rachetă în mai multe etape
Ideea de a folosi rachete cu mai multe etape a fost lansat de către inginerul american Robert Goddard în 1914, și a primit un brevet pentru invenție. În 1929 K. E. Tsiolkovsky a publicat o nouă carte intitulată „Trenurile rachete spațiale“. Termenul este numit componente de rachete Konstantin Tsiolkovsky, sau mai degrabă de asamblare de rachete, ceea ce face rula pe sol, în aer și apoi, în final, în spațiul cosmic. Un tren compus, de exemplu, de la 5 rachete se efectuează mai întâi a primului - șef de rachete; prin utilizarea de combustibil său, este desprinsă și a scăzut la sol. Mai mult, în același mod începe un al doilea, apoi al treilea, al patrulea și în cele din urmă, a cincea, care viteza va fi că timpul este suficient de mare pentru a transporta în spațiu interplanetar. Secvența cu capul cauzată de dorința de a face o rachetă de materiale de rachete care nu funcționează la compresiune și întindere, ceea ce va facilita construcția. Potrivit Tsiolkovsky, lungimea fiecărei rachete - 30 de metri. Diametre - 3 metri. Gazele din duzele sunt scoase în mod indirect la axa de rachete, astfel încât să nu pună presiune asupra acestor rachete. Lungimea pistei pe sol - câteva sute de kilometri.
În ciuda faptului că detaliile tehnice ale rachetei a mers cale în mare măsură diferite (rachete avansate, de exemplu, nu „fugi“ de pe teren și să decoleze pe verticală, precum și ordinea etapelor de operare ale rachetelor moderne - invers, în raport cu cea menționată de Tsiolkovsky ), ideea unei rachete cu mai multe etape în sine și rămâne relevantă astăzi.
În 1935 Tsiolkovsky a scris o lucrare, „cea mai mare viteză a rachetei“, în care a susținut că nivelul de tehnologie de timp pentru a ajunge la prima viteza cosmică (în lume) este posibilă numai cu ajutorul unei rachete în mai multe etape. Această afirmație rămâne adevărat astăzi: toate nave spațiale media moderne - mai multe trepte. Primul obiect facut de om a traversat o linie Karman și a lansat în spațiu, are o rachetă cu o singură treaptă germană V-2. Înălțimea de zbor a ajuns la 188 km.
Principiul de funcționare al unei rachete cu mai multe trepte
Rocket este un foarte „scump“ vehicul. Boostere nave spațiale „transportat“, în principal, combustibilul necesar pentru funcționarea motoarelor, și propria structură constând în esență din containere de combustibil și de propulsie. Cota de sarcină utilă doar o mică parte cade (1.5-2.0%), pornind greutatea rachetei.
Racheta compozit permite o utilizare mai eficientă a resurselor, datorită faptului că, în timpul etapei de zbor, pentru a dezvolta combustibilul său, este separat, iar restul de combustibil racheta nu este cheltuit pe accelerarea construcției etapa a petrecut, care a devenit inutil să continue zborul. Exemplu de calcul, confirmând aceste observații este dată în articolul „ecuație racheta Tsiolkovsky“.
Structural, racheta multietajate realizate c transversale sau etape de separare longitudinală.În etapa a diviziunii transversale sunt dispuse una deasupra celeilalte și funcționează secvențial unul după altul, inclusiv doar după separarea etapei precedente. Acest sistem face posibilă crearea unui sistem, în principiu, cu orice număr de etape. Dezavantajul este că următoarele etape ale resurselor nu pot fi utilizate în cazul în care cel anterior, fiind pentru sarcina ei pasivă.
În prima etapă a diviziunii longitudinale constă din mai multe rachete de aceeași (în practică - de la 2 la 8) care lucrează simultan și aranjate în jurul carcasei de-a doua etapă simetric rezultanta primelor forțe de tracțiune ale motorului etapă dirijate de-a lungul axei de simetrie a acestuia din urmă. Acest sistem permite motorului să funcționeze a doua etapă simultan cu primul motor, crescând astfel, proiectul global, mai ales necesar în timpul primei etape, atunci când greutatea maximă a rachetei. Dar rachete etape de separare longitudinale poate fi doar o etapa a doua # 91, 1 # 93; .
Există separare și combinație de circuit - longitudinal transversal. care permite combinarea avantajelor ambelor scheme, în care prima etapă este separată de a doua longitudinală și fracționate toate etapele ulterioare se produce lateral. Un exemplu de o astfel de abordare - un operator de transport intern „Soyuz“. Schema unică în două etape a unei diviziuni longitudinale are spațiale „Space Shuttle“, a cărei primă etapă constă din acceleratorilor solide două laterale, principalele motoare montate pe a doua orbitator etapă (nave spațiale efectiv reutilizabile), iar al doilea combustibil etapă este conținută în tancul exterior. După epuizarea combustibilului în cadă exterior, acesta este separat și ars în atmosferă, principalele motoare sunt oprite 91 # 2 # 93;. și ieșirea navei pe orbita cu ajutorul de manevră orbitală completeaza de propulsie. Acest sistem permite reutilizarea scumpe motoare principale.
In etapa de separare transversală sunt interconectate prin secțiuni speciale - adaptori - sprijinirea structurilor de formă cilindrică sau conică (în funcție de raportul dintre diametrele etape), fiecare dintre acestea trebuie să reziste la greutatea totală a tuturor etapelor ulterioare, înmulțit cu valoarea maximă de suprasarcină. test de rachetă în toate domeniile zborului pe care adaptorul este parte a rachetei.
Separarea longitudinală a carcasei de-a doua etapă sunt bandajele de putere (față și spate), la care sunt atașate unități din prima etapă.
Elementele care se conectează elementele constitutive ale rachetelor, spune-i rigiditatea întregului corp și etapele de separare trebuie să elibereze imediat treapta de sus. În mod tipic, compusul etapelor realizate prin bolțuri explozive. bolturi explozive - un bolț de fixare, în care arborele în apropierea capului creează o cavitate care este umplută cu exploziv ridicat cu EB. Când un impuls de curent este aplicat explodeaza detonatoarele electrice, distrugând tija bulon, prin care capul se desprinde. Cantitatea de explozivi în șuruburile explozive atent dozate, astfel încât pe de o parte, să asigure separarea capului și, pe de altă parte - nu distrug racheta. În etapele de separare pe toate Detonatori electrice bolțuri explozive care leagă părțile separabile în același timp, se aplică un impuls de curent, iar conexiunea este eliberată.
Măsuri suplimentare trebuie diluate la o distanță sigură unul față de celălalt. (Pornirea motorului pe treapta superioară în apropierea inferior poate provoca arderea rezervorului de combustibil și de explozie a reziduurilor de combustibil care va deteriora etapa superioară sau destabiliza zborul.) În etapele de separare în atmosferă pentru diluare forței aerodinamice fluxul lor de aer din sens opus pot fi folosite, iar separarea în goliciune folosit uneori mici motoare de rachetă solide auxiliare.
La aceleași motoare combustibil lichid și servesc la „precipita“ în rezervoarele de combustibil ale etapei superioare: când oprirea motorului inferior muștele etapă rachete de inerție, în cădere liberă. în care combustibilul lichid stocat în rezervoare într-o stare suspendată, care ar putea duce la eșec în timpul pornirii motorului. Motoarele auxiliare au raportat etapă de accelerare ușoară, sub acțiunea care combustibilul „soluționează“ în partea de jos a rezervoarelor.
Figura de mai sus racheta imagine „Saturn 5“, a treia carcasă etapa (în cadru cel mai din stânga este reprezentat parțial) corpului negru vizibil al unei 3a motoare auxiliare de diluare solid și etapele 2a.
Creșterea numărului de etape are un efect pozitiv numai într-o anumită limită. Cele mai multe etape - cea mai mare masa totală a adaptoarelor, precum și motoarele care funcționează numai pe o porțiune de filtru, și, la un moment dat, creșterea în continuare a numărului de etape devine contraproductiv. În practica modernă, cele patru etape ale unei rachete nu se face de obicei.
La selectarea numărului de etape sunt, de asemenea, probleme importante de fiabilitate. buloane explozive și SRM auxiliare - articole de unică folosință, verificați funcția care este de a lansa o racheta nu este posibilă. Între timp, eșecul de doar un singur șuruburi explozive poate duce la crash un zbor de rachete. Creșterea numărului de articole de unică folosință care nu fac obiectul operațiunii de verificare, reduce fiabilitatea întregului rachetei, în general. De asemenea, obligă proiectanții să se abțină de la prea mulți pași.