Ракета-носитель

Эта статья входит в число готовых статей
Материал из «Знание.Вики»

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].

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:

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

Примечания

  1. ↑ Ракета-носитель. Дата обращения: 19 мая 2023.
  2. ↑ Трофей победителя. Как немцы помогли СССР создать первую ракету.
  3. ↑ 3,0 3,1 РАКЕ́ТА-НОСИ́ТЕЛЬ. 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". ТАСС (10 марта 2022). Дата обращения: 29 мая 2023.
  9. ↑ Сверхтяжелая российская ракета получила название "Енисей". ТАСС (4 января 2019). Дата обращения: 19 мая 2023.
Источник — https://znanierussia.ru/articles/index.php?title=Ракета-носитель&oldid=997538