Vesmírná raketa: co to je, typy, jak startuje | Hi-Tech

Jak se objevily vesmírné rakety, princip fungování. Jak se liší rakety na tuhá paliva od raket na kapalná paliva? Co je to “Booster Block”? Odpovědi na tyto a další otázky najdete na našem webu Hi-Tech Mail.ru.

Co jsou vesmírné rakety
Druhy vesmírných raket
Jak startují rakety
Raketové motory
Raketové palivo
Raketové stupně
Užitečné zatížení
Nouzový záchranný systém
Co jsou vesmírné rakety
Druhy vesmírných raket
Jak startují rakety
Raketové motory
Raketové palivo
Raketové stupně
Užitečné zatížení
Nouzový záchranný systém

Co jsou vesmírné rakety

Pokud se budeme striktně řídit učebnicí fyziky, stojí za to připomenout, že vesmírná raketa je vysokorychlostní letadlo schopné opustit povrch Země a dostat se do vesmíru. Vesmírné rakety se používají k vypouštění umělých družic Země, ale i meziplanetárních sond a kosmických lodí.

Toto zařízení, které funguje podle třetího Newtonova zákona, funguje jednoduše: motor spaluje speciální palivo a vystřikuje tryskový proud vysokou rychlostí a s velkým množstvím energie, což vytváří silný tah, vedoucí k rovnoměrnému zrychlení v opačném směru.

Maximální rychlost po startu závisí na mnoha faktorech, jako je typ rakety, použité palivo, hmotnost užitečného zatížení, atmosférické podmínky a další. Ale konečný cíl většiny raket je stejný: dát kosmické lodi uvnitř příďového kužele počáteční rychlost potřebnou pro vstup na oběžnou dráhu.

Například maximální rychlost modulu Juno, vypuštěného raketou Atlas-5, se po vstupu do vesmíru přiblížila 266000 XNUMX km/h. To mu umožnilo dosáhnout Jupiteru a poslat sérii unikátních snímků zpět na Zemi.

Druhy vesmírných raket

Jedním z hlavních rozdílů mezi raketami je jejich typ: jednorázové a opakovaně použitelné.

Jednorázové rakety jsou obrovské konstrukce určené na jedno použití. Po vynesení družice na oběžnou dráhu většinou spadnou pomocné bloky do oceánu nebo do opuštěných stepí a druhý nebo třetí stupeň shoří v hustých vrstvách atmosféry nebo jsou vypuštěny na oběžnou dráhu k likvidaci.

Také rakety mají různé nosnosti. Podle tohoto parametru se dělí na lehké, střední a těžké.

Většina nejznámějších raket, včetně ruských Sojuzů, evropských Ariane 5 a amerických Atlas a Delta, je považována za postradatelnou. Ruská raketa Angara-A5 patří do třídy těžkých jednorázových raket.

Americké Falcony 9 patří do třídy těžkých opakovaně použitelných raket a lze je znovu použít. Takových zatím na světě moc není. Součástí tohoto typu rakety je také částečně znovupoužitelný Falcon Heavy a nosič Starship – Super Heavy, schopný vynést na nízkou oběžnou dráhu až 150 tun nákladu.

Jak startují rakety

Všechny starty raket se odehrávají na speciálních kosmodromech: pozemních nebo námořních místech speciálně vybudovaných pro vesmírné technologie. Mezi takové kosmodromy patří Bajkonur, Vostočnyj nebo Pleseck, stejně jako kosmodrom na Mysu Canaveral nebo Vandenberg v USA. Pozemní kosmodromy jsou obrovská místa s připravenými odpalovacími rampami, přistávacími dráhami pro letadla a několika velitelskými centry.

Aby se snížily náklady na starty do vesmíru, došlo v posledních desetiletích k aktivním pokusům o využití námořních kosmodromů. Tyto platformy jsou speciálně vybavené lodě, které se mohou plavit po oceánu a odpalovat rakety z rovníku. To je nutné, aby se raketa dostala na oběžnou dráhu rychleji a strávila na ní méně času a paliva.

Navzdory rozdílům v principech startu začíná proces startu rakety plněním palivových nádrží palivem a okysličovadlem. Startovací systém rakety pak automaticky nebo na příkaz ze Země aktivuje motor, který začne vypouštět proudový proud, čímž raketu zvedne nahoru.

Prvních několik sekund vzletu je pro letový program nejkritičtějších: v tomto okamžiku zažívá raketa největší zatížení a zpravidla se v této fázi projeví i drobné konstrukční vady. Jakmile raketa překoná zemskou gravitaci, její rychlost se zvýší.

Obvykle při vypouštění kosmické lodi na oběžnou dráhu Země raketa Sojuz zrychlí na rychlost asi 28000 17 km/h (500 XNUMX mph).

Raketové motory

Raketový motor je zařízení, které vytváří tah potřebný k vypuštění rakety do vesmíru. Jedním z nejběžnějších typů raketových motorů jsou kapalinové raketové motory (LRE). Fungují na směsi kapalného paliva a okysličovadel, které se mísí a spalují ve spalovací komoře pod vysokým tlakem.

Raketové motory na kapalná paliva mají vysoký tah, ale ne všechny země zvládnou konstrukci a výrobu těchto motorů. Nejznámějším ruským raketovým motorem je RD-180. Toto zařízení se používá jak na ruských raketách Sojuz, tak na amerických nosných raketách Atlas-5. Americký Merlin (SpaceX) a BE-4 (Blue Origin) jsou považovány za analogy těchto motorů.

Raketové palivo

V raketové vědě je nejběžnějším palivem dvojice paliva petrolej + kyslík. Petrolej má vysokou energetickou hustotu, dobrou stabilitu a dlouhou skladovatelnost. Kyslík je zase účinné okysličovadlo, které umožňuje dosahovat vysokých rychlostí a energetické účinnosti při spalování. V poslední době však došlo k velkému pokroku ve vývoji kyslíko-metanových motorů.

Metan je považován za čistší palivo než petrolej. Při jeho spalování ve spalovací komoře se uvolňuje podstatně méně oxidu uhličitého, oxidů dusíku a dalších škodlivých látek než při spalování petroleje. To je důležité zejména u vesmírných misí, kde každá tuna škodlivých emisí může mít negativní důsledky pro životní prostředí a vesmírné zařízení. Za druhé, metan má vysokou hustotu energie, která umožňuje dosáhnout hustoty výkonu rakety srovnatelné s petrolejem.

Metan se také snáze získává a skladuje než kerosin a kyslík, což jej činí atraktivním pro použití v misích, které vyžadují velké objemy paliva.

Raketové stupně

Rakety jsou obvykle sestaveny z několika bloků, kde první stupeň je vždy pomocný modul a druhý a třetí lze rozdělit do několika stupňů v závislosti na tom, kolik různých bloků nebo modulů používají k dosažení dané výšky nebo rychlosti. Každý stupeň obvykle obsahuje svůj vlastní motor a systém dodávky paliva.

Rakety Saturn V používané pro lety do vesmíru před 5-40 lety měly tři stupně, zatímco největší sovětská raketa Korolev R-50 používala stupně dva.

Moderní rakety používají dvoustupňovou konstrukci: stejně jako před 50 lety obsahuje první stupeň pomocný blok a druhý stupeň obsahuje prostor pro užitečné zatížení. Nejčastěji první stupeň shoří v atmosféře nebo spadne do neobydlených oblastí, ale některé rakety, například americký Falcon 9, jsou vybaveny technologií pro vrácení prvního stupně k opětovnému použití.

Užitečné zatížení

Náklad rakety je jakékoli vybavení, materiály nebo předměty, které jsou neseny ve druhém stupni a plní konkrétní úkol poté, co se oddělí od horního stupně. Například pro civilní mise může náklad zahrnovat vědecké přístroje, komunikační a navigační satelity, teleskopy a další vybavení pro provádění výzkumu ve vesmíru.

Pokud je raketa vypuštěna pro vojenské účely, náklad může zahrnovat průzkumné satelity nebo jiné vojenské kosmické lodě.

Nouzový záchranný systém

Jednou z nejběžnějších metod záchrany posádek je použití únikových modulů. Jde o uzavřené kabiny, které se mohou oddělit od zbytku rakety a vrátit se na Zemi přes speciální padáky. Kapsle mohou být vybaveny kyslíkovými nádržemi, systémy podpory života a speciálními zařízeními, která pomáhají snížit zatížení posádky během přistání. Před několika lety takový systém zachránil životy posádky kosmické lodi Sojuz MS-10.

Kosmická loď Sojuz MS 10 se dvěma členy posádky na palubě, ruským kosmonautem Alexejem Ovčininem a Američanem Nickem Haguem, se odchýlila od určené trajektorie letu, načež se velitel lodi rozhodl let zrušit.

Na kosmické lodi Sojuz umožňuje záchranný systém zachránit kosmonauty od nuly do 140 sekund letu. Nouzový záchranný systém na raketách Sojuz je maximálně integrován do nosné rakety. Hlavní motor, stejně jako separační a řídicí jednotky, využívají tuhé palivo při maximálním tahu a zapínají se ve zlomku vteřiny. Záchranný systém posádky se aktivuje 15 minut před plánovaným startem a umožňuje evakuaci posádky i v případě, že raketa vzplane na odpalovací rampě.