быў падпісаны ў пачатку студзеня 2019 года. Будаўніцтва інфраструктуры пад ракету пачнецца ў 2026 годзе, першы палёт запланаваны на 2028 год з касмадрома Усходні . Новая расійская звышцяжкіх РН будзе выводзіць на нізкую калязямную арбіту больш за 70 тон грузу і забяспечваць палёты ў далёкі космас [14] .

Гл. Таксама

нататкі

  1. 1 2 БСЭ, 1975 .
  2. Дорнбергер, 2004 .
  3. Горкин, 2006 .
  4. БСЭ, 1975 : «Р.-н. можна ўмоўна падзяліць на след. класы: лёгкія (да 500 кг), сярэднія (да 10 т), цяжкія (да 100 т), звышцяжкія (св. 100 т). ».
  5. Брэ : «РН падзяляюцца на лёгкія (да 5 т, напр.,« Космас »,« Вега »), сярэднія (5-20 т," Саюз "," Зеніт "), цяжкія (20-100 т,« Пратон -М »,« Арыян-5 »), звышцяжкія (св. 100 т,« Н-1 »,« Энергія »)».
  6. McConnaughey .
  7. Клюшников В. Ю. Ракеты-носьбіты звышлёгкага класа: ніша на рынку пускавых паслуг і перспектыўныя праекты. Частка 1 (рус.) // Паветрана-касмічная сфера: часопіс. - 2019. - 5 га верасня (№ 3). - С. 58-71. - ISSN 2587-7992 . - doi : 10.30981 / 2587-7992-2019-100-3-58-71 .
  8. Musk previews Busy Year Ahead FOR SpaceX .
  9. Block 5 Phone Presser .
  10. BIS Lunar Lander .
  11. ГКНПЦ імя М. В. Хруничева .
  12. NASA .
  13. www.nasaspaceflight.com .
  14. звышцяжкіх расійская ракета атрымала назву "Енісей" .

літаратура

спасылкі

На рускай:

На англійскай: