Почему ракеты многоступенчатые — "открытие" дилетанта )
Вещь, которая до меня сегодня дошла, совершенно базовая, и разумеется это никакое не открытие (открытие только для меня). Но поскольку в нескольких источниках, которые я почитал про то, почему используются несколько ступеней, как-то невнятно говорится об основной причине, я всё-таки хочу поделиться «открытием» и с вами — глядишь, кому-то тоже будет любопытно.
Собственно, всё это уже написано в статье википедии «Формула Циолковского»:
Однако там, видимо, выдержка из другого труда, в частности, там идёт отсылка к таблице 1, которая в Вики не представлена. Я её нашёл в другом месте, вот она:
Таблицу я привёл для тех, кто хочет самостоятельно ознакомиться со статьёй из Википедии. А я лишь подытожу суть необходимости нескольких ступеней. В попавшихся мне статьях говорится, что причина в том, что используется разный состав топлива в плотных слоях атмосферы и в разреженных, но на самом деле, как я понимаю, это уже просто следствие. Люди просто технологически подстроились под другое, действительно принципиальное ограничение: одна ступень не может разогнать ракету до первой космической скорости (около 8 км/сек). Никаким увеличением количества топлива нельзя разогнать выше некоторого предела, который следует из формулы Циолковского и конструктивных особенностей.
Эти особенности, если огрубить, состоят в том, что не бывает невесомых баков (под словом невесомый подразумевается отсутствие массы, а не веса, но я не смог подобрать подходящего русского слова типа «безмассовый»). А именно: на каждый килограмм дополнительного топлива вы должны взять примерно 100 грамм «железа». И поскольку скорость истечения реактивного топлива фиксирована, то это даёт нам некоторую предельную скорость разгона, поскольку при сжигании каждого килограмма топлива мы начинаем дальше впустую тратить дальнейшую энергию на разгон «лишних» 100 грамм балласта. То есть сколько бы вы ни взяли топлива, максимальное приращение скорости, опять же грубо, составляет 4 километра в секунду. Это предел. Возьмёте в 2 раза больше топлива — придётся разгонять ещё большую массу баков, и на выходе — всё те же 4 км/сек.
В идеале после сжигания 1 кг топлива нужно выкидывать те 100 грамм бака, которые его содержали. Но это, очевидно, невозможно. Поэтому просто делают несколько ступеней. По идее, чем больше ступеней, тем выше эффективность использования топлива, однако усложнение конструкции и массы за счёт стыковки ступеней друг к другу диктует некоторое оптимальное количество ступеней — например для Союз-ФГ это три.
15.2K постов 45.6K подписчиков
Правила сообщества
Какие тут могут быть правила, кроме правил установленных самим пикабу 🙂
Знайка был прав. Для того чтобы преодолеть силу земного притяжения, ракета должна была получить начальную скорость около двенадцати километров в секунду, но, чтоб развить столь огромную скорость, требовалось такое количество реактивного топлива, которое во много раз превышало вес самой ракеты. В связи с этим космический корабль приходилось делать многоступенчатым, то есть состоящим из нескольких соединенных между собой ракет. Первая, самая большая ракета была сплошь заполнена топливом. К ней присоединялась вторая ракета, которая тоже была целиком заполнена топливом. Ко второй присоединялась третья такая же ракета. Наконец, шла ракета, в которой, помимо запасов топлива, помещались различная аппаратура, приборы управления, запасы пищи и путешественники.
При запуске такого многоступенчатого космического корабля в работу сначала включалась первая ракета, но как только все топливо в ней выгорало, она отделялась от корабля и работать начинала вторая ракета. Теперь вес корабля был меньше, и скорость его нарастала быстрей. Как только топливо иссякало во второй ракете, она также отделялась от корабля и падала вниз. Корабль становился еще легче. В работу включалась третья ракета. Таким образом постепенно достигалась скорость, достаточная для того, чтоб последняя ступень корабля долетела до Луны по инерции, то есть с выключенным реактивным двигателем. Довольно значительный запас топлива в последней ступени был все же необходим для маневрирования и торможения корабля при посадке на Луну, а также для возвращения на Землю.
Почитайте вот что:
Левантовский В.И. Механика космического полета в элементарном изложении
Глава I, §3
Там приводится пример того, что многоступенчатая ракета решает проблему, с которой не сможет справиться одноступенчатая. Если почитать главу сначала, станет даже понятно, почему так.
почему дилетанта? Это логическая цепочка очевидна тебе потому что уровень знаний позволяет. То же самое можно сказать про гравитацию, про силу архимеда и еще про кучу казалось бы очевидных вещей.
Я тебе сейчас ещё проще объясню — ты когда весь пивас из бутылочки выпьешь, ты бутылочку вряд ли с собой таскать будешь:)
Мне кажется тут совокупность факторов влияет, среди них:
* двигатель, эффективный на уровне моря оказывается неэффективным за границей атмосферы. И наоборот, двигатель, эффективный на орбите на уровне моря бесполезен.
* для отработанных первых ступеней на орбите нет применения. Воз зачем нам у МКС вся РН СОЮЗ?
* чем чаще скидываем «лишний груз», тем эффективнее ракета. Пустая первая ступень — «лишний груз», так как применения на орбите ей нет, ее двигатели там неэффективны, да и не нужна на орбите та тяга, которую они способны выдать.
а на счет предела характеристической скорости, который может выдать одноступенчатая конструкция — его нет.
Данный проект обладает двумя важными особенностями:
* для подобной ракеты необходим двигатель эффективный как в атмосфере, так и вне ее. В проекте описывается ЖРД не с соплом Лаваля, а клиновоздушный.
* РН предполагается возвращать для дальнейшего использования.
Новые подробности программы разработки системы Starship от Илона Маска
Основные тезисы:
— Внесено более 1000 изменений в Starship с момента первого полёта системы. Самое серьёзное — т.н. горячее разделение ступеней, когда двигатели корабля зажгутся, пока двигатели ускорителя всё ещё будут работать (хотя и лишь несколько).
Любительский рендер
Такая "безостановочная тяга" (Маск употребил выражение "never stop thrusting") намного лучше, чем производить обычную расстыковку – т.е. останавливать двигатели первой ступени, производить расстыковку и только после этого запускать двигатели 2-й ступени, т.к это позволяет избежать потери тяги. Но, чтобы такое стало возможным, необходимо защитить верхнюю часть ускорителя от повреждений при запуске двигателей корабля, чтобы та не повредилась и не взорвалась.
Для этого также потребуется установить специальный межступенчатый отсек с отверстиями для отвода газов от двигателей корабля в момент их запуска.
Вопрос: Стоит ли игра свеч?
— Да. При таком способе расстыковки происходит значительное увеличение грузоподъёмности Starship, не менее чем на 10%, поэтому, да, оно того стоит.
Вопрос: Какая самая сложная техническая проблема системы на этот момент?
— Разделение ступеней кажется самым большим риском на данный момент.
— Вероятность достижения орбиты во время следующего полёта — около 60% (ред. — в первом полёте Маск прогнозировал — более 50%). Во многом это зависит от того, насколько хорошо пройдёт разделение ступеней.
— Стремимся к большей тяговооружённости системы при пуске, чтобы ракета быстрее покидала стартовую площадку.
— Модернизация стартовой площадки и лётные прототипы будут готовы через 6 недель. Необходимо уложить 1000 м³ железобетона под подушку стартовой площадки и стальную мегапластину с водяным охлаждением сверху. Водяная система стартовой площадки будет похожа на гигантскую перевёрнутую насадку для душа и иметь 2 толстых стальных пластины, сваренных вместе с каналами для охлаждения конструкции и распыления воды вверх. В этот раз мы собираемся переборщить со стальным "сэндвичем" и бетоном, так что это должно оставить основание подушки в гораздо лучшей форме, чем было в прошлый раз.
Вопрос: Вы решили проблемы с двигателями ускорителя, которые мы видели во время первого полёта?
— Да. В первом полёте мы использовали настоящую мешанину двигателей, построенных в разное время. На новых двигателях модернизирован газораспределительный коллектор, передающий газ в основную камеру двигателя для сжигания. Это самая опасная часть двигательного агрегата. Утечка очень горячего газа через отверстия под болты топливного коллектора оказалась серьёзной проблемой. Улучшения в конструкции коллектора и больший крутящий момент на этих болтах смогут минимизировать такие утечки топлива при высоком давлении и температуре.
Вопрос: Сколько средств вложено в программу Starship на сегодняшний день?
— Более $2 млрд, в этом году цифра приблизится к $3 млрд. Не очень далеко от тех цифр, что мы ожидали.
О планах IPO Starlink:
— Я бы нарушил закон, спекулируя на тему IPO Starlink, поэтому откажусь от комментариев подобного рода.
А тем временем на Rocket Garden уже копится очередь из прототипов для ближайших пусков:
B11, B10, B4 (списан), S26, SN15 (списан), S27, S20(списан).
В ангарах тем временем идёт работа с прототипами B9, B12, S28 и S29.
На этой неделе S25 успешно прошёл Spin-Prime тест.
Прожиг ожидается в ближайшее время.
Классификация ракет-носителей
Бывают одноступенчатые и многоступенчатые ракеты. Как правило, одной ступени для ракеты недостаточно — для выведения полезной нагрузки в космос, требуется минимум две. Поэтому ракеты космического назначения всегда многоступенчатые. И именно их принято называть ракетами-носителями.
Ракетой-носителем называется многоступенчатая ракета, предназначенная для выведения в космическое пространство полезных нагрузок: космических аппаратов, технических устройств, предметов, веществ, материалов. Обычно она имеет от двух до пяти ступеней.
Многоступенчатые ракеты-носители различаются по способу компоновки ступеней. Компоновка бывает продольной (тандемной), когда ступени ракеты (ракетные блоки) расположены и работают одна за другой, или параллельной (пакетной), когда несколько блоков двигателей располагаются и работают одновременно. Среди ракет-носителей с пакетной компоновкой ступеней выделяют условно-пакетную, при которой стартовые и маршевые двигатели питаются из общего топливного бака.
а) тандемная схема, б) пакетная схема, в) комбинированная схема
Ракетное топливо бывает твёрдым (например, порох) и жидким (например, керосин), а ракетные двигатели – твердотопливными и жидкостными. Также существуют и комбинированные (гибридные) варианты, когда в одной ракете используют оба типа двигателей.
Классификация по массе полезной нагрузки отличается в разных странах. Согласно Большой российской энциклопедии, ракеты-носители по массе выводимой нагрузки подразделяются на четыре типа:
- лёгкие – до 5 тонн полезной нагрузки,
- средние – от 5 до 20 тонн,
- тяжёлые – от 20 до 100 тонн,
- сверхтяжёлые – свыше 100 тонн.
Ракеты-носители, как правило, одноразовые. Однако в Советском союзе разрабатывался, но так и не был реализован проект полностью многоразовой ракеты-носителя «Энергия-2». Сегодня частично многоразовой является «Falcon 9» американской компании SpaceX. Первая ступень используется несколько раз, она оборудована системой возврата и вертикальным приземлением.
Ракеты-носители для пилотируемых космических кораблей дополнены системой аварийного спасения (САС) экипажа космического корабля. Также для них ограничены допустимые перегрузки.
Система аварийного спасения экипажа (САС)
Многоступенчатая ракета
Многоступе́нчатая раке́та — летательный аппарат, состоящий из двух или более механически соединённых ракет, называемых ступенями, разделяющихся в полёте. Многоступенчатая ракета позволяет достигнуть скорости большей, чем каждая из её ступеней в отдельности.
Содержание
История
Один из первых рисунков с изображением ракет был опубликован в труде военного инженера и генерала от артиллерии Казимира Семеновича, уроженца Витебского воеводства Речи Посполитой, «Artis Magnae Artilleriae pars prima» (лат. «Великое искусство артиллерии часть первая»), напечатанном в 1650 году в Амстердаме, Нидерланды. На нём — трехступенчатая ракета, в которой третья ступень вложена во вторую, а обе они вместе — в первую ступень. В головной части помещался состав для фейерверка. Ракеты были начинены твёрдым топливом — порохом. Это изобретение интересно тем, что оно более трёхсот лет назад предвосхитило направление, по которому пошла современная ракетная техника.
Впервые идея использования многоступенчатых ракет была выдвинута американским инженером Робертом Годдардом в 1914 году, и был получен патент на изобретение. В 1929 г. К.Э. Циолковский выпустил в свет свою новую книгу под заглавием «Космические ракетные поезда». Этим термином К. Циолковский назвал составные ракеты или, вернее, агрегат ракет, делающих разбег по земле, потом в воздухе и, наконец, в космическом пространстве. Поезд, составленный, например, из 5 ракет, ведётся сначала первой — головной ракетой; по использовании её горючего, она отцепляется и сбрасывается на землю. Далее, таким же образом, начинает работать вторая, затем третья, четвёртая и, наконец, пятая, скорость которой будет к тому времени достаточно велика, чтобы унестись в межпланетное пространство. Последовательность работы с головной ракеты вызвана стремлением заставить материалы ракет работать не на сжатие, а на растяжение, что позволит облегчить конструкцию. По Циолковскому, длина каждой ракеты — 30 метров. Диаметры — 3 метра. Газы из сопел вырываются косвенно к оси ракет, чтобы не давить на следующие ракеты. Длина разбега по земле — несколько сот километров.
Несмотря на то, что в технических деталях ракетостроение пошло во многом по другому пути (современные ракеты, например, не «разбегаются» по земле, а взлетают вертикально, и порядок работы ступеней современной ракеты — обратный, по отношению к тому, о котором говорил Циолковкий), сама идея многоступенчатой ракеты и сегодня остаётся актуальной.
В 1935 году Циолковский написал работу «Наибольшая скорость ракеты», в которой утверждал, что при уровне технологии того времени достичь первой космической скорости (на Земле) можно только с помощью многоступенчатой ракеты. Это утверждение сохраняет свою справедливость и сегодня: все современные носители космических аппаратов — многоступенчатые. Первым рукотворным объектом, пересекшим линию Кармана и вышедшим в космос, была одноступенчатая немецкая ракета Фау-2. Высота полётов достигала 188 км.
Принцип действия многоступенчатой ракеты
Ракета является весьма «затратным» транспортным средством. Ракеты-носители космических аппаратов «транспортируют», главным образом, топливо, необходимое для работы их двигателей, и собственную конструкцию, состоящую в основном из топливных контейнеров и двигательной установки. На долю полезной нагрузки приходится лишь малая часть (1,5-2,0%) стартовой массы ракеты.
Составная ракета позволяет более рационально использовать ресурсы за счёт того, что в полёте ступень, выработавшая своё топливо, отделяется, и остальное топливо ракеты не тратится на ускорение конструкции отработавшей ступени, ставшей ненужной для продолжения полёта. Пример расчёта, подтверждающего эти соображения, приводится в статье Формула Циолковского.
Конструктивно многоступенчатые ракеты выполняются c поперечным или продольным разделением ступеней.
При поперечном разделении ступени размещаются одна над другой и работают последовательно друг за другом, включаясь только после отделения предыдущей ступени. Такая схема даёт возможность создавать системы, в принципе, с любым количеством ступеней. Недостаток её заключается в том, что ресурсы последующих ступеней не могут быть использованы при работе предыдущей, являясь для неё пассивным грузом.
При продольном разделении первая ступень состоит из нескольких одинаковых ракет (на практике, от 2-х до 8-и), работающих одновременно и располагающихся вокруг корпуса второй ступени симметрично, чтобы равнодействующая сил тяги двигателей первой ступени была направлена по оси симметрии второй. Такая схема позволяет работать двигателю второй ступени одновременно с двигателями первой, увеличивая, таким образом, суммарную тягу, что особенно нужно во время работы первой ступени, когда масса ракеты максимальна. Но ракета с продольным разделением ступеней может быть только двухступенчатой. [1]
Существует и комбинированная схема разделения — продольно-поперечная, позволяющая совместить преимущества обеих схем, при которой первая ступень разделяется со второй продольно, а разделение всех последующих ступеней происходит поперечно. Пример такого подхода — отечественный носитель Союз.
Уникальную схему двухступенчатой ракеты с продольным разделением имеет космический корабль Спейс Шаттл, первая ступень которого состоит из двух боковых твёрдотопливных ускорителей, а на второй ступени часть топлива содержится в баках орбитера (собственно многоразового корабля), а большая часть — в отделяемом внешнем топливном баке. Сначала двигательная установка орбитера расходует топливо из внешнего бака, а когда оно будет исчерпано, внешний бак сбрасывается и двигатели продолжают работу на том топливе, которое содержится в баках орбитера. Такая схема позволяет максимально использовать двигательную установку орбитера, которая работает на всём протяжении вывода корабля на орбиту.
При поперечном разделении ступени соединяются между собой специальными секциями — переходниками — несущими конструкциями цилиндрической или конической формы (в зависимости от соотношения диаметров ступеней), каждый из которых должен выдерживать суммарный вес всех последующих ступеней, помноженный на максимальное значение перегрузки, испытываемой ракетой на всех участках полёта, на которых данный переходник входит в состав ракеты.
При продольном разделении на корпусе второй ступени создаются силовые бандажи (передний и задний), к которым крепятся блоки первой ступени.
Элементы, соединяющие части составной ракеты, сообщают ей жёсткость цельного корпуса, а при разделении ступеней должны практически мгновенно освобождать верхнюю ступень. Обычно соединение ступеней выполняется с помощью пироболтов. Пироболт — это крепёжный болт, в стержне которого рядом с головкой создается полость, заполняемая бризантным взрывчатым веществом с электродетонатором. При подаче импульса тока на электродетонатор происходит взрыв, разрушающий стержень болта, в результате чего его головка отрывается. Количество взрывчатки в пироболте тщательно дозируется, чтобы, с одной стороны, гарантировать отрыв головки, а, с другой — не повредить ракету. При разделении ступеней на электродетонаторы всех пироболтов, соединяющих разделяемые части, одновременно подаётся импульс тока, и соединение освобождается.
Далее ступени должны быть разведены на безопасное расстояние друг от друга. (Запуск двигателя высшей ступени вблизи низшей может вызвать прогар ее топливной емкости и взрыв остатков топлива, который повредит верхнюю ступень, или дестабилизирует её полет.) При разделении ступеней в атмосфере для их разведения может быть использована аэродинамическая сила встречного потока воздуха, а при разделении в пустоте иногда используются вспомогательные небольшие твёрдотопливные ракетные двигатели.
На жидкостных ракетах эти же двигатели служат и для того, чтобы «осадить» топливо в баках верхней ступени: при выключении двигателя низшей ступени ракета летит по инерции, в состоянии свободного падения, при этом жидкое топливо в баках находится во взвешенном состоянии, что может привести к сбою при запуске двигателя. Вспомогательные двигатели сообщают ступени небольшое ускорение, под действием которого топливо «оседает» на днища баков.
На приведённом выше снимке ракеты Сатурн-5, на корпусе третьей ступени (крайняя слева, в кадре представлена частично) виден чёрный корпус одного из вспомогательных твёрдотопливных двигателей разведения 3-й и 2-й ступеней.
Увеличение числа ступеней даёт положительный эффект только до определённого предела. Чем больше ступеней — тем больше суммарная масса переходников, а также двигателей, работающих лишь на одном участке полёта, и, в какой-то момент, дальнейшее увеличение числа ступеней становится контрпродуктивным. В современной практике ракетостроения более четырёх ступеней, как правило, не делается.
При выборе числа ступеней важное значение имеют также вопросы надёжности. Пироболты и вспомогательные РДТТ — элементы одноразового действия, проверить функционирование которых до старта ракеты невозможно. Между тем, отказ только одного пироболта может привести к аварийному завершению полёта ракеты. Увеличение числа одноразовых элементов, не подлежащих проверке функционирования, снижает надёжность всей ракеты в целом. Это также заставляет конструкторов воздерживаться от слишком большого количества ступеней.
Космическая ракета: что это, как появилась, виды, какое топливо используется
Если идти строго по учебнику физики, то стоит вспомнить, что космическая ракета — это высокоскоростной летательный аппарат, способный покинуть поверхность Земли и достичь космического пространства. Космические ракеты используются для запуска искусственных спутников Земли, а также межпланетных зондов и космических кораблей.
Это устройство, работающее по третьему закону Ньютона, функционирует несложно: двигатель сжигает специальное топливо и выбрасывает реактивную струю с высокой скоростью и большим количеством энергии, что создает сильную тягу, приводящую к равномерному ускорению в противоположном направлении.
Максимальная скорость после запуска зависит от многих факторов, таких, как тип ракеты, используемые топливо, масса груза, атмосферные условия и многое другое. Но конечная цель у большинства ракет одна — придать космическому аппарату, находящемуся внутри носового обтекателя, начальную скорость, необходимую для выхода на орбиту.
Например, максимальная скорость модуля «Юнона», запущенного ракетой «Атлас-5», после выхода в космическое пространство приблизилась к 266000 км/ч. Это позволило ему достичь Юпитера и прислать на Землю серию уникальных снимков.
Типы космических ракет
Одним из основных различий между ракетами является их тип: одноразовые и многоразовые.
Одноразовые ракеты — это огромные сооружения, предназначенные для единичного использования. После вывода спутника на орбиту разгонные блоки обычно падают в океан или в безлюдных степях, а вторая или третья ступени сгорают в плотных слоях атмосферы или выводятся на орбиту захоронения.
Еще ракеты имеют различную грузоподъемность. По этому параметру они делятся на легкие, средние и тяжелые.
Большинство из наиболее известных ракет, включая российскую «Союз», европейскую «Ариан-5», американские «Атлас» и «Дельта», считаются одноразовыми. Российская ракета «Ангара-А5» относится к классу тяжелых одноразовых ракет.
Американские Falcon 9 относятся к классу тяжелых многоразовых ракет и могут быть использованы повторно. Таких в мире пока немного. К этому типу ракет также относятся частично многоразовая Falcon Heavy и носитель корабля Starship — Super Heavy, способный выводить на низкую опорную орбиту до 150 тонн груза.
Как ракеты взлетают
Все запуски ракет происходят на специальных космодромах: наземных или морских площадках, специально построенных для космических технологий. К таким космодромам относятся «Байконур», «Восточный» или «Плесецк», а также космодром на мысе Канаверал или Вандерберг в США. Наземные космодромы представляют собой огромные площадки с подготовленными стартовыми площадками, взлетными полосами для авиации и множеством командных центров.
Для удешевления космических запусков в последние десятилетия активно пытаются использовать морские космодромы. Эти площадки представляют собой специально оборудованные корабли, которые могут перемещаться по океану и запускать ракеты с экватора. Это необходимо, чтобы ракета быстрее достигала орбиты и тратила на это меньше времени и топлива.
Несмотря на разницу в принципах запуска, процесс старта ракеты начинается с заполнения топливных баков горючим и окислителем. Затем система запуска ракеты автоматически или по команде с Земли активирует двигатель, который начинает выбрасывать реактивную струю, поднимая ракету вверх.
Первые несколько секунд взлета наиболее важны для полетной программы: в этот момент ракета испытывает наибольшую нагрузку, и, как правило, именно на этом этапе проявляются даже незначительные дефекты конструкции. После того, как ракета преодолевает гравитацию Земли, ее скорость увеличивается.
Обычно, при запуске космического корабля на орбиту Земли, ракета «Союз» разгоняется до скорости около 28000 км/час (17 500 миль/час).
Ракетные двигатели
Ракетный двигатель — это устройство, которое создает тягу, необходимую для запуска ракеты в космическое пространство. Один из наиболее распространенных типов ракетных двигателей — это жидкостные ракетные двигатели (ЖРД). Они работают на основе смеси жидкого топлива и окислителей, которые смешиваются и сжигаются в камере сгорания под высоким давлением.
ЖРД обладают высокой тягой, но проектирование и производство этих двигателей могут освоить далеко не все страны. Самым известным ракетным двигателем России является РД-180. Этот аппарат используют как на российских ракетах «Союз», так и на американских носителях «Атлас-5». Аналогами этих двигателей считаются американские Merlin (SpaceX) и BE-4 (Blue Origin).
Ракетное топливо
В ракетостроении наиболее распространенным топливом является топливная пара керосин + кислород. Керосин обладает высокой энергетической плотностью, хорошей стабильностью и долгим сроком хранения. Кислород, в свою очередь, является эффективным окислителем, который позволяет достигать высоких скоростей и энергетической эффективности при сгорании. Однако в последнее время большого прогресса удалось достичь в разработке кислород-метановых двигателей.
Метан считается более экологически чистым топливом, чем керосин. При его сжигании в камере сгорания выделяется значительно меньше углекислого газа, оксидов азота и других вредных веществ, чем при сгорании керосина. Это особенно важно для космических миссий, где каждая тонна вредных выбросов может иметь негативные последствия для окружающей среды и космического оборудования. Во-вторых, метан обладает высокой энергетической плотностью, что позволяет добиваться сопоставимой с керосином энерговооруженности ракеты.
Также метан легче закупить и проще хранить, чем керосин и кислород, что делает его привлекательным для использования в миссиях, которые требуют большого объема топлива.
Ступени ракеты
Как правило, ракеты собираются из нескольких блоков, где первая ступень — это всегда разгонный модуль, а уже вторая и третья могут быть разделены на несколько ступеней в зависимости от того, сколько различных блоков или модулей они используют для достижения заданной высоты или скорости. Каждая ступень обычно содержит свой собственный двигатель и систему подачи топлива.
У ракет «Сатурн-5», используемых для полетов в космос 40−50 лет назад, было три ступени, а самая большая ракета СССР — «королёвская» Р-7 — использовала две ступени.
Современные ракеты используют двухступенчатую схему: как и 50 лет назад в первой ступени находится разгонный блок, во второй — отсек с полезной нагрузкой. Чаще всего первая ступень сгорает в атмосфере или падает в безлюдных районах, однако некоторые ракеты, например американская Falcon 9, оснащены технологией возврата первых ступеней для повторного использования.
Полезная нагрузка
Полезная нагрузка ракеты — это любое оборудование, материалы или любые предметы, которые перевозятся во второй ступени и выполняют определенную задачу после ее отделения от разгонного блока. Например, для гражданских миссией полезная нагрузка может включать в себя научные приборы, спутники связи и навигации, телескопы и другое оборудование для проведения исследований в космосе.
Если ракета запускается в интересах военных, то полезная нагрузка может включать в себя разведывательные спутники или другие космические аппараты военного назначения.
Система аварийного спасения
Одним из наиболее распространенных методов спасения экипажей является использование спасательных капсул. Это закрытые кабины, которые могут отделиться от остальной части ракеты и вернуться на Землю посредством специальных парашютов. Капсулы могут быть оборудованы кислородными баллонами, системами жизнеобеспечения, а также специальными устройствами, которые помогают снизить нагрузку на экипаж при посадке. несколько лет назад такая система спасла жизни экипажу корабля «Союз» МС-10.
Космический корабль «Союз-МС 10» с двумя членами экипажа на борту — российским космонавтом Алексеем Овчининым и американцем Ником Хейгом отклонился от заданной траектории полета, после чего командир корабля принял решение отменить полет.
На космических кораблях «Союз» система спасения позволяет спасти космонавтов с нулевой до 140-й секунды полета. Система аварийного спасения на «Союзах» максимально интегрирована в ракету-носитель. Основной двигатель, а также агрегаты разделения и управления используют твердое топливо с максимальной тягой и включаются за доли секунды. Система спасения экипажа подключается за 15 минут до намеченного старта и позволяет эвакуировать экипаж даже если ракета загорелась на стартовом столе.