Сколько ступеней у ракеты
Перейти к содержимому

Сколько ступеней у ракеты

  • автор:

Сколько ступеней у ракеты

Ракета-носитель

Ракетой-носителем называется многоступенчатая ракета, предназначенная для выведения в космическое пространство полезных нагрузок: космических аппаратов, технических устройств, предметов, веществ, материалов. Обычно она имеет от двух до пяти ступеней.

Ракеты-носители классифицируются по массе полезной нагрузки, которую они могут вывести на круговую орбиту минимально возможного радиуса с высотой около 200 километров над поверхностью Земли. Можно выделить четыре их типа: легкий — типа Космос-2, Taurus, Pegasus, Conestoga, J-1, M-5 с грузоподъемностью 0,5-1,5 тонны; средний — типа Союз, Молния, Циклон-2, Delta-2, Atlas с грузоподъемностью 3, 5- 7 ,5 тонн; тяжелый — типа Протон, Зенит-2, Titan-4, Delta-3, Ariane-5 с грузоподъемностью 1 0-2 5 тонн; сверхтяжелый — типа Энергия, Saturn-5 с грузоподъемностью 80-120 тонн. Кроме того, в России начинают использовать для запусков космических аппаратов конверсионные — снятые с вооружения ракеты: Старт, Рокот, Днепр с грузоподъемностью 1-4,2 тонн. См. также Космодром.

После вывода ракетой-носителем полезной нагрузки на промежуточную орбиту (см. Орбита, промежуточная) для дальнейших маневров — выведения космического аппарата на рабочую орбиту или межпланетную траекторию — часто применяются разгонные блоки. В сущности, они представляют собой последние ступени ракет-носителей. Иногда для таких маневров применяются собственные, называемые маршевыми, ракетные двигатели космического аппарата.

Многоступенчатая ракета

Ракета, у которой ракета-носитель включает более чем одну ступень. Ступень – это отделяемая в процессе полета часть ракеты, включающая агрегаты и системы, завершившие свое функционирование к моменту отделения. Главной составной частью ступени является двигательная установка (см. Ракетный двигатель) ступени, время функционирования которой определяет время функционирования других элементов ступени.

Двигательные установки, принадлежащие разным ступеням, могут функционировать как последовательно, так и параллельно. При последовательном функционировании маршевая двигательная установка последующей ступени включается после завершения работы маршевой двигательной установки предыдущей ступени. При параллельном функционировании маршевые двигательные установки смежных ступеней работают вместе, но двигательная установка предшествующей ступени завершает функционирование и отделяется до завершения работы последующей ступени. Номера ступеней определяются по порядку их отделения от ракеты.

Прообразом многоступенчатых ракет являются составные ракеты, у которых не предполагалось последовательно отделять отработавшие части. Впервые о составных ракетах упоминается еще в XVI веке в работе «О пиротехнике» (Венеция, 1540) итальянского ученого и инженера Ванноччо Бирингуччо (1480-1539).

В XVII веке польско-белорусско-литовский ученый Казимир Семинович (Семинавичус) (1600-1651) в своей книге «Великое искусство артиллерии» (Амстердам, 1650), которая на протяжении 150 лет являлась основополагающим научным трудом по артиллерии и пиротехнике, приводит чертежи многоступенчатых ракет. Именно Семенович, по мнению многих специалистов, является первым изобретателем многоступенчатой ракеты.

Первый патент в 1911 на многоступенчатую ракету получил бельгийский инженер Андре Бинг. Ракета Бинга перемещалась за счет последовательного подрыва пороховых шашек. В 1913 обладателем патента стал американский ученый Роберт Годдард. В конструкции ракеты Годара предусмотрено последовательное отделение ступеней.

В начале XX века исследованием многоступенчатых ракет занимался целый ряд известных ученых. Наиболее значительный вклад в идею создания и практического использования многоступенчатых ракет внес К.Э. Циолковский (1857-1935), изложивший свои взгляды в работах «Ракетные космические поезда» (1927) и «Наибольшая скорость ракеты» (1935). Идеи Циолковского К.Э. получили широкое распространение и реализацию.

В РВСН первой многоступенчатой ракетой, принятой на вооружение в 1960 году, была ракета Р-7 (см. Ракета стратегического назначения). Двигательные установки двух ступеней ракеты, размещенные параллельно, использующие в качестве компонентов топлива жидкий кислород и керосин, обеспечивали доставку 5400 кг. полезной нагрузки на дальность до 8000 км. Достигнуть тех же результатов одноступенчатой ракетой было невозможно. Кроме того, на практике было установлено, что при переходе от одноступенчатой к двухступенчатой конструкции ракеты можно добиваться многократного увеличения дальности при менее значительном росте стартовой массы.

Это преимущество ярко проявилось при создании одноступенчатой ракеты средней дальности Р-14 и двухступенчатой межконтинентальной ракеты Р-16. При сходстве основных энергетических характеристик дальность полета ракеты Р-16 больше, чем ракеты Р-14 в 2,5 раза, при этом ее стартовая масса больше только в 1,6 раза.

При создании современных ракет выбор числа ступеней определяется многими факторами, а именно, энергетическими характеристиками топлив, свойствами конструкционных материалов, совершенством конструктивного исполнения агрегатов и систем ракеты и др. Также учитывается, что конструкция ракеты с меньшим числом ступеней проще, ее стоимость ниже, время создания короче. Анализ конструкции современных ракет позволяет выявить зависимость числа ступеней от вида топлива и дальности полета.

Ракета-носитель

Раке́та-носи́тель (РН), раке́та косми́ческого назначе́ния (РКН) — ракета, предназначенная для вывода и доставки полезной нагрузки в космическое пространство: космических аппаратов, технических устройств, космонавтов, предметов, веществ, материалов. Обычно она имеет от двух до пяти ступеней [1] .

  • 1 Классификация
    • 1.1 Количество ступеней
    • 1.2 Расположение ступеней
    • 1.3 Используемые двигатели
    • 1.4 Масса полезной нагрузки
    • 1.5 Повторное использование
    • 1.6 Присутствие человека

    Классификация

    Запуск ракеты-носителя «Союз»

    Ракеты-носители различаются по типу старта, количеству и расположению ступеней, используемым двигателям и массе полезной нагрузки. Обычно они запускаются вертикально, хотя возможен и воздушный старт. Одноступенчатые ракеты-носители не могут выводить полезную нагрузку в космос, но существуют проекты с одной ступенью или воздушным носителем. Ракеты-носители могут быть расположены различными способами и использовать разные типы маршевых двигателей. Классификация по массе полезной нагрузки на низкую опорную орбиту является условной и меняется со временем. Наиболее распространены одноразовые многоступенчатые ракеты-носители, а термин «ракета-носитель» может использоваться для обозначения ракет, предназначенных для доставки полезной нагрузки в космос или на отдаленные районы Земли, включая искусственные спутники, космические корабли и ядерные боевые блоки.

    Ракеты-носители отличаются от некоторых авиационно-космических систем(АКС) тем, что они запускаются вертикально или реже — воздушно.

    Количество ступеней

    На данный момент не существует одноступенчатых ракет-носителей, которые могли бы доставить полезную нагрузку на орбиту Земли. Несмотря на это, есть проекты различной степени проработки, такие как «КОРОНА» и HEAT-1X. Иногда ракеты с воздушным носителем или ускорителями могут быть классифицированы как одноступенчатые. Существует несколько баллистических ракет, которые могут достичь космического пространства, включая первую баллистическую ракету «Фау-2», но ни одна из них не может выйти на орбиту искусственного спутника Земли [2] .

    Расположение ступеней

    • продольная компоновка (тандемная), у которой ступени расположены одна за другой и работают в полёте поочерёдно (РН «Зенит-2», «Протон», «Дельта-4»);
    • параллельная компоновка (пакетная), при которой несколько блоков, расположенных параллельно и относящихся к разным ступеням, работают в полёте одновременно (РН «Союз»);
      • условно-пакетная компоновка (т. н. полутораступенчатая схема), в которой используются общие топливные баки для всех ступеней, от которых питаются стартовые и маршевые двигатели, запускающиеся и работающие одновременно, по завершении работы стартовых двигателей сбрасываются только они;
      • компоновка «спаржа» (термин введён аэрокосмическим инженером Эдом Кейтом, одним из создателей этой компоновки), в которой используются насосы, перекачивающие топливо из боковых ступеней в центральную. Эта схема использовалась в первоначальном проекте ракеты-носителя Falcon Heavy, от которого впоследствии отказались из-за сложности технической реализации схемы.

      Используемые двигатели

      В качестве маршевых двигателей могут использоваться:

      • жидкостные ракетные двигатели;
      • твердотопливные ракетные двигатели;
      • различные комбинации на разных ступенях.

      Масса полезной нагрузки

      Классификация ракет по массе полезной нагрузки (ПН), выводимой на низкую опорную орбиту (НОО), меняется с течением времени и развитием технологий и является достаточно условной [3] :

      Класс ракеты-носителя Масса полезной нагрузки на НОО
      по БСЭ [4] по БРЭ [3] НАСА [5]
      Лёгкий до 500 кг до 5 т до 2 т
      Средний 0,5—10 т 5—20 т 2—20 т
      Тяжёлый 10—100 т 20—100 т 20—50 т
      Сверхтяжёлый свыше 100 т свыше 100 т свыше 50 т

      Выделяется класс сверхлёгких ракет-носителей, способных доставить на НОО полезную нагрузку массой до 500 килограмм.

      Повторное использование

      Одноразовые ракеты наиболее распространены как в пакетной, так и в продольной схеме, благодаря максимальному упрощению всех элементов, что обеспечивает высокую надежность. Однако, чтобы достичь орбитальной скорости, одноступенчатой ракете необходима конечная масса, не превышающая 7-10 % от стартовой массы, что делает их трудно реализуемыми и экономически неэффективными из-за низкой массы полезного груза. В мировой космонавтике практически не создавались одноступенчатые ракеты-носители, только полутораступенчатые модификации. Многоступенчатые ракеты позволяют значительно увеличить отношение массы выводимой полезной нагрузки к начальной массе ракеты, но требуют отведения территорий для падения промежуточных ступеней.

      Пока ещё не существует полностью многоразовых ракет-носителей из-за необходимости применения высокоэффективных сложных технологий, таких как двигательные установки и теплозащита. Хотя существуют проекты разработки многоразовых носителей, такие как ROTON, Kistler K-1, АКС VentureStar и другие, но они не были реализованы. Некоторые МТКС, такие как американская «Спейс шаттл» и советская программа «Энергия-Буран», были частично многоразовыми, но не смогли обеспечить снижение стоимости доставки грузов на орбиту. Ракета-носитель Falcon 9 является частично многоразовой, где первая ступень может использоваться до 10 и более раз с минимальным межполётным обслуживанием [6] .

      Присутствие человека

      Ракеты, предназначенные для перевозки людей, должны обладать высокой надежностью и иметь систему аварийного спасения, а также ограниченные перегрузки (обычно не более 3-4,5 g). Ракета-носитель является автоматической системой, которая выводит космический корабль с экипажем на борту в космическое пространство. Корабль может быть пилотируемым или не пилотируемым и содержать различных специалистов, включая инженеров, исследователей, медиков и космических туристов.

      История

      «Спейс шаттл» или просто «Шаттл»

      С самых древних времен человечество использовало реактивное движение в ракетном оружии, например, в Китае и Индии. Однако скорости этих ракет были намного меньше, чем первой космической.

      В 1897 году Константин Циолковский исследовал ряд задач реактивного движения и определил скорость, которую может развивать летательный аппарат под воздействием тяги ракетного двигателя. В 1903 году он опубликовал работу, посвященную теоретическому обоснованию возможности осуществления межпланетных полетов с помощью реактивного летательного аппарата — «ракеты» [7] .

      В 1911-1912 годах была опубликована вторая часть этой работы, а в 1914 году — дополнение. Константин Циолковский и Фридрих Цандер пришли к выводу, что космические полеты возможны и указали практические схемы их реализации. Сегодня существуют мощные ракеты-носители, такие как американские Space Launch System и Falcon Heavy частной компании SpaceX, которые используются для перевозки людей и грузов в космос.

      Первый теоретический проект ракеты-носителя был разработан в 1939 году Британским межпланетным обществом и назывался «Lunar Rocket». Он основывался на технологиях, существующих в 1930-х годах, и не имел фантастических допущений. Однако из-за начала Второй мировой войны работы по проекту были прерваны.

      В 1957 году советская Р-7 («Спутник») стала первой в мире ракетой-носителем, которая доставила груз («Спутник-1») на орбиту. СССР и США стали космическими державами, используя свои собственные ракеты-носители.

      Ракеты, предназначенные для перевозки людей, должны быть надежными и иметь систему аварийного спасения, а также ограниченные перегрузки. Корабль может быть пилотируемым или не пилотируемым и содержать различных специалистов, включая инженеров, исследователей, медиков и космических туристов.

      Существуют мощные ракеты-носители, такие как американские Space Launch System и Falcon Heavy частной компании SpaceX. Ранее были созданы ещё более мощные ракеты-носители сверхтяжелого класса, такие как американская РН «Сатурн-5» и советская РН «Н-1», а также советская «Энергия». Однако в настоящее время они не используются [8] .

      Проектируемые сверхтяжёлые РН

      Третьей ракетой-носителем сверхтяжёлого класса в России может стать РН класса «Енисей», детальный план-график создания которой был подписан в начале января 2019 года. Строительство инфраструктуры под ракету начнётся в 2026 году, первый полёт запланирован на 2028 год с космодрома Восточный. Новая российская сверхтяжелая РН будет выводить на низкую околоземную орбиту более 70 тонн груза и обеспечивать полёты в дальний космос [9] .

      См. также

      • Первые искусственные спутники Земли различных стран мира
      • Ракета-носитель многоразового применения
      • Список ракет-носителей
      • Список первых посадок на небесные тела
      • Хронология первых космических запусков по странам
      • Первые полёты космонавтов различных стран мира

      Примечания

      1. ↑Ракета-носитель(рус.) . Дата обращения: 19 мая 2023.
      2. ↑Трофей победителя. Как немцы помогли СССР создать первую ракету(рус.) .
      3. ↑ 3,03,1РАКЕ́ТА-НОСИ́ТЕЛЬ(рус.) . БРЭ. Дата обращения: 19 мая 2023.
      4. Г. А. Назаров.Ракета-носитель(неопр.). БСЭ. Дата обращения: 19 мая 2023.
      5. National Aeronautics and Space Administration.DRAFT LAunch PRoPuLsion sysTems. — Washington, 2010.
      6. ↑Musk анонсирует напряженный год вперед для SpaceX(англ.). Космический полет сейчас (4 апреля 2017). Дата обращения: 19 мая 2023.
      7. ↑ Исследование мировых пространств реактивными приборами. — Научное обозрение, 1903. — С. 44—75.
      8. Василий Кучушев.Ракета-носитель «Протон»(рус.) . ТАСС (10 марта 2022). Дата обращения: 29 мая 2023.
      9. ↑Сверхтяжелая российская ракета получила название «Енисей»(рус.) . ТАСС (4 января 2019). Дата обращения: 19 мая 2023.

      Данная статья имеет статус «готовой». Это не говорит о качестве статьи, однако в ней уже в достаточной степени раскрыта основная тема. Если вы хотите улучшить статью — правьте смело!

      • Знание.Вики:Cite web (неверный код языка)
      • Знание.Вики:Готовые статьи по астрономии
      • Все статьи
      • Космос
      • Космическое пространство
      • Ракеты-носители СССР
      • Ракетно-космические компании и предприятия России
      • Ракетная техника
      • Ракетно-космическое машиностроение
      • Топливо
      • Искусственные спутники
      • Луна
      • Земля (астрономический объект)

      В поисках «Союза»: как ищут отделившиеся при запуске части ракеты

      Екатерина Киселева​/ ТАСС

      Одна из их последних находок — части «Союза 2.1б», запуск состоялся в конце марта с космодрома Восточный. Первый раз ракета отсюда отправилась пять лет назад — в апреле 2016 года. С тех пор стартовали еще шесть «Союзов». Очередной успешный пуск был 25 марта, и в тот же день группа отправилась на поиски отделяющихся частей ракеты-носителя — за два дня все четыре боковых блока были найдены. Теперь их предстоит вывезти из тайги.

      «Траектория падения отделяющихся ступеней рассчитана заранее, поэтому есть понимание, в каком районе вести поиски. В этот раз повезло: в первый день были обнаружены три боковых блока, во второй — еще один. Все они упали в расчетном месте внутри района падения на расстоянии около пяти километров друг от друга», — рассказал Александр Двуреченский, начальник отдела НИИ стартовых комплексов имени В. П. Бармина (филиал АО «ЦЭНКИ»).

      Линия падения ракет рассчитывалась еще при проектировании космодрома и стала одним из преимуществ Восточного, поскольку не проходит над густонаселенными территориями или иностранными государствами. Места, где можно найти обломки, расположены в малонаселенных районах или в нейтральных водах — в основном это север Амурской области и соседняя Якутия.

      Готовясь к старту, Роскосмос информирует правительство Амурской области, чтобы то предупредило о запуске местных жителей: важно, чтобы рыбаки, охотники и рабочие расположенных на этой территории предприятий эвакуировались. В день пуска проводится контрольный облет: если никого нет, то в Роскосмос и правительство региона отправляют телеграмму «Район падения подготовлен, люди отсутствуют, можно запускать».

      В поисках частей ракеты

      Как правило, в составе поисковой группы от шести до восьми человек. Это представители Роскосмоса, районной администрации, экологи, сотрудники МЧС. Чаще всего ступени находят члены экипажа с десятилетним опытом работы.

      Читайте также
      Ракета «Союз-2.1б» со спутниками связи OneWeb стартовала с космодрома Восточный

      Специалисты вылетают на поиски на вертолете из города Зеи. Это происходит сразу после сообщения о пуске на Восточном.

      Боковые блоки первой ступени отделяются со 118 секунды полета ракеты. Достигнув высоты порядка 80 километров, они падают на землю. Четырехтонные части ракеты накалены, но достаточно быстро остывают, и исходящий от них пар — один из ориентиров для поисковой группы.

      «Зимой поиски усложнены тем, что боковые блоки по цвету близки к белому, на фоне снега сразу не разглядеть. Если отсрочить начало работ, их может занести снегом, и тогда на поиски потребуется больше времени», — пояснил Двуреченский и добавил, что в теплое время года существует другая проблема — места заболочены, и вертолету вблизи упавших блоков сложно сесть.

      В этот раз, как и в абсолютном большинстве случаев, части ракеты обнаружили в границах обозначенного района падения — участок размерами 50 километров с севера на юг и 30 километров с запада на восток. Командир экипажа разглядел части ракеты среди деревьев с высоты около 1,3 километра. Это место считается глухой тайгой, ближайший населенный пункт находится в 20 километрах — поселок Горный, где проживают около 760 человек. Жители рассказывают, что при падении махины слышали гул.

      Детали перевозки

      Найденные части готовят к транспортировке. Для этого недалеко от места падения расчищают площадку, с которой их будут вывозить вертолетом. «Когда боковые блоки упали целенькими, специалисты бензорезом проделывают в них отверстия, заводят стропы. Затем вертолет с тросом внешней подвески зависает над ступенью, происходит строповка, вертолет поднимается и переносит груз на заранее подготовленную для его посадки площадку. Там специалисты пилят [фрагменты] на куски размерами два на три или один на девять метров, складывают в вертолет или подвешивают в авиационных стальных сетях и на внешней подвеске транспортируют в Зею. Оттуда — на космодром», — сказал Двуреченский.

      «Космический груз» доставляют на место за 10–14 дней, где он остается на хранение с перспективой утилизации. За пять лет на Восточном складировали более 90 тонн фрагментов ракет.

      Читайте также
      Строительство инфраструктуры для пилотируемых пусков с Восточного начнется в 2025 году

      А вот если блоки при падении разбиваются на большее количество частей, специалисты делают облет территории в поисках и после принимают решение об их перевозке. У Роскосмоса есть обязательство — вывезти даже самые мелкие фрагменты. «В прошлый раз радиус разброса фрагментов составил до 100 метров. Но по регламенту максимально все были собраны», — сказал Двуреченский.

      Работая в тайге, специалисты не исключают встречи с дикими животными. Во время облета территории нередко видят пробегающих лосей, оленей. «Следы медведей видели, но самих животных не встречали. А вот работая на Алтае, наши сотрудники животное однажды встретили. Но этой встречи испугались не только они, но и сам медведь — убежал», — вспомнил случай собеседник ТАСС.

      Вопросы экологии

      Экологи на территории падения работают дважды — до запуска, собирая пробы земли, снега или воды, и после него — так же сбор проб, но уже на месте падения боковых блоков. «Самое главное — провести исследование на наличие нефтепродукта, то есть керосина. Кроме того, берут пробы на металлические элементы — кадмий, цинк и прочее. Результаты передаются правительству Амурской области для принятия решения», — сказал Двуреченский.

      Негативные послепусковые последствия для природы могут быть связаны с вероятностью лесных пожаров. Для Амурской области, которая и так считается одним из самых пожароопасных регионов в стране, предотвращение распространения огня важно.

      «Мы вместе с администрацией Зейского района и с нашими специалистами из АО «ЦЭНКИ» прорабатываем варианты более интенсивной пожарной безопасности, чтобы оперативно принять меры, когда будут пуски в мае», — отметил руководитель поисковой группы. Он добавил, что в холодное время года этой проблемы нет — соприкоснувшись с землей, вспыхнувшие блоки быстро потухают.

      По данным Роскосмоса, следующий запуск с космодрома Восточный запланирован на 26 апреля. Всего до конца года прогнозируется не менее шести стартов.

      Екатерина Киселева​

      © Информационное агентство ТАСС

      Свидетельство о регистрации СМИ №03247 выдано 02 апреля 1999 г. Государственным комитетом Российской Федерации по печати.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *