Nosná raketa

Nosná raketa ( RN ), také vesmírná raketa ( RKN ) je raketa určená k vypuštění užitečného nákladu do vesmíru [1] .

Někdy se termín „posilovač“ používá v rozšířeném smyslu: raketa navržená tak, aby dopravila náklad do daného bodu (do vesmíru nebo ve vzdálené oblasti Země ) – například umělé družice Země , kosmické lodě , jaderné a jiné jaderné hlavice . V tomto výkladu termín „odpalovací vozidlo“ kombinuje pojmy „vesmírná raketa“ (RKN) a „ mezikontinentální balistická střela “.

Klasifikace

Na rozdíl od některých horizontálně vypouštěných leteckých systémů (AKS) používají nosné rakety vertikální typ startu a (mnohem méně často) start vzduchem .

Počet kroků

Jednostupňové nosné rakety, které vynášejí náklad do vesmíru, zatím nevznikly, i když existují projekty různého stupně vývoje (" KORONA ", HEAT-1X a další). V některých případech může být raketa, která má jako první stupeň letecký nosič nebo jako takové používá boostery, klasifikována jako jednostupňová raketa. Mezi balistickými střelami schopnými dosáhnout kosmického prostoru je mnoho jednostupňových, včetně první balistické střely V-2 [2] ; žádný z nich však není schopen vstoupit na oběžnou dráhu umělé družice Země.

Umístění schodů (rozvržení)

Konstrukce nosných raket může být následující:

• podélné uspořádání (tandem), ve kterém jsou stupně umístěny za sebou a pracují střídavě za letu (LV " Zenith-2 ", " Proton ", " Delta-4 ");
• paralelní uspořádání (balík), ve kterém několik bloků umístěných paralelně a patřících do různých stupňů funguje současně za letu ( nosná raketa Sojuz );
  • uspořádání podmíněného balíku (tzv. jedno a půlstupňové schéma), které využívá společné palivové nádrže pro všechny stupně, ze kterých jsou poháněny startovací a udržovací motory, startují a pracují současně, pouze se po dokončení závodu resetují. spouštění motorů;
  • rozložení "chřest" (termín vymyslel letecký inženýr Ed Keith, jeden z tvůrců tohoto rozložení), který pomocí čerpadel přečerpává palivo z vedlejších stupňů do centrálního. Toto schéma bylo použito v původním návrhu nosné rakety Falcon Heavy , od které bylo následně upuštěno kvůli složitosti technické realizace schématu.

Použité motory

Jako pochodové motory lze použít:

• raketové motory na kapaliny ;
• raketové motory na tuhá paliva ;
• různé kombinace na různých úrovních.

Hmotnost užitečného zatížení

Klasifikace střel podle hmotnosti užitečného zatížení (PN) vypuštěných na nízkou referenční oběžnou dráhu (LEO) se s rozvojem technologie mění a je spíše libovolná [1] [3] :

Někdy se také rozlišuje ultralehká třída nosných raket, schopná dopravit na LEO užitečné zatížení o hmotnosti až 500 kilogramů [7] .

Znovu použít

Nejrozšířenější jsou jednorázové vícestupňové rakety dávkového i podélného schématu. Jednorázové rakety jsou vysoce spolehlivé díky maximálnímu zjednodušení všech prvků. Mělo by být vyjasněno, že k dosažení orbitální rychlosti musí mít jednostupňová raketa teoreticky konečnou hmotnost ne větší než 7–10 % startovací hmotnosti, což i při stávajících technologiích ztěžuje jejich implementaci. a ekonomicky neefektivní kvůli nízké hmotnosti užitečného zatížení. V historii světové kosmonautiky jednostupňové nosné rakety prakticky nevznikaly - docházelo pouze k tzv. jedenapůlstupňovým úpravám (např. americká nosná raketa Atlas s vyřazovacími přídavnými startovacími motory). Přítomnost několika stupňů umožňuje výrazně zvýšit poměr hmotnosti výstupního užitečného zatížení k počáteční hmotnosti rakety. Vícestupňové rakety přitom vyžadují odcizení území pro pád mezistupňů.

Vzhledem k nutnosti použití vysoce účinných komplexních technologií (především v oblasti pohonných systémů a tepelné ochrany) zatím zcela znovupoužitelné nosné rakety neexistují, a to i přes neustálý zájem o tuto technologii a periodicky se otevírající projekty na vývoj opakovaně použitelných nosných raket. (pro období let 1990-2000 - např. ROTON, Kistler K-1, AKS VentureStar atd.). Částečně znovupoužitelný byl široce používaný americký opakovaně použitelný vesmírný transportní systém (MTKS)-AKS " Space Shuttle " ("Space Shuttle") a sovětský program MTKS " Energy - Buran ", vyvinutý, ale v aplikované praxi nikdy nevyužitý. počet nerealizovaných bývalých (například " Spirála ", MAKS a další AKS) a nově vyvinutých (například " Baikal-Angara ") projektů. Oproti očekávání nebyl raketoplán schopen snížit náklady na dopravu nákladu na oběžnou dráhu; pilotované MTKS se navíc vyznačují složitou a zdlouhavou etapou předstartovní přípravy (kvůli zvýšeným požadavkům na spolehlivost a bezpečnost v přítomnosti posádky).

Částečně znovupoužitelná (první stupeň a přední kapotáž) je nosná raketa Falcon 9 . První stupeň této nosné rakety lze použít až 10x a vícekrát s minimální údržbou mezi lety [8] [9] . Od října 2022 dosáhla praktická etapa doby letu 14krát ( B1058 , B1060 ) a minimální letový interval je 21 dní ( B1062-6 ).

Lidská přítomnost

Střely pro pilotované lety by měly být spolehlivější (mají na sobě instalován i nouzový záchranný systém ), přípustná přetížení jsou u nich omezená (obvykle ne více než 3 - 4,5  g ). Samotná nosná raketa je přitom plně automatický systém, který vypouští do vesmíru přístroj (kosmickou loď) s lidmi na palubě, mohou to být piloti schopní přímo ovládat loď, specialisté (inženýři, výzkumníci, lékaři), vesmírní turisté .

Historie

Proudový pohon používá lidstvo od středověku v raketových zbraních : v Číně - od 13. století, v Indii - od 18. století ( rakety Mysore , první rakety s kovovým pouzdrem). Rychlosti těchto raket však byly mnohem menší než u prvních vesmírných.

10. května 1897 K. E. Ciolkovskij v rukopise „Raketa“ zkoumá řadu problémů proudového pohonu, kde určuje rychlost, kterou letadlo vyvine pod vlivem tahu raketového motoru, nezměněného směru, v nepřítomnosti všech jiné síly; konečná závislost se nazývala " Tsiolkovského vzorec " (článek byl publikován v časopise "Scientific Review" v roce 1903).

V roce 1903 publikoval K. E. Tsiolkovsky práci „Investigation of the World Spaces with Jet Instruments“ - první na světě věnovanou teoretickému zdůvodnění možnosti meziplanetárních letů pomocí proudového letadla - „rakety“. V letech 1911-1912 vyšel druhý díl tohoto díla, v roce 1914 dodatek. K. E. Ciolkovskij a nezávisle na něm F. A. Zander dospěli k závěru, že lety do vesmíru jsou možné s využitím již známých zdrojů energie, a naznačili praktická schémata jejich realizace (tvar rakety, principy chlazení motoru, použití kapaliny plyny jako palivo).páry atd.).

První teoretický návrh nosné rakety byla „ Lunar Rocket “, navržená Britskou meziplanetární společností v roce 1939. Projekt byl pokusem vyvinout nosnou raketu schopnou doručit náklad na Měsíc, založený výhradně na existujících technologiích ve 30. letech 20. století, to znamená, že to byl první projekt vesmírné rakety, který neměl fantastické předpoklady. Vzhledem k vypuknutí 2. světové války byly práce na projektu přerušeny a do historie kosmonautiky to výrazněji nezasáhlo [10] .

První skutečnou nosnou raketou na světě, která v roce 1957 vynesla na oběžnou dráhu náklad („ Sputnik-1 “), byl sovětský R-7 („Sputnik“) . Dále se SSSR a USA a poté několik dalších zemí staly takzvanými " vesmírnými mocnostmi ", které začaly používat vlastní nosné rakety. SSSR a USA a mnohem později i Čína vytvořily nosnou raketu pro pilotované lety.

V současné době mohou mezi raketami státních kosmických agentur nést největší užitečné zatížení tyto nosné rakety: ruská nosná raketa Proton-M , americká nosná raketa Delta-IV Heavy a evropská nosná raketa těžké třídy Ariane-5 . Umožňují vynést 21–25 tun užitečného zatížení na nízkou oběžnou dráhu Země ( 200 km ) ,  6–10 tun na GPO a  až 3–6 tun na GSO [11] . Nejvýkonnější nosnou raketou v provozu je však Falcon Heavy od soukromé společnosti SpaceX, raketa třídy supertěžké (podle americké klasifikace), schopná vynést na nízkou oběžnou dráhu Země až 64 tun a až 27 tun. do GPO.

V minulosti byly vytvořeny výkonnější supertěžké nosné rakety (v rámci projektů přistání člověka na Měsíci), jako americká nosná raketa Saturn-5 a sovětská nosná raketa N-1 , a později sovětská Energia . V současnosti se ale nepoužívají. Odpovídajícím výkonným raketovým systémem byl americký raketoplán MTKS , který by mohl být považován za nosnou raketu supertěžké třídy pro vypouštění pilotovaných kosmických lodí o hmotnosti 100 tun nebo za nosnou raketu těžké třídy pro vypouštění jiných užitečných nákladů (až do výše 20-30 tun, v závislosti na oběžné dráze). Raketoplán byl zároveň druhým stupněm znovupoužitelného vesmírného systému, který mohl být použit pouze s jeho účastí - na rozdíl od sovětské obdoby MTKS Energia-Buran .

Projektované supertěžké nosné rakety

V rámci projektu Artemis vyvíjí vesmírná agentura NASA SLS (space launch system), s jehož pomocí budou obnoveny pilotované lety na Měsíc a vybudována měsíční základna [12] . Tato nosná raketa bude muset být schopna dopravit náklad od 95 do 131,5 tun na nízkou referenční oběžnou dráhu . První bezpilotní start s misí Artemis-1 je naplánován nejdříve na květen 2022 [13] , první pilotovaný start Artemis-2 je naplánován na rok 2023 [14] .

Třetí nosnou raketou supertěžké třídy v Rusku může být nosná raketa třídy Jenisej , jejíž podrobný plán vytvoření byl podepsán na začátku ledna 2019. Výstavba infrastruktury pro raketu začne v roce 2026, první let je naplánován na rok 2028 z kosmodromu Vostočnyj . Nová ruská supertěžká nosná raketa vynese na nízkou oběžnou dráhu více než 70 tun nákladu a zajistí lety do hlubokého vesmíru [15] .

Viz také

• Opakovaně použitelná nosná raketa
• Seznam nosných raket
• Časová osa prvních startů do vesmíru podle zemí

Poznámky

1. ↑ 12 TSB , 1975 .
2. ↑ Dornberger, 2004 .
3. ↑ Gorkin, 2006 .
4. ↑ TSB, 1975 : „R.-n. lze podmíněně rozdělit na následující. třídy: lehké (do 500 kg), střední (do 10 tun), těžké (do 100 tun), supertěžké (nad 100 tun).
5. ↑ BRE : „RN se dělí na lehké (do 5 tun, např. Cosmos, Vega), střední (5–20 tun, Sojuz, Zenit), těžké (20–100 tun, Proton -M), „Ariane- 5"), supertěžký (přes 100 tun, "N-1", "Energy")".
6. ↑ McConnaughey .
7. ↑ Ultralehká nosná raketa Klyushnikov V. Yu .: výklenek na trhu služeb startu a slibné projekty. Část 1  // Letecká a kosmická sféra: časopis. - 2019. - 5. září ( č. 3 ). - S. 58-71 . — ISSN 2587-7992 . — doi : 10.30981/2587-7992-2019-100-3-58-71 . (Ruština)
8. ↑ Musk představuje pro SpaceX rušný rok dopředu .
9. ↑ Block 5 Phone Presser .
10. ↑ BIS Lunar Lander .
11. ↑ GKNPTs pojmenované po M. V. Khrunichevovi .
12. ↑ NASA .
13. ↑ Generální inspektor NASA ostře kritizuje   vývoj základní fáze SLS ? . SpaceNews (10. října 2018). Staženo: 24. března 2022.  (neurčitý)
14. ↑ NASA stanovila datum prvního   startu SLS v prosinci 2019 ? . SpaceNews (8. listopadu 2017). Staženo: 24. března 2022.  (neurčitý)
15. ↑ Ruská supertěžká raketa s názvem „Jenisej“ .

Literatura

• V. A. Alexandrov, V. V. Vladimirov, R. D. Dmitriev, S. O. Osipova. Odpalovací vozidla / ed. S. O. Osipová. - Moskva: Vojenské nakladatelství , 1981. - 315 s. - 17 000 výtisků. (Ruština)
• V. I. Kurenkov. Část 2. Základy projektování nosných raket // Design a konstrukce produktů raketové a kosmické techniky . - elektron. učebnice příspěvek. - Samara: Ministerstvo školství a vědy Ruska , stát Samara. leteckou univerzitu. S. P. Koroleva , 2012. (Ruština)
• BOAT ROCKET  // Velká ruská encyklopedie  : [ve 35 svazcích]  / kap. vyd. Yu. S. Osipov . - M  .: Velká ruská encyklopedie, 2004-2017.
• Technika. Moderní ilustrovaná encyklopedie . — Moskva: Rosmen , 2006.
• Dornberger V. "V-2". Superzbraň Třetí říše. 1930-1945 = V-2. Nacistická raketová zbraň / Per. z angličtiny. I. E. Polotsk. - Moskva: Tsentrpoligraf , 2004. - 350 s. — ISBN 5-9524-1444-3 .
• Odpalovací vozidlo / G. A. Nazarov // Ukázka - Remensy. - M .  : Sovětská encyklopedie, 1975. - ( Velká sovětská encyklopedie  : [ve 30 svazcích]  / šéfredaktor A. M. Prochorov  ; 1969-1978, sv. 21).

Odkazy

V Rusku:

• Raketomet nebo booster . (Ruština)
• Odpalovací vozidla Chrunichevova státního vesmírného výzkumného a výrobního centra . (Ruština)
• Nadějné nosné rakety (2. srpna 2018). (Ruština)
• Supertěžká ruská raketa byla pojmenována Jenisej . TASS . Staženo: 4. ledna 2019. (Ruština)
• Archivovaná kopie (nedostupný odkaz) . GKNPTs pojmenované po M. V. Khrunichev . Získáno 1. dubna 2008. Archivováno z originálu 22. února 2008. (Ruština) 

V angličtině:

• BIS Lunar  Lander .
• Block 5 Phone Presser  (anglicky) (10. května 2018).
• Clark, Stephen Musk předvádějí SpaceX rušný rok dopředu  . Spaceflight Now (4. dubna 2017).
• Paul K. McConnaughey; Mark G. Femminineo, Syri J. Koelfgen, Roger A. Lepsch, Richard M. Ryan, Steven A. Taylor. Draft Launch Propulsion Systems Roadmap: Technology Area 01  (anglicky) (PDF). NASA str. 11 (listopad 2010). — „…malé: užitečné zatížení 0–2 t, střední: užitečné zatížení 2–20 t, těžké: užitečné zatížení 20–50 t, super těžké: užitečné zatížení > 50 t. Datum přístupu: 7. října 2020.
• NASA Attemis . (neurčitý)
• NASA vyhodnocuje plán, předpovědi data startu pro Artemis 2 . (neurčitý)

Slovníky a encyklopedie	Velká Katalánština Skvělý norský Velký Rus Britannica (online)
V bibliografických katalozích	GND : 4185818-9 J9U : 987007558161205171 LCCN : sh85075056