| |
РАКЕТА-НОСИТЕЛЬ
Конструкции ракет-носителей, в значительной степени
определяющиеся типом применяемого двигателя, справедливо относятся к вершинам технической мысли.
Существует так называемая формула Циолковского, согласно которой конечная скорость
ракеты равна произведению скорости истечения реактивной струи на натуральный логарифм
отношения масс заправленной и пустой машины. Величина первой космической скорости
однозначно задана размерами и массой Земли и равна, как уже говорилось, приблизительно
8 км/с. Скорость истечения реактивной струи для лучших существующих ЖРД составляет
около 4,5 км/с (чаще 3,8 км/с), а у твердотопливных — ещё меньше. Следовательно,
масса носителя с топливом должна быть по крайней мере в шесть раз больше, чем без топлива!
Конструкция носителей с ЖРД прошла долгий путь развития и совершенствования.
Сначала нагрузки от двигателя (ускорение и вибрации) и набегающего воздушного потока
воспринимал жёсткий каркас, к которому крепились топливные баки. Потом — и это явилось
колоссальным шагом вперёд — воспринимать все нагрузки стали сами баки. Более того, их
начали надувать, что позволило значительно облегчить конструкцию без снижения её жёсткости
(вспомните, насколько прочен надутый воздушный шарик).
Впереди ракеты находится отсек полезного груза. Выводимый на орбиту спутник, или
космический корабль, или модуль орбитальной станции закрывается головным обтекателем,
который защищает конструкцию от набегающего потока воздуха и, как правило, сбрасывается
после прохождения плотных слоев атмосферы — на высоте около 40 км.
В двигательном отсеке, в хвостовой части, находятся маршевые и (если есть) рулевые
двигатели с приводами. (Силовая конструкция этого отсека зачастую является той опорой,
которая удерживает ракету на стартовом столе?) Здесь же устанавливается огневая защита,
предотвращающая попадание в отсек газов, истекающих из двигателей (в лабиринте стартовых
газоотводов и в разрежённых верхних слоях атмосферы газы могут обволакивать корпус аппарата).
Управляют носителем в полёте либо специальными рулевыми двигателями, либо поворачивая
камеры или сопла маршевых агрегатов. На твердотопливных двигателях используют ещё один
способ: в сопло вдувают газ, смещая вбок реактивную струю.
|
|
Все современные ракеты-носители многоступенчатые. По мере выгорания топлива ступени
с опустевшими баками отделяются от ракеты и падают на Землю. При этом заметно уменьшается
масса аппарата, а кроме того, по мере подъёма можно переходить на другое топливо и
двигатели оптимальной для данной высоты конструкции — в разрежённой атмосфере размеры
сопла должны быть в несколько раз больше, чем у поверхности Земли.
Космическую технику приходится
не только выводить в космос, но и возвращать на Землю. Спускаемые аппараты с экипажем
и приборами на борту приземляются на парашютах. Попытки «спасти» отработанные первые ступени,
оснастив их крыльями или парашютами, успехом не увенчались: системы после полёта и
приземления становятся ненадёжными.
Поэтому избрали другой путь — создание аппаратов многоразового использования.
В нашей стране был построен корабль «Буран», в США — серия космических челноков типа
«Шаттл» различного назначения.
Многоразовые корабли напоминают реактивный самолёт с треугольным крылом. Кабина экипажа
герметизирована, а грузовой отсек в космосе может открываться, «выпуская» спутник или
выгружая конструкции орбитальной станции. «Шаттлы» могут оснащаться стыковочным узлом
с переходными отсеками, которые позволяют им причаливать к станции «Мир» и международной
космической станции (её строительство началось в 1998 г.).
Запускают челноки при помощи пороховых ускорителей первой ступени и ЖРД — в него
поступает горючее из огромного бака второй ступени. Ускорители и опустевший бак сбрасываются.
Спуск на Землю осуществляется в режиме планирования, с выключенным двигателем. Система
наведения сажает аппарат на аэродром, как обыкновенный самолёт.
При входе в плотные слои атмосферы поверхность аппарата порой разогревается до 1000 °С.
Поэтому его носовая часть и передние кромки крыльев выложены керамическими плитками,
спасающими кабину от перегревания, а саму конструкцию — от разрушения. |
|
Американский космический корабль многоразового использования «Шаттл» на орбите.
Створки грузового люка открыты; виден герметичный отсек для астронавтов,
соединённый переходным коридором в форме трубы с люком в стыковочном узле. |
СВЕРХТЯЖЁЛЫЙ НОСИТЕЛЬ Н1
Н1 —сверхтяжёлый носитель, который предназначался
для пилотируемого полёта на Луну. Однако задумывался Н1 как многоцелевой, в
частности и для военных нужд. «Лунный» вариант обозначался как Н1-ЛЗ и имел
следующие характеристики: длина — 105 м; диаметр — 16 м; стартовая масса — 2750 т;
грузоподъёмность — 95 т на орбиту высотой 220 км.
Конструкция Н1 уникальна для машин такого класса. На трёх ступенях использованы
подвесные сферические топливные баки, причём топливопроводы из верхнего
(керосинового) бака на каждой ступени проходят по внешней поверхности обшивки.
На первой ступени установлено 30 ЖРД, на второй — 8, на третьей — 4.
В 1969—1974 гг. проведено четыре пуска, окончившихся авариями, после чего
работы были прекращены. |
|
Схема ракетно-космического комплекса Н1-ЛЗ (в составе трёхступенчатой
ракеты Н1 и лунного комплекса ЛЗ). |
«САТУРН-5»
«Сатурн-5» — сверхтяжёлая ракета-носитель (США),
предназначенная для доставки человека на Луну; использовалась для запуска
пилотируемой орбитальной станиии «Скайлэб». Разрабатывалась под руководством
Вернера фон Брауна. Длина — 102 м; диаметр — 10,1 м; стартовая масса — 3038,5 т;
полезный груз — 118 т на низкую околоземную орбиту, 47 т на траекторию к Луне;
топливо на первой ступени — керосин и жидкий кислород, на второй и третьей — жидкие
водород и кислород.
Лётные испытания «Сатурна-5» начались 9 ноября 1967 г., и все 13 пусков прошли
успешно. Последний раз носитель стартовал 14 мая 1973 г. |
|
Запуск ракеты «Сатурн-5». |
