Ракета-носитель
Эта статья нуждается в дополнительных цитатах для проверки . ( август 2009 г. ) |
Часть серии о |
Космический полет |
---|
Портал космических полетов |
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 баллистической ракеты в форме многоступенчатая ракета , 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 свою полезную нагрузку на более низкую скорость 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 [ править ]
Масса на орбите [ править ]
Ракеты-носители классифицируются НАСА в зависимости от на низкой околоземной орбите : полезной нагрузки [7]
- Ракета-носитель малой грузоподъемности : <2000 кг (4400 фунтов) - например, Вега. [8]
- Ракета-носитель средней грузоподъемности : от 2 000 до 20 000 кг (от 4 400 до 44 100 фунтов) - например, Союз СТ. [9]
- Тяжелая ракета-носитель : от 20 000 до 50 000 кг (от 44 000 до 110 000 фунтов) - например, Ariane 5. [9]
- Сверхтяжелый подъемный автомобиль : > 50 000 кг (110 000 фунтов) - например, Saturn V. [10]
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 [ править ]
Орбитальный космический полет требует спутника или космического корабля ускорения полезной нагрузки до очень высокой скорости. В космическом вакууме силы реакции должны обеспечиваться выбросом массы, что приводит к уравнению ракеты . Физика космического полета такова, что ступени ракеты . для достижения желаемой орбиты обычно требуются [ нужна ссылка ]
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 с возможностью 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. твердотопливные ракетные Например, «Спейс Шаттл» восстановил и повторно использовал свои 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 ссылка ]
Например, Европейское космическое агентство отвечает за Ariane V , а United Launch Alliance производит и запускает Delta IV и Atlas V. ракеты [ нужна ссылка ]
Расположение стартовой платформы [ править ]
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 ссылка ]
Режимы полета [ править ]
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 ссылка ]
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 ссылка ]
Распределенный запуск [ править ]
Распределенный запуск предполагает достижение цели с помощью нескольких запусков космических аппаратов. Большой космический корабль, такой как Международная космическая станция, в космосе может быть построен путем сборки модулей на орбите или передачи топлива , что значительно увеличит дельта-V возможности 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] Разработка ракет-носителей со встроенными возможностями распределенного запуска началась в 2017 году с разработкой 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 [ править ]
После 1980 г., но до 2010-х гг., две орбитальные ракеты-носители разработали возможность возвращения на космодром (РТЛС). США Оба космических корабля — с одним из режимов прерывания [16] [17] — и советский Буран [18] имела заложенную возможность возврата части ракеты-носителя на стартовую площадку через механизм горизонтальной посадки 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 ссылка ]
В 2000-х годах SpaceX и Blue Origin ряд в частном порядке разработали технологий для поддержки вертикальной посадки разгонной ступени ракеты-носителя. После 2010 года компания SpaceX предприняла программу разработки по приобретению возможности возвращать и вертикально приземлять часть ракеты-носителя Falcon 9 орбитальной : первая ступень . Первая успешная посадка была совершена в декабре 2015 года. [19] с 2017 года ступени ракет 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 тот же ускоритель во втором суборбитальном полете в январе 2016 года. [22] К октябрю 2016 года Блю совершил повторный полет и успешно приземлился на одной и той же ракете-носителе в общей сложности пять раз. [23] Однако следует отметить, что траектории запуска обеих аппаратов сильно различаются: New Shepard движется прямо вверх и вниз, тогда как Falcon 9 должен отменить значительную горизонтальную скорость и вернуться со значительного расстояния вниз. [ нужна ссылка ]
И Blue Origin, и SpaceX также разрабатывают дополнительные многоразовые ракеты-носители. Blue разрабатывает первую ступень орбитальной РН 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] Его первая попытка запуска состоялась в апреле 2023 года; однако обе ступени были потеряны во время восхождения. [ нужна ссылка ]
См. также [ править ]
- Воздушный запуск на орбиту
- Список орбитальных систем запуска
- Сравнение орбитальных стартовых систем
- Список отмененных проектов ракет-носителей
- Список полетов человека в космос
- Хронология космического полета
- Запуск ракеты
- Космическая логистика
- Исследование космоса
- Новое пространство
- Ядерная тепловая ракета
Примечания [ править ]
- ^
- Циолковский, 1903, Исследование космического пространства с помощью ракетных устройств.
- Годдард, 1919, «Метод достижения экстремальных высот».
- Оберт, 1923, Ракета в планетарные просторы.
Ссылки [ править ]
- ^ «НАСА уничтожило модернизацию системы запуска «раненых» на KSC» . Флорида сегодня. Архивировано из оригинала 13 октября 2002 г.
- ^ Хилл, Джеймс В.Х. (апрель 1999 г.), «Добраться до низкой околоземной орбиты» , «Космическое будущее» , заархивировано из оригинала 19 марта 2012 г. , получено 18 марта 2012 г.
- ^ «Спутник | Спутники, история и факты | Британика» . www.britanica.com .
- ^ Сиддики, Асиф А. (2000). Вызов Аполлону: Советский Союз и космическая гонка, 1945–1974 гг .
- ^ «Юрий Гагарин: первый человек в космосе» . НАСА . Проверено 8 января 2023 г.
- ^ «Этот день в истории: советский космонавт Валентина Терешкова становится первой женщиной в космосе» . History.com. 16 июня 1963 года . Проверено 8 января 2023 г.
- ^ 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»
- ^ «Услуги по запуску — основные этапы» . Арианспейс . Проверено 19 августа 2014 г.
- ↑ Перейти обратно: Перейти обратно: а б «Добро пожаловать во Французскую Гвиану» (PDF) . arianespace.com . Арианспейс. Архивировано из оригинала (PDF) 23 сентября 2015 года . Проверено 19 августа 2014 г.
- ^ 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 грузоподъемном средстве… требуется «сверхтяжелая» ракета-носитель… дальность полета от 25 до 40 м, устанавливающая условный нижний предел размера сверхтяжелого подъемника. ракета-носитель, если доступна дозаправка... это явно благоприятствует минимальной грузоподъемности примерно 50 тонн..."
- ^ «СС-520» . space.skyrocket.de . Проверено 2 июня 2020 г.
- ^ 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.
- ^ 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.
- ^ Чунг, 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.
- ^ Фауст, Джефф (29 сентября 2017 г.). «Маск представляет обновленную версию гигантской межпланетной стартовой системы» . Космические новости . Проверено 23 марта 2018 г.
- ^ «Возвращение на стартовую площадку» . НАСА.gov . Архивировано из оригинала 15 апреля 2015 года . Проверено 4 октября 2016 г.
- ^ «Эволюция прерывания космического корабля» (PDF) . ntrs.nasa.gov . 26 сентября 2011 года . Проверено 4 октября 2016 г.
- ^ Хандверк, Брайан (12 апреля 2016 г.). «Забытый советский космический челнок мог летать сам» . Нэшнл Географик . Национальное географическое общество . Архивировано из оригинала 15 апреля 2016 года . Проверено 4 октября 2016 г.
- ^ Ньюкомб, Алисса; Дули, Эрин (21 декабря 2015 г.). «Историческая посадка ракеты SpaceX прошла успешно» . Новости АВС . Проверено 4 октября 2016 г.
- ^ Спаркс, Дэниел (17 августа 2016 г.). «SpaceX запустила шестую ракету и приближается к возможности повторного использования» . Лос-пестрый дурак . Проверено 27 февраля 2017 г. .
- ^ 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.
- ^ Фауст, Джефф (22 января 2016 г.). «Blue Origin запускает суборбитальный корабль New Shepard» . Космические новости . Проверено 1 ноября 2017 г.
- ^ Фауст, Джефф (5 октября 2016 г.). «lue Origin успешно тестирует систему прерывания New Shepard» . Космические новости . Проверено 8 октября 2016 г.
- ^ Фауст, Джефф (15 октября 2017 г.). «Маск предлагает более подробную техническую информацию о системе BFR — SpaceNews.com» . SpaceNews.com . Проверено 23 февраля 2018 г.