Первая космическая ракета: фото, видео

Система спасения

Система спасения — одна из самых сложных в ракете. Она включает в себя парашют, крепление к корпусу, а также механизм выброса парашюта. Она в обязательном порядке порядке должна быть проверена не один раз на земле. Я использую пиротехнический вариант выброса парашюта (мортирка), инициируемый бортовым компьютером. Хотя встречаются и другие решения — механические и пневматические, или вовсе инерционные. Пиротехническая система одна из самых популярных и простых, содержит минимум компонентов.

Заготовка для мортирки

Сам парашют — это купол диаметром в 70 сантиметров, сшитый из прочной и лёгкой ткани (рип-стоп). Можно рассчитать точно необходимую площадь парашюта для плавного спуска в зависимости от массы ракеты. Хотя, из практики, парашют лучше делать меньше диаметром — это увеличит скорость падения ракеты, конечно, но ракету будет меньше сдувать ветром, и поэтому меньше шансов намотать километры от места запуска до места падения.

Вырезаем парашют

Не менее важно обеспечить крепление системы спасения ракеты с корпусом. Обычно в корпус устанавливаются силовые болты, к которым привязывается силовой трос (фал), соединяющийся со стропами парашюта

Фал пропускается через пыж — лёгкий цилиндр, который впритирку устанавливается ко внутреннему диаметру ракеты — он необходим для выброса парашюта, работая как поршень, приводимый в движение газами из мортирки.

Конструкция крепления системы спасения

Головной обтекатель также подвязывается к фалу.

В сборе внутренние компоненты ракеты ракеты занимают весь внутренний объем.

Модель ракеты со всеми компонентами

Знакомство с сигнальным оружием

В удаленных районах при выполнении военных или спасательных операций может возникнуть необходимость подачи оповещательного сигнала. Поэтому военные и спасатели комплектуются специальным оружием и сигнальными патронами 12 калибра. Данными спецсредствами могут пользоваться также и гражданские, которые выходят в море под парусом на частных плавсредствах.

С целью создания светового, дымового и звукового сигнала производится стрельба сигнальными патронами 12 калибра. Вручную подать пиротехнический сигнал можно путем запуска реактивного и осветительного патрона, или отстрела пиротехнического патрона из специального гладкоствольного оружия. В результате образуется вспышка огня красного, желтого, белого и зеленого цветов.

С какой скоростью летают ракеты?

Прежде, чем ответить на этот вопрос, давайте поймем в чем ее измеряют. Ракеты летают чертовски быстро и говорить о привычных км/ч или м/сек не приходится. Скорость многих современных летательных аппаратов измеряют в Махах.

Непривычная величина измерения скорости появилась не просто так. Название “число Маха” и обозначение “М” предложил в 1929 году Якоб Аккерет. Оно выражается как отношение скорости движения потока или тела к скорости распространения звука в среде, в которой происходит движение. Если учесть, что скорость распространения звуковой волны у поверхности земли примерно равна 331 м/сек (около 1200 км/ч), не трудно догадаться, что единицу можно получить только если поделить 331 на 331. То есть, скорость один Мах (М) у поверхности земли составляет примерно 1200 км/ч. С набором высоты скорость распространения звуковой волны падает из-за уменьшения плотности воздуха.

Таким образом, один Мах у поверхности земли и на высоте 20 000 метров отличается примерно на 10 процентов. Стало быть и скорость тела, которую оно должно развить, чтобы получить число Маха, уменьшается. Упрощенно среди обывателей принято называть число Маха скоростью звука. Если такое упрощение не применяется в точных расчетах, его вполне можно допустить и считать примерно равным величине у поверхности земли.

Ракеты могут запускаться с самолета.

Такую скорость не так легко представить, но крылатые ракеты могут летать на скорости до 5 Махов (примерно 7 000 км/ч в зависимости от высоты). Баллистические ракеты и вовсе способны развивать скорость до 23 Махов. Именно такую скорость на испытаниях показал ракетный комплекс Авангард. Получается, что на высоте 20 000 метров, это будет около 25 000 км/ч.

Конечно, такая скорость достигается на заключительной стадии полета при спуске, но представить, что рукотворный объект может перемещаться с такой скоростью, все равно сложно.

Как видим, ракеты перестали быть просто бомбой, которую кидают далеко вперед. Это настоящее произведение инженерного искусства. Вот только хотелось бы, чтобы эти разработки шли в мирное русло, а не предназначались для разрушения.

Устройство

Чтобы уяснить как работает ракета-носитель следует разобраться в её устройстве. Начнем описание узлов сверху к его нижней части.

САС

Аппарат, выводящий на орбиту спутник или грузовой отсек всегда отличает от носителя, который предназначен для транспортировки экипажа его конфигурация. У последнего в самом верху расположена специальная система аварийного спасения, служащая для эвакуации отсека с космонавтов при поломке ракета-носителя. Эта нестандартной формы башенка, размещенная на самом верху, является миниатюрной ракетой, позволяющей «вытянуть” капсулу с людьми вверх при экстраординарных обстоятельствах и сместить её на безопасное расстояние от точки аварии. Это актуально в начальной стадии полета, где ещё есть возможность провести парашютный спуск капсулы. В безвоздушном пространстве роль САС становиться не столь важна. В околоземном пространстве спасти космонавтов позволит функция, дающая возможность отделить от ракета-носителя спускаемый аппарат.

Грузовой отсек

Ниже САС расположен отсек, несущий полезную нагрузку: пилотируемый аппарат, спутник, грузовой отсек. Исходя от типа и класса ракета-носителя, масса выводимого на орбиту груза, может колебаться от 1,95 до 22,4 тонн. Весь транспортируемый кораблем груз защищен головным обтекателем, который сбрасывается после прохождения атмосферных слоёв.

Маршевый двигатель

Далекие от космоса люди думают, что если ракета оказалась в безвоздушном пространстве, на высоте ста километров, где начинается невесомость, то на этом её миссия окончена. На самом деле в зависимости от задачи, целевая орбита, выводимого в космос груза может находиться значительно дальше. Например, телекоммуникационные спутники необходимо транспортировать на орбиту, находящуюся на высоте более 35 тысяч километров. Чтобы достичь необходимого удаления и нужен маршевый двигатель, или как его по-другому называют – разгонный блок. Для выхода на запланированную межпланетную или отлетную траекторию следует не один раз менять скоростной режим полета, осуществляя определенные действия, поэтому этот двигатель должен неоднократно запускаться и выключаться, в этом его несходство с прочими аналогичными узлами ракеты.

Многоступенчатость

У ракета-носителя лишь малую долю его массы занимает транспортируемая полезная нагрузка, всё остальное – двигатели и топливные баки, которые расположены в разных ступенях аппарата. Конструктивной особенностью этих узлов является возможность их отделения после выработки топлива. После чего они сгорают в атмосфере, не достигая земли. Правда в последние годы была разработана технология, позволяющая возвращать в отведенную для этого точку отделившиеся ступеням невредимыми и вновь запускать их в космос. В ракетостроении при создании многоступенчатых кораблей используется две схемы:

  • Первая – продольная, позволяет размещать вокруг корпуса несколько одинаковых двигателей с топливом, одновременно включающихся и синхронно сбрасывающихся после использования.
  • Вторая – поперечная, дает возможность располагать ступени по возрастающей одну выше другой. В этом случае их включение происходит исключительно после сброса нижней, отработанной ступени.

Но часто конструкторы отдают предпочтение сочетанию поперечно-продольной схеме. Ступеней у ракеты может быть много, но увеличение их числа рационально до определенного предела. Их рост влечет за собой увеличение массы двигателей и переходников, работающих только на определенной стадии полета. Поэтому современные ракета-носители не комплектуются более чем четырьмя ступенями. В основном топливные баки ступеней состоят из резервуаров, в которых закачивается разные компоненты: окислитель (жидкий кислород, тетроксид азота) и горючее (жидкий водород, гептил). Только при их взаимодействии можно разогнать ракету до нужной скорости.

Использование науки при создании ракет

Его подход сильно отличался от того, что демонстрировали изобретатели прошлого. Если М.И. Картмазов, А.Д. Засядько и К.А. Шильдер работали по факту, учась на своих ошибках и просто исправляя то, что плохо показало себя в испытаниях, К.И. Константинов применял именно научный подход.

К.И. Константинов предложил подобные пусковые установки. Они существенно облегчали развертывание, ускоряли стрельбу и повышали ее точность.

Он много работал с физикой, химией, баллистикой и другими науками, прежде чем делать опытный образец. В итоге появилось много разных ракет с калибром от 2 до 4 дюймов и с дальностью стрельбы от 1,3 до 4 километров. Они могли запускаться с переносных треног или с колесных установок. Ракеты можно даже было запускать из помещений, что по тем временам было большим новшеством. Все это было хорошо продемонстрировано во время Крымской войны.

Впрочем, хоть ракеты Константинова и были хорошими, они все равно немного уступали французским в первую очередь по дальности. Но получив образцы ракет противника, инженер быстро смог доработать свои образцы и сделать так, чтобы они не уступали ракетам противника.

В отличии от других исследователей и изобретателей К.И. Константинов полагался в основном на научные данные, а не на метод проб и ошибок.

О патронах с плоским обтюратором

На рынке сигнальной пиротехнической продукции патроны, содержащие плоский обтюратор, являются редкостью. считается основным производителем таких боеприпасов. При изготовлении наковаленок в качестве материала преимущественно используется сталь.

По отзывам владельцев, стрельба сигнальным патроном 12 калибра, оснащенным плоским обтюратором, практически всегда производится без осечек.

Для такой продукции предусмотрены различные типы сердечников. В линейке пиротехнических изделий патрон с широким фланцем также является редкостью. По мнению некоторых владельцев, во время стрельбы данными патронами осечки все же случаются. Данный факт объясняется наличием некачественного обтюратора. Однако такие случаи единичны. Кроме того, к недостаткам данной пиротехнической продукции можно отнести ее подверженность отсыреванию и значительную массу. Весит патрон 12 г, что, по мнению специалистов, для сигнального изделия очень много. Однако, в отличие от патронов «Стерлинг», для продукции «Комета» характерна увеличенная высота подъема. Используя боеприпас с плоским обтюратором, звезду можно запустить на 85 метров.

Устройство РД-107/108

Двигатель РД-107/108 состоит из четырех камер сгорания, турбонасосного агрегата, газогенератора, испарителя азота для наддува баков ракеты и комплекта агрегатов автоматики. Для управления полетом ракеты на двигателях имеются рулевые камеры: два на РД-107 и четыре на РД-108.

Несоизмеримые с возможностями существующих металлов температуры горения и продуктов сгорания, большое количество выделяемого тепла требуют охлаждения стенок камеры сгорания и сопла. В РД-107/108 эта инженерная задача решается двухстеночной конструкцией камеры сгорания и сопла и организацией охлаждения стенки со стороны горячего тракта подачей горючего (керосина) в камеру сгорания через межстеночные пространства.

Вторая особенность РД-107/108 − открытая схема сброса генераторного газа. Окислитель и горючее хранятся в отдельных баках и подаются в систему с помощью турбонасосного агрегата (ТНА). Для привода насосов горючего и окислителя используется турбина, в качестве рабочего тела для которой используется парогаз – продукт каталитического разложения пероксида водорода. Выхлопы турбины выбрасываются за срез сопла. 

Где применялись первые ракеты

Ракеты того времени использовались не для разрушения сами по себе, а скорее для подачи сигналов и обороны от конной армии. Взрывы не были сильными и не могли причинить серьезного вреда людям и лошадям, но животные пугались ярких вспышек, и это сильно мешало наступлению. А еще подобные ракеты применялись для развлечения, являясь первыми прародителями фейерверков.

По сути, фейерверк это тоже ракета.

Все это происходило еще в пятнадцатом веке, а в семнадцатом веке в России начали массово заниматься разработкой и принятием на вооружение подобных технологий. Даже есть данные о том, что в 1607 году был написан документ под названием ”Устав ратных, пушечных и других дел, касающихся до военной науки”. Первое заведение, которое занималось производством и разработкой новых типов пороха и систем самих ракет, появилось в России в 1680-ом году.

Когда появились первые ракеты

Прочитав вступление, многие могут предположить, что ракеты появились если не в сороковые годы прошлого века, то лет на 10 раньше. А может быть 20? А может 40 или 50? Точно нет! Первое применение того, что можно назвать ракетами, было еще в 1827 году, то есть почти 200 лет назад.

Произошло это в годы войны на Кавказе, которая не так сильно врезалась в историю, как мировые войны, война с Наполеоном, Крымская война, Столетняя война и другие конфликты разной степени интенсивности.

Кавказская война и так была кровопролитной, так еще и там применили ракеты.

Хотя, если копнуть в рукописи и исторические документы немного поглубже, то можно узнать, что и это не было первым запуском ракет. Что-то подобное применялось еще в Китае. Представители Поднебесной пользовались летающими бомбами, которые делали из бумаги или стеблей бамбука задолго до того, как подобное оружие начало массово применяться в военном деле.

Траектория полета

Многие убеждены, что ракеты взлетают вертикально, однако это не так. Ракетное топливо может закончиться через 10 минут, а при вертикальном взлете этого времени просто не хватит для выхода на орбиту.

Современные ракеты взлетают вертикально на самом первом этапе, а далее меняют траекторию и двигаются под углом по отношению к Земле. Чем выше высота полета, тем заметнее угол. Ракета совершает  — маневр, при котором направление тяги совпадает или противоположно направлению движения, изменяющемуся под действием силы тяжести. Этот маневр используется в момент выведения на орбиту или при посадке с нее.

Ускорение ракеты, взлетающей под углом к горизонту: g — ускорение свободного падения, ae — вклад двигателя в ускорение, a — итоговое ускорение ракеты

Твердотопливный ракетный двигатель

Твердото́пливный раке́тный дви́гатель (или ракетный двигатель на твёрдом топливе, РДТТ) — ракетный двигатель, который использует в качестве топлива твёрдое горючее и окислитель.

Как правило такой двигатель применяется в ракетах (твёрдотопливных ракетах).

История

Самые ранние сведения об использовании твердотопливных ракет (китайских пороховых ракет) относятся к XIII веку. Вплоть до XX века все ракеты использовали ту или иную форму твёрдого топлива, как правило на основе дымного пороха. В период между первой и второй мировыми войнами начинается принятие на вооружение лёгких твердотопливных ракет на основе различного нитроцеллюлозного топлива. После Второй Мировой войны началось бурное развитие ракетной техники как военного так и космического назначения.

Достоинства и недостатки

Достоинствами твердотопливных ракет являются: относительная простота, отсутствие проблемы возможных утечек токсичного топлива, низкая пожароопасность, возможность долговременного хранения, надёжность.

Недостатками таких двигателей являются невысокий удельный импульс и относительные сложности с управлением тягой двигателя (дросселированием), его остановкой (отсечка тяги) и повторным запуском, по сравнению с ЖРД; как правило, больший уровень вибраций при работе, большое количество агрессивных веществ в выхлопе наиболее распространённых видов топлива с перхлоратом аммония.

Применение

Космонавтика

Редко используются в советской и российской космонавтике (например, Старт (ракета-носитель)), однако широко применялись и применяются в ракетной технике других стран, например в США. В основном это элементы первой ступени (боковые ускорители):

  • Боковой ускоритель МТКК Спейс шаттл и Space Launch System.
  • Вторая ступень Наро-1 (Республика Корея), Антарес (США).
  • Семейство твердотопливных ступеней Castor (англ.) русск. .
  • Японская ракета SS-520.

В моделизме

В ракетомоделировании используется 2 типа двигателей на твёрдом топливе. Первые — на основе дымного пороха (в Америке такие двигатели имеются в свободной продаже). Но обычно используют расплав или смесь калийной селитры (или реже натриевой селитры) и углеводов (сахар, сорбит и декстроза) — это т. н. «карамель», она изготовляется самостоятельно. Ракетные двигатели обычно имеют сопло, но иногда делают и бессопловые двигатели. Их обычно изготовляют из картонных гильз для охотничьих ружей, в качестве сопла используется отверстие для капсюля.

В настоящее время существуют программы для расчёта характеристик таких двигателей. Наиболее популярная — «SRM» авторства Ричарда Накки (существует и русскоязычная версия).

Топливо

  • Гомогенные топлива. Представляют собой твёрдые растворы (обычно — нитроцеллюлозы) в нелетучем растворителе (обычно в нитроглицерине). Применяются в небольших ракетах.
  • Смесевые топлива. Это смесь твёрдых окислителя и горючего. Наиболее значимы:
    • Дымный порох. Исторически первое ракетное топливо. Состав: селитра, древесный уголь и сера.
    • Смесевые топлива на основе перхлората аммония (окислитель) и полимерного горючего. Наиболее широко применяемое топливо для тяжёлых ракет военного и космического назначения.
    • В ракетомоделизме получило широкое распространение самодельное смесевое топливо на основе нитрата калия и органических связующих, доступных в быту (сорбит, сахар и тому подобных).
  • Известны ракетные двигатели, где горючее является твёрдым топливом, а окислитель жидким веществом и подаётся в камеру сгорания насосами по трубопроводам. Достоинствами такого топлива являются возможность управления тягой двигателя, достижение более высоких температур сгорания за счёт охлаждения камеры жидким окислителем. Такие ракетные двигатели являются промежуточными между ЖРД и РДТТ .

Топливо РДТТ американских межконтинентальных ракет состояло из смеси на основе перхлората аммония в качестве окислителя и горючего полиуретана с алюминием (первая ступень), с присадками (связующего НТРВ (англ. Hydroxyl Terminated Poly Butadien — полибутадиена с концевой гидроксильной группой), улучшающими стабильность скорости горения, формование и хранения заряда и смесью на основе перхлората аммония в качестве окислителя и горючего полиуретана в смеси с сополимером полибутадиена и акриловой кислоты (вторая ступень).

голоса

Рейтинг статьи

Как обеспечивается устойчивость ракеты

«Ракета сохраняет динамическую устойчивость, если суммарный момент приложенных к ней сил относительно центра масс равен нулю при ориентации носом вперед», — объясняет Луис Блумфилд. Иными словами, для того чтобы ракета постоянно двигалась носом вперед и не переворачивалась, двигатель должен создавать силу тяги, которая направлена к центру масс. Второе условие устойчивости — действие аэродинамических сил. Воздушный поток обволакивает ракету и помогает лететь, если сопротивление воздуха у хвостовой части больше, чем спереди. Для устойчивого полета модели ракеты необходимо, чтобы центр тяжести модели ракеты был впереди ее центра давления.

Что такое баллистическая ракета

Баллистическая ракета — это снаряд, поражающий цель по неуправляемой траектории.

С учетом данного аспекта, у него есть два этапа полета:

  • короткий управляемый этап, по которому задается дальнейшая скорость и траектория;
  • свободный полет — получив основную команду, снаряд движется по баллистической траектории.

Нередко в подобном вооружении применяются многоступенчатые системы разгона. Каждая ступень отсоединяется после отработки топлива, что позволяет увеличить скорость снаряда за счет уменьшения веса.

Разработка баллистической ракеты связана с исследованиями К. Э. Циолковского. Еще в 1897 году он определил связь между скоростью под действием тяги ракетного двигателя, его удельным импульсом, а также массой в начале и конце полета. Расчеты ученого до сих пор занимают важнейшее место при проектировании.

Следующее важное открытие сделал Р. Годдард в 1917

Он применил жидкостный ракетный двигатель для сопла Лаваля. Такое решение вдвое увеличило силовую установку и имело значительный отклик в последующих работах Г. Оберта и команды Вернера фон Брауна.

Герман Оберт был одним из первых, кто задумался о применении подобных открытий в области космонавтики. Однако раньше него, идеи Циолковского и Годдарда были реализованы командой Вернера фон Брауна в военной сфере. Именно на основе их исследований в Германии появились первые серийно производимые баллистические ракеты «Фау-2» (V2).

8 сентября 1944 года они впервые были применены при бомбардировке Лондона. Однако в ходе оккупации Германии союзниками все документы исследований были вывезены из страны. Дальнейшие разработки велись уже со стороны США и СССР.

Рассказ про ракету для 1 класса

Перед тем, как составить рассказ про космические ракеты для детей 1 класса, спросите их, что им известно о космосе. Это подстегнет интерес учащихся и поможет настроиться на внимательное слушание.

Чтобы малыш получил представление о космосе и ракетах, сначала расскажите ему про атмосферу. Это такой воздушный слой, окутывающий нашу планету. Чем больше высота, тем меньше воздуха. У поверхности Земли атмосфера плотная и густая. В небе, где летают самолеты и плавают облака, воздух разреженный, а в космосе его почти нет.

Ракеты летают очень быстро, поэтому не могут перемещаться в атмосфере, где воздух очень плотный. Поэтому их выводят на орбиту — такую высоту, где летательные аппараты не падают обратно вниз и не улетают в космос.

Чтобы вывести корабль в космическое пространство, понадобится как-то поднять его с поверхности Земли. Для этого используют большие моторы, работающие на ракетном топливе.

История

Первым детально проработанным теоретическим проектом ракеты-носителя был «Lunar Rocket», спроектированный Британским межпланетным обществом в 1939 году. Проект представлял собой попытку разработки ракеты-носителя, способной доставить полезный груз на Луну, основанную исключительно на существующих в 1930-х годах технологиях, то есть был первым проектом космической ракеты, не имевшем фантастических допущений. Ввиду начала Второй мировой войны работы по проекту были прерваны, и существенного влияния на историю космонавтики он не оказал.

Первой в мире настоящей ракетой-носителем, доставившей в 1957 году груз на орбиту, была советская Р-7 («Спутник»). Далее США и ещё несколько стран стали так называемыми «космическими державами», начав использовать собственные ракеты-носители, а три страны (а значительно позже также и четвёртая — Китай) создали РН для пилотируемых полётов.

Ракета-носитель Дельта 2

Самые мощные используемые на данный момент ракеты-носители — это российская РН «Протон-М», американская РН «Дельта-IV Heavy» и европейская РН «Ариан-5» тяжёлого класса, позволяющие выводить на низкую околоземную орбиту (200 км) 21—25 тонн полезного груза, на ГПО — 6—10 тонн и на ГСО — до 3—6 тонн.

Планируемая ракета Ариан 6

В прошлом были созданы (в рамках проектов высадки человека на Луну) и более мощные ракеты-носители сверхтяжёлого класса — такие, как американская РН «Сатурн-5» и советская РН «Н-1», а также, позднее, советская «Энергия», которые в настоящее время не используются. Соизмеримой мощной ракетной системой была американская МТКС «Спейс шаттл», которую можно было рассматривать как РН сверхтяжёлого класса для вывода пилотируемого корабля 100-тонной массы, или как РН всего лишь тяжёлого класса, для вывода на НОО прочей полезной нагрузки (до 20—30 тонн, в зависимости от орбиты). При этом космический корабль-челнок являлся частью (второй ступенью) многоразовой космической системы, которая могла использоваться только при его наличии — в отличие, например, от советского аналога МТКС «Энергия—Буран».