איך זה עובד: רקטות חלל

תנו לטיסות חלל כבר מזמן להיות דבר מוכר. אבל האם אתה יודע הכל על רכבי שיגור לחלל? בואו נפרק אותו בחלקים ונראה ממה הם מורכבים וכיצד הם עובדים.

מנועי רקטות

מנועים הם המרכיב החשוב ביותר של רכב שיגור. הם יוצרים כוח דחף, שבגללו הרקטה עולה לחלל. אך כשמדובר במנועי רקטות, אין לזכור את אלו הנמצאים מתחת למכסה המנוע של מכונית או, למשל, לסובב את להבי הרוטור של מסוק. מנועי הרקטות שונים בתכלית.

מנועי רקטות מבוססים על החוק השלישי של ניוטון. הניסוח ההיסטורי של חוק זה אומר שלכל פעולה תמיד יש תגובה שווה והפוכה, במילים אחרות, תגובה. לכן, מנועים כאלה נקראים תגובתי.

בתהליך הפעולה, מנוע טיל סילון מפליט חומר (מה שנקרא נוזל העבודה) בכיוון אחד, והוא נע בעצמו בכיוון ההפוך. כדי להבין כיצד זה קורה, אינך צריך להטיס טיל בעצמך. הדוגמה הקרובה ביותר "הארצית" היא הרתיעה המתקבלת בעת ירי של נשק. נוזל העבודה כאן הוא כדור וגזים אבקה הנמלטים מהחבית. דוגמה נוספת היא בלון מנופח ומנופח. אם לא נקשר, הוא יעוף עד שיוצא אוויר. האוויר כאן הוא הנוזל העובד מאוד. במילים פשוטות, נוזל העבודה במנוע רקטות הוא תוצרי הבעירה של דלק הרקטות.

לתדלק

דלק מנוע טילים הוא בדרך כלל דו-רכיבי וכולל דלק ומחמצן. רכב השיגור של פרוטון משתמש בהפטיל (דימתילהידרזאין לא סימטרי) כדלק, ובחנקן טטראקסיד כחומר חמצון. שני המרכיבים רעילים ביותר, אך זהו "זיכרון" של משימת הלחימה המקורית של הטיל. הטיל הבליסטי הבין -יבשתי UR -500 - האב של הפרוטון, בעל מטרה צבאית, היה צריך להיות מוכן לחימה זמן רב לפני השיגור. וסוגי דלק אחרים לא אפשרו אחסון ארוך. רקטות סויוז- FG וסויוז -2 משתמשות בנפט וחמצן נוזלי כדלק. אותם דחפים משמשים במשפחת רכבי השיגור אנגרה, Falcon 9 ו- Falon Heavy המבטיחה של אילון מאסק. אדי הדלק של רכב ההשקה היפני H-IIB הוא מימן נוזלי (דלק) וחמצן נוזלי (מחמצן). כמו בטיל של חברת התעופה והחלל הפרטית בלו אוריג'ן, נהגה לשגר את הספינה תת -עירונית ניו שפרד. אבל כל אלה מנועי טילים נוזליים.

מנועי רקטות מונעים מוצקים משמשים גם הם, אך, ככלל, בשלבים מונעים מוצקים של טילים רב-שלביים, כגון מאיץ השיגור של רכב השיגור Ariane-5, השלב השני של רכב השיגור של אנטארס, והגברת צד של מעבורת החלל MTKK.

צעדים

המטען המשוגר לחלל הוא רק חלק קטן ממסת הרקטה. רקטות הגברה בעיקר "מובילות" את עצמן, כלומר העיצוב שלהן: מיכלי דלק ומנועים, כמו גם הדלק הדרוש להפעלתן. מיכלי דלק ומנועי טילים נמצאים בשלבים שונים של הרקטה וברגע שנגמר להם הדלק הם הופכים למיותרים. כדי לא לשאת עומס נוסף, הם נפרדים. בנוסף לשלבים מן המניין, משתמשים גם במיכלי דלק חיצוניים, שאינם מצוידים במנועים משלהם. במהלך הטיסה הם גם מושלכים.

ישנן שתי תוכניות קלאסיות לבניית רקטות רב -שלביות: עם הפרדה רוחבית ואורך של שלבים. במקרה הראשון, השלבים ממוקמים אחד מעל השני ומופעלים רק לאחר הפרדת השלב הקודם, התחתון.במקרה השני, מספר שלבי רקטות זהים ממוקמים סביב גוף השלב השני, המופעלים ומוטלים בו זמנית. במקרה זה, מנוע השלב השני יכול לפעול גם בהתחלה. אך גם התוכנית המשולבת של אורך-רוחבי נמצאת בשימוש נרחב.

רכב ההשקה מסוג Rokot, שהושק בפברואר השנה מהקוסמודרום פלסצק, הוא תלת שלבים עם הפרדה של שלב רוחבי. אך רכב ההשקה של סויוז -2, שהושק מהקוסמודרום החדש של ווסטוצ'ני באפריל השנה, הוא שלושה שלבים עם הפרדה אורכית-רוחבית.

תכנית מעניינת של רקטה דו-שלבית עם הפרדה לאורך היא מערכת מעבורת החלל. כאן טמון ההבדל בין ההסעות האמריקאיות לבוראן. השלב הראשון במערכת מעבורת החלל הוא מאיצי צד מונעים מוצקים, השני הוא המעבורת עצמה (מסלול) עם מיכל דלק חיצוני ניתוק, המעוצב בצורת רקטה. במהלך השיגור, המנועים של המעבורת ושל המאיצים מופעלים. במערכת האנרגיה-בוראן, רכב השיגור הדו-שלבי של אנרג'יה היה מרכיב עצמאי, ובנוסף לשיגור הבוראן לחלל, הוא יכול לשמש למטרות אחרות, למשל, לתמוך במשלחות אוטומטיות ומאוישות ל ירח ומאדים.

שלב עליון

זה אולי נראה שברגע שהטיל יצא לחלל, אז המטרה מושגת. אבל לא תמיד זה המצב. מסלול המטרה של חללית או מטען יכול להיות גבוה בהרבה מהקו שממנו החלל מתחיל. למשל, המסלול הגיאו -סטציונרי, המארח לווייני תקשורת, ממוקם בגובה של 35,786 ק"מ מעל פני הים. זו הסיבה מדוע יש צורך בבמה העליונה, שהיא למעשה שלב נוסף של הרקטה. החלל מתחיל כבר בגובה של 100 ק"מ, שם מתחיל חוסר המשקל, המהווה בעיה רצינית עבור מנועי רקטות רגילים.

אחד מ"סוסי העבודה "העיקריים של הקוסמונאוטיקה הרוסית, רכב השיגור של פרוטון, יחד עם הבמה העליונה של Briz-M, מספק שיגור מטענים במשקל של עד 3.3 טון למסלול גיאו-סטציונרי. אך בתחילה, השיגור מתבצע לתוך מסלול התייחסות נמוך (200 ק"מ). למרות שהשלב העליון נקרא אחד משלבי הספינה, הוא שונה מהשלב הרגיל במנועים.

כדי להעביר חללית או חללית למסלול מטרה או לכוון אותה למסלול יוצא או בין -כוכבי, השלב העליון חייב להיות מסוגל לבצע תמרונים אחד או יותר המשנים את מהירות הטיסה. ובשביל זה יש צורך להפעיל את המנוע בכל פעם. יתר על כן, בתקופות שבין תמרונים, המנוע במצב כבוי. לפיכך, מנוע הבמה העליונה מסוגל להידלק ולכבות שוב ושוב, בניגוד למנועים של שלבי רקטות אחרים. היוצאים מן הכלל הם הפלקון 9 והניו שפרד הניתנים לשימוש חוזר, שמנועי השלב הראשון שלהם משמשים לבלימה בעת הנחיתה על כדור הארץ.

מטען

רקטות קיימות כדי לשגר משהו לחלל. בפרט, חלליות וחלליות. בקוסמונאוטיקה המקומית, אלה הן חלליות המטען של פרוגרס והחללית המאוישת של סויוז שנשלחה ל- ISS. מהחללית השנה עלו מכוניות שיגור רוסיות לחלל החללית האמריקאית Intelsat DLA2 וחללית Eutelsat 9B הצרפתית, חללית הניווט המקומית Glonass-M מס '53 וכמובן חללית ExoMars-2016 שנועדה לחפש מתאן באטמוספירה של מאדים.

יכולות תפוקת המטען של הטיל שונות. מסת המטען של רכב השיגור ברמה הקלה Rokot המיועדת לשיגור חלליות למסלולים קרקעיים נמוכים (200 ק"מ) היא 1.95 ט '. רכב השיגור פרוטון- M שייך למעמד הכבד. הוא מביא 22.4 טון למסלול נמוך, 6, 15 טון למסלול גיאוסטציונרי ו -3.3 טון למסלול גיאוסטציונרי."סויוז -2", בהתאם לשינוי והקוסמודרום, מסוגל להכניס מסלול כדור הארץ הנמוך מ -7, 5 עד 8, 7 טון, למסלול העברה גיאוגרפית-מ -2, 8 עד 3 טון, ולגיאו-סטציונר. מסלול - מ -1, 3 עד 1, 5 הרקטה מיועדת לשיגורים מכל אתרי רוסקוסמוס: ווסטוצ'ני, פלצצק, באיקנור וקורו, המשמשת במסגרת פרויקט רוסי -אירופאי משותף. לרכב המשגר Soyuz-FG המשמש שיגור חלליות מאוישות לחברת ה- ISS, עם משקל מטען מ -7.2 טון (עם החללית המאוישת של סויוז) ל -7.4 טון (עם חללית המטען פרוגרס). כיום היא הרקטה היחידה המשמשת למסירת קוסמונאוטים ואסטרונאוטים ל- ISS.

המטען בדרך כלל נמצא בחלק העליון של הרקטה. על מנת להתגבר על הגרירה האווירודינמית, החללית או החללית ממוקמים בתוך מחרטום האף של הרקטה, שנזרק לאחר שעובר בשכבות אטומות של האטמוספירה.

דבריו של יורי גגרין שנכנסו להיסטוריה: "אני רואה את כדור הארץ … איזה יופי!" נאמר להם בדיוק לאחר שהפיל את מכסה הראש של רכב השיגור של ווסטוק.

מערכת חילוץ חירום

כמעט תמיד ניתן להבחין במראה שלה מרקטה שמשגרת חללית עם צוות למסלול במראה שלה מזוורת שמשגרת ספינת משא או חללית. על מנת להשאיר את צוות החללית המאוישת בחיים במקרה חירום על רכב השיגור, נעשה שימוש במערכת חילוץ חירום (SAS). למעשה, מדובר ברקטה נוספת (אם כי קטנה) בראש רכב השיגור. מהצד של ה- SAS זה נראה כמו צריח בצורת יוצא דופן על גבי רקטה. משימתה היא לשלוף את החללית המאוישת בשעת חירום ולהוציא אותה מאתר התאונה.

במקרה של פיצוץ רקטה בתחילת או בתחילת הטיסה, המנועים העיקריים של מערכת ההצלה קורעים את חלק הרקטה בה נמצאת החללית המאוישת ומוציאים אותה מאתר התאונה. לאחר מכן מתבצעת ירידת מצנח. אם הטיסה תתקיים כרגיל, לאחר שהגיעה לגובה בטוח, מערכת ההצלה לשעת חירום מופרדת מרכב השיגור. בגבהים גבוהים, תפקידה של SAS אינו כה חשוב. כאן הצוות כבר יכול לברוח בזכות הפרדת רכב הירידה של החללית מהרקטה.