Роль космічної ракети, або ракети-носія – підняти корисне навантаження з земної поверхні до орбіти. Для цього ракета піднімає вантаж вище атмосфери і розганяє його до орбітальної космічної швидкості. Підйом і розгін відбуваються в загальному процесі виведення корисного навантаження на орбіту, в результаті якого досягається висота близько 200-300 км.
Більшість ракет-носіїв стартує вертикально з поверхні землі, поступово їх траєкторія все більше нахиляється. У польоті відбувається відділення ступенів, з яких зібрана конструкція ракети. Остання ступінь закінчує розгін і відділяється від корисного навантаження, що починає свій самостійний космічний політ. У пуску важлива не тільки досягнута швидкість, висота і нахил, але і точність виконання цих параметрів.
його величність двигун
Ракета розганяється силою тяги рухової установки, що включає один або декількох двигунів. Його величність двигун-найважливіша, складна і дорога частина ракети. Він виконує дві ключові завдання: спалює в камері згоряння паливо, в ході цього процесу виходить дуже гарячий і сильно стиснутий газ. І розганяє газ своїм реактивним соплом, створюючи силу тяги. Від того, наскільки правильно вирішуються обидва завдання, залежать ефективність двигуна і досконалість ракети. В якості основних двигунів ракет-носіїв частіше використовують рідинні ракетні двигуни, або жрд.
Рідинним він називається через палива, що складається з двох рідких речовин – пального і окислювача, – утворюють паливну пару. Вони вступають в хімічну реакцію горіння, в якій атоми пального віддають свої електрони беруть їх атомів окислювача і утворюють молекули газів. Для повноти згоряння пальне і окислювач потрібно подати в правильному співвідношенні і як можна краще перемішати. Це роблять форсунки, що знаходяться в форсункової голівці на початку камери згоряння. Обидва компоненти подаються в них з великим тиском багатьох десятків і сотень атмосфер, розпорошуючись в дуже тонку суспензію. Часто пальне і окислювач з’єднуються в загальній форсунці, перемішуючись в єдиному щільному факелі. Займання відбувається вже на початку факела форсунки, що розпилюється в полум’я зони горіння.gorenje. Великий тиск камери згоряння призводить до дуже швидкого згоряння. Хімічна енергія палива переходить в потенційну енергію продуктів згоряння, у формі високих температури і тиску газу.
схема камера згоряння і сопла на прикладі ракетного двигуна рд-107 ракети-носія «союз» і його чисельних параметрів.
Отриманий стиснений газ спрямовується в реактивне сопло, що складається з двох частин. Камера згоряння переходить в звужується частина сопла, де дозвуковий потік газу прискорюється. У самій вузькій частині сопла, званої критичним перетином, потік досягає швидкості звуку. Далі він потрапляє в розширюється частина сопла, стає надзвуковим і продовжує розганятися до самого зрізу сопла. Тиск і температура при цьому весь час знижуються, зате безперервно зростає швидкість потоку. Сопло перетворює потенційну енергію тепла і тиску газу в кінетичну енергію струменя, будучи тепловою машиною по розгону газу. Витікання струменя створює реактивну силу в зворотному напрямку; ця сила становить основну частину тяги двигуна. Чим швидше витікання газу з сопла, тим більше сила тяги. Ось навіщо струмінь розганяють до високої швидкості, на краю сопла вона може бути в три рази більше швидкості звуку.
Палива в камеру подається багато, згоряння йде з високими температурами близько трьох тисяч градусів і під великим тиском. Це робить камеру згоряння і сопло дуже навантаженими в силовому і тепловому плані.
Сопло розжарюється до білого кольору. Без охолодження стінок камери і сопла вони неминуче прогорять, і трапиться пожежа двигуна. Охолодження стінок камери і сопла організовується різними шляхами. У спеціально проточених тонких каналах в стінках сопла і камери течуть компоненти палива, знімаючи частину тепла зі стінок. Крім цього, в камері згоряння створюється пристінкова рідинно-крапельна завіса з пального. Сама камера виготовляється дуже міцною, щоб тримати величезний робочий тиск. Силова рама передає зусилля тяги від камери згоряння на корпус ракети.
Чим більше палива згорить в двигуні, тим більше тяга. Подачу палива в ррд забезпечує його друга найважливіша частина-турбонасосний агрегат, або тна. Він об’єднує головні насоси пального і окислювача, інші насоси і обертає їх газову турбіну. Тна працює вкрай напружено. Для створення великої витрати компонентів і високого тиску за насосами турбіна здійснює величезну роботу і має дуже велику потужність при компактних розмірах. Окрема камера згоряння тна спалює компоненти палива і направляє отриманий газ на лопатки турбіни. Відпрацьований газ за турбіною скидається за борт в двигунах відкритого циклу або йде на допалювання в основну камеру згоряння двигунів закритого циклу.
пуск ракети-носія ” союз-2.1 б» з розгінним блоком «фрегат» і 34 супутниками зв’язку oneweb 7 лютого 2020 року з космодрому байконур. Фото: роскосмос.
Нещодавно з’явилися надлегкі ракети, у якої в ррд немає тна. Насоси пального і окислювача обертають електромотори запасеної в акумуляторах енергією. Це надлегкі ракета-носій electron компанії rocket lab і ракета rocket компанії astra. Їх невеликі двигуни, які людина може утримати в одній руці, дозволяють використовувати електричний привід паливних насосів. Живляться електромотори від літій-полімерних батарей, що скидаються в польоті в міру їх розрядки.
При принциповій простоті конструкції робота двигуна в реальності досить складна. Газодинамічні процеси в двигуні непрості і вимагають правильної організації та управління. Так само складна розгалужена гідродинаміка рідких компонентів, теплообмінні справи – і інші динаміка, фізика і хімія. Робота двигуна може порушуватися нестійкими режимами. Якщо тиск в камері згоряння випадково виросте більше розрахункового, то перепад тиску з форсунок в камеру знизиться, це зменшить подачу палива в камеру. Менше надійде і згорить палива – тиск в камері знизиться, що збільшить перепад тиску на форсунках і призведе до подачі в камеру надлишку палива. Він згорить і створить стрибок тиску в камері – і цикл коливань тиску повториться. Такі пульсації тиску можуть мати частоту десятка разів в секунду і призводять до розгону цього коливального процесу до руйнування камери згоряння або до нестійкого горіння з падінням тяги. Така низькочастотна нестійкість двигуна.
зовнішній вигляд камери згоряння двигуна rs – 25 або ssme (space shuttle main engine, головний двигун спейс шаттла). Видно насиченість компонування і численність систем і підсистем, що забезпечують роботу двигуна. Кероване спалювання водню в кисні на практиці зовсім не така проста справа, як здається зі схем. Воно вимагає технічної витонченості, точного контролю, і опрацювання безлічі деталей. Фото автора, космічний центр ім. Кеннеді, флорида, сша.
Високочастотна нестійкість виникає у вигляді акустичних коливань всередині камери згоряння, що утворюють в її обсязі стоячі хвильові конфігурації різних форм. Багаторазово відбиваючись від стінок камери і зливаючись, акустичні коливання посилюються до невеликих ударних хвиль, з ростом тиску і температури у фронті хвилі. У місцях їх прилягання до стінок камери виникають локальні зони високого тиску і температури. У них можуть виникати прогари і руйнування. Також високочастотна нестійкість здатна погіршувати згоряння палива. Борються з цим видом нестійкості введенням в камеру особливих перегородок, розташуванням форсунок і іншими заходами.
Тягою двигуна необхідно управляти. Наприклад, при старті ракети-носія “союз” тяга двигунів рд-107 зростає не плавно, а ступінчасто. Після запалювання починається режим попередньої ступені тяги. Між іншим, на цьому етапі турбонасосний агрегат ще не запущений, насоси нерухомі, а гас і кисень просто самопливом ллються з баків в камери згоряння, як вода з водонапірної вежі. Але в камерах вони вже горять щосили, вириваючись назовні великими клубами вогню і висвітлюючи низ ракети яскравою протяжної спалахом. Якщо горіння нормальне і стійке, то включається режим першої проміжної щаблі тяги. Запускається і розкручується тна, витрата компонентів і тяга виростають, триває контроль роботи двигуна. Далі йде друга проміжна щабель. Тиск в магістралях і подача палива посилюються настільки, що тяга перевищує вагу ракети, і вона піднімається в повітря. І тільки через шість секунд підйому ракети двигун переводиться в режим головної тяги, на повну потужність. У інших ракет циклограми (точні і детальні послідовності дій) виходу двигунів на повну тягу можуть відрізнятися, але всі вони вимагають контролю параметрів роботиДвигуна сотні і тисячі разів на секунду. Керують величиною тяги зміною роботи турбіни тна або клапанами подачі компонентів палива. Управління напрямком тяги виробляють через рухливий хитний підвіс основних або керуючих камер згоряння, різницею тяги в багатокамерних рухових установках і іншими способами.
Вимкнення двигуна – теж складний процес. Відразу закрити головні клапани палива не можна: можуть виникнути гідроудари в магістралях. Ще потрібно знизити імпульс післядії-залишкову тягу після припинення подачі палива. Адже тяга падає до нуля не відразу і різко, а поступово, витрачаючи запас тиску в камері згоряння з допалюванням вже розпорошеного форсунками палива. При виключенні двигун спочатку переводять в знижений режим, знизивши подачу палива і тиск в камері. І лише потім подають команду на вимикання, яка припиняє подачу палива в камери згоряння.
Часто включення двигунів останнього ступеня буває дворазовим – в результаті першого включення ступінь з корисним вантажем виходить на опорну орбіту. Пізніше, коли ступінь дійшла в потрібну точку орбіти, роблять друге включення двигуна, що переводить щабель на іншу, цільову або перехідну орбіту. Запуск двигуна в невагомості вимагає осадження розплився по баках залишку палива до забірного отвору. Для цього включають невеликі твердопаливні двигуни-або двигуни орієнтації. Вони створюють невелику поздовжню перевантаження для зміщення залишків палива до нижнього днища бака. Потім роблять друге включення головного двигуна ступені з початком наступної фази виведення.
Паливо до двигуна надходить через трубопроводи – головні магістралі пального і окислювача, що йдуть всередині баків і рухового відсіку. Для кріогенного палива магістралі і канали в двигуні перед стартом потрібно охолодити слабкою подачею цих компонентів. Це називається захолаживанием двигуна. Подача робочих обсягів в неохолоджений двигун може привести до закипання там кріогенних компонентів і стрибка тиску в магістралях, що загрожує зупинкою подачі і зворотним викидом палива. Ще в трубопроводах не повинно виникати гідроударів і кавітації, а в забірних отворах в баках ставлять воронкогасители. Для боротьби зі шкідливими ефектами магістралі постачають буферними бачками, бустерними (попередніми) насосами та іншими пристроями.
Види палива для ракет-носіїв використовують різні: кріогенні у вигляді зріджених газів або висококиплячі, як гас або несиметричний диметилгідразин. Поширені паливні пари:» гас плюс кисень «і»водень плюс кисень”. Відходить у минуле отруйна паливна пара “азотний тетраоксид плюс несиметричний диметилгідразин”, сумнозвісний гептил. Освоюється перспективна пара»кисень плюс метан”. Найважливіші показники палива-кількість енергії, що отримується при спалюванні кілограма палива, щільність компонентів, що задає потрібний обсяг баків, і кріогенність, що вимагає теплозахисних заходів. Важлива вартість палива, екологічність, технологічність виробництва, транспортування, зберігання, інфраструктури для заправки, та інші характеристики. Наприклад, пара “азотний тетраоксид плюс несиметричний диметилгідразин” – самозаймиста, загоряється негайно при контакті компонентів, і для неї не потрібно займистих пристроїв.
Палива в ракеті багато-до 9/10 від її стартової маси. Вміщають його баки-досить складні конструкції. Баки з рідкими газами вимагають теплозахисту для запобігання не тільки нагріву вмісту, але і зовнішньої конденсації повітря в рідину: наприклад, на поверхні баків з рідким воднем. Усередині баків є перегородки, що знижують коливання палива в польоті. Бак повинен витримувати тиск наддуву для його нормальної роботи і багаторазовий вага палива в умовах перевантажень. Ще в баках є система термостатування, постійно перемішує кріогенний компонент, і не дає йому розшаровуватися. Інакше вгорі може виникнути нагрітий шар з його подальшим закипанням і стрибком тиску в баку аж до його руйнування. А система барботування продуває через масив компонента масу дрібних бульбашок, що перемішують його на тонкому рівні. Є система одночасного спорожнення баків, що узгоджує витрату пального і окислювача, що скорочує невикористовувані залишки палива. Є система наддуву, що забезпечує потрібний тиск в баку і його зміна перед стартом. Системи датчиків, з інформаційними лініями від них. І все вище перераховане-далеко не повний перелік обладнання.
запуск va233 ракети-носія аріан 5es 17 листопада 2016 з космічного центру гвіани (csg) у французькій гвіані. З боків центральної киснево-водневої ступені розташовані два твердопаливних прискорювача arp, кожен важить 277 т і розвиває тягу 630 тс. Фото: www.arianespace.com
Для запусків в космос широко використовуються і твердопаливні двигуни. Вони служать прискорювачами на етапі роботи першого ступеня, створюючи іноді половину або навіть 4/5 злітної тяги. Твердим паливом служить суміш мінерального окислювача, зазвичай перхлорату амонію, і алюмінієвого пилу в якості пального. Ці подрібнені компоненти склеєні полімерним сполучною, синтетичною гумою під назвою полібутадієнакрилонітрил, або бутадієн-нітрильний каучук (бнк). Він містить багато вуглецю і водню, і є теж пальним. Енергетика твердопаливних двигунів гірше рідинних. Але вони дешевше і простіше в експлуатації. При компактних розмірах твердопаливні двигуни видають велику тягу, найбільші з них стали найпотужнішими двигунами, створеними людиною. Ракети-носії використовують твердопаливні прискорювачі в кількості від одного до шести, прикріплені з боків першого ступеня з ррд і скидаються після вигорання палива. А іноді і самі ракети-носії бувають повністю твердопаливними, або містять в своєму складі твердопаливні ступені.
Ракета-носій ділиться на ступені, зазвичай на дві або три. Це потрібно для відкидання спорожнілої під час польоту паливної тари, щоб не витрачати паливо марно на її розгін. Розподіл на ступені буває різним-поперечним, поздовжнім і комбінованим. Ракета “союз”, що піднімає космонавтів на орбіту, має пакетну схему: центральний блок оточений чотирма бічними блоками. На старті всі працюють разом, а після вироблення палива бічні блоки відокремлюються. Центральний блок далі працює в якості другого ступеня, а після вироблення палива він відділяється від третього ступеня, яка завершує виведення на орбіту.
Паливні пари ступенів можуть бути однаковими або різними. Наприклад, всі ступені ракет “союз” або falcon 9 – киснево-гасові, а у ракети delta-4 heavy – киснево-водневі. Навпаки, у ракет saturn – 5 і atlas v перший ступінь киснево-гасова, а інші – киснево-водневі. Сходинки з’єднані перехідними відсіками, що передають зусилля з нижньої ступені на верхню. Поділ ступенів має бути ненаголошеним, щоб нижня не наздогнала верхню імпульсом післядії і не стукнула в неї. Перша ступінь завжди найбільша і масивна. Вона працює до висот 40-60 кілометрів, пару з гаком хвилин польоту, а після відділення руйнується в районах падіння. Другий ступінь виводить корисне навантаження на орбіту – або повторює долю першого ступеня, якщо є третій ступінь, яка і досягає космічної швидкості.
Під час польоту конструкція ракети відчуває найрізноманітніші навантаження. Атмосфера створює сили аеродинамічного опору, що тиснуть на корпус. При кутах атаки з косим обдувом ракети виникає бічна аеродинамічна сила. Найбільше навантаження потоком досягається приблизно через хвилину польоту, відразу після досягнення швидкості звуку, на висоті восьми-дев’яти кілометрів. Для зниження втрат швидкості і захисту корисного навантаження від зустрічного потоку зверху ракети ставлять обтічник. З виходом ракети за атмосферу його скидають. Атмосфера також допомагає стабілізувати ракету: для цього на деяких перших щаблях є стабілізатори – наприклад, трикутні крильця на «союзі».
Стан прискорення в техніці називається перевантаженням. Величина прискорення порівнюється із середнім прискоренням сили тяжіння на поверхні землі, так виходить числовий вираз перевантаження. Ми з вами живемо в безперервній одиничної перевантаження земного тяжіння.
Конструкція ракети з усіма елементами, вузлами і агрегатами знаходиться і працює в умовах наростаючої перевантаження, захиститися від якої неможливо в принципі. Вага вузлів і агрегатів, вага палива в баках збільшується пропорційно перевантаженню: при дворазової – в два рази, при триразової – в три рази. Виростає і тиск палива в баках і магістралях. Це потрібно враховувати, закладаючи в конструкцію необхідний запас міцності. Перевантаження плавно зростає до трьох-чотирьох одиниць до кінця роботи кожного ступеня, а після її виключення різко падаєДо нуля, знову виростаючи подібним чином при роботі наступного ступеня.
Елементи ракети повинні бути міцними при найбільшій легкості. Тому в ракеті широко використовують сплави на основі алюмінію і магнію, останнім часом доповнюються виробами з вуглецевих композитних матеріалів. Втім, застосовується і сталь, і мідь, і золото; і багато інших матеріалів. Для твердопаливних прискорювачів застосовуються як сталеві корпуси, так і композитні, виконані намотуванням міцних ниток із закріпленням їх полімерними складами. На сучасній надлегкій ракеті electron компанії rocket lab використовується вуглецеве волокно, на основі якого зроблені баки для гасу і рідкого кисню.
Ракета являє собою складну динамічну систему, в якій одночасно йде величезна безліч процесів, діють різноманітні силові і теплові навантаження.
Паливо змінює свою масу і положення в баку, його поверхня може косо зміщуватися і розгойдуватися. З виробленням палива змінюється центр мас ракети. Різні вібрації охоплюють корпус, в одних місцях посилюючись, в інших слабшаючи, змінюючи один одного. Різні сили тиснуть на конструкцію, створюючи стискають, розтягують і крутять навантаження. Довгий корпус працює як згинається балка – з коливаннями кінців відносно один одного і центру мас ракети. У сукупності всіх впливів матеріал конструкції знаходиться в складному напруженому стані, що поєднує різноманітні статичні і динамічні навантаження.
Перша в світі ракета-носій, ще тільки створювана міжконтинентальна балістична ракета 8к71 (як балістична ракета вона відбулася вже після запуску першого супутника на орбіту), була названа «супутник» (8к71-пс) після підтвердження успішного виходу на орбіту першого супутника пс-1. » найпростіший супутник 1 ” важив всього 83,6 кг.другий супутник з нещасною лайкою на борту важив вже півтонни, проте він не мав багатьох систем, властивих автономним супутникам, і не відділявся від другого ступеня ракети, утворюючи з нею одне ціле. Третій супутник д-1, для газетних повідомлень званий «супутник-3», повинен був стати першою повноцінною науковою станцією в космосі; його наукова і вимірювальна апаратура становила майже тонну маси, а сам супутник досягав 1327 кг для його запуску потрібна була істотна модернізація ракети-носія, з отриманням нового шифру 8а91.
Пуск оновленої ракети (№б1-2) проводився 27 квітня 1958 року. Спочатку ракета і її системи працювали нормально. Але в магістралі окислювача центрального блоку виникли і посилилися під дією зростаючого польотного перевантаження поздовжні коливання. Це призвело до коливань тиску рідкого кисню на вході в двигун, і до пульсації тяги його двигуна. Через виниклу змінної тяги двигуна центрального блоку на 88 секунді польоту почалися резонансні силові коливання бічних блоків ракети, які стали швидко наростати. Всього через вісім секунд, на 96 секунді польоту, бічні блоки відірвалися від центрального, і ракета зруйнувалася в повітрі. Залишки ракети впали в межах полігону, приблизно в ста кілометрах від старту. Супутник відразу відірвався від ракети і падав окремо, що дозволило йому вціліти, лише злегка сплющившись при ударі об земну поверхню. Так розвинулася і сталася перша космічна аварія. Її розслідування дозволило в підсумку успішно запустити» супутник-3 ” у вигляді дублера 15 травня 1958 року.
нижня частина другого ступеня (верхнє фото) і третього ступеня (нижнє фото) ракети-носія «saturn-v». Поверхня ступенів покривають численні системи і підсистеми електроживлення, пневматичні і гідравлічні лінії різного тиску, розподільні блоки, ємності з газами, паливні системи. Фото автора, космічний центр ім. Кеннеді, флорида, сша.
У ракеті-носії розміщують величезну кількість різних систем і підсистем, основних і допоміжних, що забезпечують виконання безлічі завдань і бортових функцій. Це всілякі гідро – і пневмосистеми; розгалужена бортова електромережа з лініями і контурами живлення, розподільниками і джерелами електроенергії; різні піроболти і піроклапани з лініями управління їх спрацьовуванням; лінії зв’язку зі ступенями. Важливі системи дублюються, робляться резервні лінії і блоки; найбільш важливі троируются.
Політ ракети вимагає безперервного управління. Його здійснює система управління польотом. Гіроскопічні датчики вимірюють обертання ракети навколо її трьох осей і обчислюють поточну орієнтацію в просторі. Акселерометри точно вимірюють прискорення вздовж трьох просторових координат. Інтегрування прискорень дає поточні швидкості і загальну швидкість ракети( швидкість центру мас), її величину і напрямок. А дворазове інтегрування прискорень дає координати положення ракети в просторі щодо точки старту-видалення (по прямій в просторі) або ортодромну дальність (по поверхні землі), висоту і бічний зсув. Так працює інерціальний блок системи управління; він може доповнюватися астронавігацією, радіонавігацією, системою gps та іншими навігаційними каналами.
Блоки системи управління постійно порівнюють положення ракети і її швидкість з програмними значеннями, заданими на цей момент польоту. Коли відхилення ракети від розрахункової траєкторії наближаються до гранично допустимих, система управління польотом виробляє керуючі команди, що надходять на робочі органи – основні або керуючі двигуни. Вони на розраховану величину змінюють режим роботи або відхиляються на рухомих підвісах. Виникає коригуючий рух ракети, що повертає її ближче до розрахункової траєкторії і регулює її швидкість. Ракета “гуляє” навколо розрахункової траєкторії всередині просторової трубки, поверхня якої утворена граничними допустимими відхиленнями, і не виходить за їх межі завдяки роботі системи управління польотом. Алгоритми управління оптимізують рух носія, скорочуючи кількість наближень до меж допустимих відхилень і частоту коригувальних рухів.
запуск ракети-носія “союз 2.1 а”. Помітно зменшення кута тангажу-нахил ракети до площини поточного горизонту. Фото: роскосмос.
Система управління польотом поступово нахиляє ракету, завалюючи її в горизонт і відпрацьовуючи програму зміни кута тангажу (тангаж – це нахил головної, поздовжньої осі ракети до площини поточного горизонту). З ростом висоти і віддаленням від старту швидкість ракети стає все більш горизонтальною. При досягненні заданої швидкості система управління польотом вимикає двигун останнього ступеня і відокремлює корисне навантаження у вільний політ. Іноді це відбувається після другого включення і переходу на іншу орбіту.
Конструкції ракет-носіїв і схеми польоту розвиваються і еволюціонують. Зі стандартних схем виділяється двоступенева важка ракета falcon 9 американської компанії ѕрасех. Її перший ступінь з дев’ятьма двигунами зробили повертається і повторно використовуваної, на сьогодні її повторне використання досягло шести разів. На висоті 60 кілометрів відбувається поділ ступенів, при цьому в першому ступені залишається запас палива для посадки. За інерцією піднімаючись до 120 кілометрів, щабель починає керований спуск. У верхній частині зниження працюють двигуни орієнтації, на атмосферному ділянці – гратчасті аеродинамічні рулі, що розкриваються у верхній частині ступені. Швидкість гаситься декількома включеннями трьох з дев’яти основних двигунів. В результаті керованого спуску щабель розгортає траєкторію і приземляється на майданчик біля старту або сідає на посадкову баржу в океані, розкриваючи три посадочні опори перед торканням поверхні. Таким чином, повторно використовують і корпус ступені, і дев’ять з десяти двигунів – найдорожчі компоненти ракети (десятий залишається на другому ступені). Повертаються і дві половинки обтічника для повторного використання, що опускаються на керованих парашутах в широку сітку спеціального судна, що підхоплює їх на ходу. Багаторазове використання першого ступеня сьогодні відпрацьовують і на інших ракетах, як літаючих, так і проектованих.
Такі схеми польоту вимагають наявності окремих, власних систем управління польотом для елементів ракети, що повертаються, що переходять до керованого польоту після роботи на основній ділянці. Перший ступінь, що виконує задану посадку, повинна володіти повноцінною системою управління польотом після відділення другого ступеня – як і власним бортовим вимірювальним комплексом, так і блоком вироблення команд, і виконавчою частиною. Це ж відноситься і до повертаються половинок обтічника, оскільки вони вводять в дію засіб повернення у вигляді планують парашутів, і через управління ними приходять в задані точки посадки. По суті, багаторазова ракета-носій формату “falcon-9” в процесі польотуРозділяється на ряд самостійних літальних апаратів, що здійснюють після основної роботи в пуску власні автономні керовані польоти із завданням посадки заданим чином в заданих точках. Це нова архітектура системи управління польотом ракети-носія, і сьогодні вона впевнено працює в практичних пусках, все ширше поширюючись в запускає техніці.
Інформаційні потоки в ракеті виникають не тільки в системі управління польотом. На борту знаходиться безліч датчиків, що вимірюють найрізноманітніші величини. Тиск і температуру у всіх камерах згоряння, тиск в магістралях пального і окислювача, частоти і амплітуди вібрацій в різних частинах ракети, перевантаження і місцеві прискорення, всілякі температури, тиску і витрати, електричні напруги і струми, положення різних перемикачів і клапанів, обороти турбіни тна, а також сотні і тисячі інших параметрів. Їх вимірювання потрібні для контролю стану ракети і багатьох бортових процесів. Поки ракета стоїть на старті, дані передаються через примикає до неї кабель-щоглу. Це кабельна телеметрія-вимірювання і передача даних з борту ракети через кабелі. У польоті інформацію передають по радіоканалах – це радіотелеметрія. Телеметричне обладнання ракети має велику пропускну здатність і високу частоту вимірювань. У сучасних телеметричних системах датчики опитуються кілька тисяч разів на секунду, а число каналів (кількість датчиків) досягає теж декількох, іноді багатьох, тисяч.
У ракет, що запускають в космос людей, є система аварійного порятунку, або сас. Вона встановлюється над космічним кораблем і являє собою твердопаливний двигун з розеткою спрямованих назад і в сторони сопел. У разі аварійної ситуації на старті і в польоті, що вимагає порятунку екіпажу, система управління польотом задіє сас, яка веде корабель з людьми вперед і в сторону від аварійної ракети-носія. Якщо виведення проходить штатно, за планом, то сас відділяється від корабля на етапі роботи другого ступеня і відводиться в сторону іншої, маленькою розеткою сопел, щоб не бути непотрібним навантаженням в розгоні корабля. Нові схеми космічних кораблів можуть використовувати іншу організацію сас, інтегровану з кораблем і не відокремлюється при виведенні, як це зроблено у crew dragon від компанії ѕрасех.
Ракети-носії виводять в орбітальний політ вантажі самої різної маси. Орбіта орбіті ворожнечу, вони можуть сильно відрізнятися і вимагати для виведення на них різної енергії і різних витрат палива. Чим вище орбіта, тим більше потрібно енергії для її досягнення; також важливо нахил орбіти – для полярних орбіт витрати енергії вище, тому що запуски на них проводяться поперек обертання землі і не використовують його. Для порівняння вантажопідйомності ракет беруть низькі опорні орбіти, висотою близько 200 км, кругові, з помірним нахилом до екватора. Ракети-носії діляться на кілька класів вантажопідйомності. Розподіл це досить умовно і змінюється з часом і в різних країнах, але приблизна класифікація по вантажопідйомності наступна: надлегкі – 0,1– 0,3 тонни, легкі – до 1 тонни, середні – 1-20 тонн, важкі – 20-100 тонн, надважкі – понад 100 тонн.
Ракети-носії-велика і широка область космічної техніки. Щоб детальніше розібратися в їх особливостях, можливо, варто розглянути кожен клас пильніше. Може бути, пізніше naked science так і вчинить, але зараз наша розповідь підійшов до кінця. У світі створюються все нові ракети-носії. Сьогоднішні технології дозволяють проектувати і робити ракети, раніше здавалися неможливими. За найближчі десять років вигляд і можливості космічних ракет можуть доповнитися і змінитися сильніше наших припущень. Зберігши при цьому багато базові підходи, що працюють в сьогоднішніх ракетах-носіях. Поживемо-побачимо.
