Hordozórakéta

A hordozórakéta ( RN ), egyben az űrrakéta ( RKN ) egy rakéta , amelyet hasznos rakomány világűrbe való kilövésére terveztek [1] .

Néha a "booster" kifejezést kiterjesztett értelemben használják: rakéta, amelyet arra terveztek, hogy hasznos terhet szállítson egy adott pontra (az űrbe vagy a Föld távoli régiójába ) - például mesterséges földi műholdak , űrhajók , nukleáris és nem. nukleáris robbanófejek . Ebben az értelmezésben a „kilövőeszköz” kifejezés egyesíti az „űrcélú rakéta” (RKN) és az „ interkontinentális ballisztikus rakéta ” kifejezéseket.

Osztályozás

Ellentétben néhány vízszintesen indítható repülőgép-rendszerrel (AKS), a hordozórakéták függőleges kilövést és (sokkal ritkábban) légi kilövést használnak .

Lépések száma

Egyfokozatú hordozórakétákat, amelyek hasznos terheket szállítanak az űrbe, még nem hoztak létre, bár vannak különböző fejlesztési fokú projektek (" KORONA ", HEAT-1X és mások). Egyes esetekben az egyfokozatú rakéták közé sorolható az a rakéta, amelynek első fokozata légi hordozó van, vagy mint olyan, hogy nyomásfokozókat használ. A világűrt elérni képes ballisztikus rakéták között sok egyfokozatú van, köztük az első V-2 ballisztikus rakéta [2] ; azonban egyik sem képes a Föld mesterséges műholdjának pályájára lépni.

Lépések helye (elrendezés)

A hordozórakéták kialakítása a következő lehet:

• hosszanti elrendezés (tandem), amelyben a szakaszok egymás után helyezkednek el, és felváltva repülés közben működnek (LV " Zenith-2 ", " Proton ", " Delta-4 ");
• párhuzamos elrendezés (csomag), amelyben több párhuzamosan elhelyezkedő és különböző szakaszokhoz tartozó blokk egyidejűleg működik repülés közben ( Szojuz hordozórakéta );
  • feltételes csomagos elrendezés (ún. másféllépcsős séma), amely minden szakaszhoz közös üzemanyagtartályt használ , amelyből az indító és a fenntartó motor meghajtása, egyidejű indítása és üzemelése történik, csak azok nullázódnak az ütemezés befejeztével. motorok indítása;
  • a "spárga" elrendezés (a kifejezést Ed Keith repülőgép-mérnök, ennek az elrendezésnek az egyik megalkotója alkotta meg), amely szivattyúkkal szivattyúzza az üzemanyagot az oldalsó szakaszokból a középső szakaszba. Ezt a sémát használták a Falcon Heavy hordozórakéta eredeti tervezésében , amelyet később a rendszer műszaki megvalósításának összetettsége miatt elhagytak.

Használt motorok

Menethajtó motorokként használhatók:

• folyékony rakétahajtóművek ;
• szilárd rakétamotorok ;
• különböző kombinációk különböző szinteken.

Rakomány tömege

Az alacsony referenciapályára (LEO ) indított rakéták hasznos tömeg (PN) szerinti besorolása a technológia fejlődésével változik, és meglehetősen önkényes [1] [3] :

Néha megkülönböztetik a hordozórakéták ultrakönnyű osztályát is, amely akár 500 kilogramm súlyú hasznos terhet is képes eljuttatni a LEO-hoz [7] .

Újrahasználat

A legelterjedtebbek az eldobható többfokozatú rakéták mind szakaszos, mind hosszanti sémában. Az eldobható rakéták rendkívül megbízhatóak az összes elem maximális egyszerűsítése miatt. Tisztázni kell, hogy a keringési sebesség eléréséhez egy egyfokozatú rakéta végső tömege elméletileg nem haladhatja meg a kiindulási tömeg 7–10%-át, ami még a meglévő technológiák mellett is megnehezíti a megvalósítást. és a hasznos teher kis tömege miatt gazdaságilag nem hatékony. A világűrhajózás történetében gyakorlatilag nem hoztak létre egyfokozatú hordozórakétákat - csak úgynevezett másfél lépcsős módosítások voltak (például az amerikai Atlas hordozórakéta , további indítómotorokkal). A több fokozat jelenléte lehetővé teszi a kimenő hasznos teher tömegének és a rakéta kezdeti tömegének arányának jelentős növelését. Ugyanakkor a többfokozatú rakéták megkövetelik a területek elidegenítését a közbenső fokozatok eséséhez.

A rendkívül hatékony komplex technológiák alkalmazásának szükségessége miatt (elsősorban a meghajtási rendszerek és a hővédelem területén) még nem léteznek teljesen újrafelhasználható hordozórakéták, annak ellenére, hogy folyamatosan érdeklődnek e technológia iránt, és időszakosan megnyíló projektek újrafelhasználható hordozórakéták fejlesztésére. (az 1990-2000-es évek időszakára - például ROTON, Kistler K-1, AKS VentureStar stb.). Részben újrafelhasználható volt a széles körben használt amerikai újrafelhasználható űrszállító rendszer (MTKS)-AKS " Space Shuttle " ("Space Shuttle") és a szovjet MTKS " Energia - Buran " program, amelyet fejlesztettek ki, de az alkalmazott gyakorlatban soha nem használtak, valamint egy számos meg nem valósult korábbi (például " Spirál ", MAKS és egyéb AKS) és újonnan kifejlesztett (például " Bajkál-Angara ") projektek. A várakozásokkal ellentétben az Space Shuttle nem tudta csökkenteni a rakomány pályára szállításának költségeit; ezen túlmenően a személyzettel rendelkező MTKS-eket az indítás előtti előkészítés összetett és hosszadalmas szakasza jellemzi (a személyzet jelenlétében megnövekedett megbízhatósági és biztonsági követelmények miatt).

A Falcon 9 hordozórakéta részben újrafelhasználható (első fokozat és orrvédő) . Ennek a hordozórakétának az első fokozata akár 10 vagy több alkalommal is használható minimális repülések közötti karbantartás mellett [8] [9] . 2022 októberétől a gyakorlati szakasz repülési ideje eléri a 14-et ( B1058 , B1060 ), a minimális repülési intervallum pedig 21 nap ( B1062-6 ).

Emberi jelenlét

A pilóta  repülésekre szánt rakétáknak megbízhatóbbaknak kell lenniük ( sürgősségi mentőrendszer is van rájuk telepítve ), a megengedett túlterhelés korlátozott (általában nem több, mint 3-4,5 g ) . Ugyanakkor maga a hordozórakéta egy teljesen automata rendszer, amely egy készüléket (űrjárművet) indít a világűrbe emberekkel a fedélzetén, ezek lehetnek a hajót közvetlenül irányítani képes pilóták, szakemberek (mérnökök, kutatók, orvosok), űrturisták .

Történelem

A sugárhajtást az emberiség a középkor óta használja rakétafegyverekben : Kínában - a 13. századtól, Indiában - a 18. századtól ( Mysore rakéták , az első fémházas rakéták). Ezeknek a rakétáknak a sebessége azonban sokkal kisebb volt, mint az első űrrakétáké.

1897. május 10. K. E. Ciolkovszkij a "Rakéta" című kéziratában a sugárhajtás számos problémáját vizsgálja, ahol meghatározza a repülőgép sebességét egy rakétahajtómű tolóerejének hatására, változatlan irány nélkül, minden hiányában. egyéb erők; a végső függőséget " Ciolkovszkij-képletnek " nevezték (a cikk a "Scientific Review" folyóiratban jelent meg 1903-ban).

1903-ban K. E. Tsiolkovsky kiadta a „Világterek vizsgálata sugárhajtású műszerekkel” című munkáját - a világon az elsőt, amely a sugárhajtású repülőgép - „rakéta” – bolygóközi repülések lehetőségének elméleti alátámasztására irányult. 1911-1912-ben jelent meg ennek a munkának a második része, 1914-ben egy kiegészítése. K. E. Ciolkovszkij és tőle függetlenül F. A. Zander arra a következtetésre jutott, hogy az űrrepülések már ismert energiaforrások felhasználásával is lehetségesek, és gyakorlati sémákat jelöltek meg ezek megvalósítására (rakéta alakja, motorhűtés elvei, folyadék használata gázok üzemanyagként). párok stb.).

A hordozórakéta első elméleti terve a " Lunar Rocket " volt, amelyet a British Interplanetary Society tervezett 1939-ben. A projekt egy kísérlet volt a Holdra hasznos terhet szállítani képes hordozórakéta kifejlesztésére, kizárólag az 1930-as években létező technológiák alapján, vagyis ez volt az első olyan űrrakéta-projekt, amely nem tartalmazott fantasztikus feltételezéseket. A második világháború kitörése miatt a projekt munkálatai megszakadtak, és nem volt jelentős hatása az űrhajózás történetére [10] .

A világ első valódi hordozórakétája, amely hasznos terhet („ Szputnyik-1 ”) juttatott pályára 1957-ben, a szovjet R-7 („Szputnyik”) volt . Továbbá a Szovjetunió és az USA , majd számos más ország vált az úgynevezett " űrhatalmakká ", amelyek elkezdték használni saját hordozórakétáikat. A Szovjetunió és az USA, majd jóval később Kína is létrehozott egy hordozórakétát emberes repülésekhez.

Jelenleg az állami űrügynökségek rakétái közül a következő hordozórakéták szállíthatják a legnagyobb hasznos terhet: az orosz Proton-M hordozórakéta, az amerikai Delta-IV Heavy hordozórakéta és az európai Ariane-5 nehézosztályú hordozórakéta. Lehetővé teszik 21-25 tonna hasznos teher alacsony földi pályára ( 200 km ) ,  6-10 tonna GPO -ba, és  3-6 tonna GSO -ba való indítását [11] . A legerősebb üzemben lévő hordozórakéta azonban a SpaceX magáncég Falcon Heavyje, egy szupernehéz osztályú rakéta (amerikai besorolás szerint), amely akár 64 tonnát is képes alacsony földi pályára bocsátani, és akár 27 tonnát. a GPO-ba.

Korábban nagyobb teljesítményű szupernehéz hordozórakétákat hoztak létre (az ember Holdra juttatását célzó projektek részeként), mint például az amerikai Saturn-5 hordozórakéta és a szovjet N-1 hordozórakéta , valamint később. , a Szovjet Energia De jelenleg nincsenek használatban. Ennek megfelelő nagy teljesítményű rakétarendszer volt az amerikai Space Shuttle MTKS , amely szupernehéz osztályú hordozórakétának tekinthető 100 tonnás tömegű emberes űrrepülőgép indítására, vagy nehéz osztályú hordozórakétának más hasznos rakományok (max. 20-30 tonna, pályától függően). Ugyanakkor az űrsikló az újrafelhasználható űrrendszer második szakasza volt, amelyet csak részvételével lehetett használni - ellentétben az MTKS Energia-Buran szovjet analógjával .

Tervezett szupernehéz hordozórakéták

Az Artemis projekt részeként a NASA űrügynökség fejleszti az SLS -t (space launch system), amelynek segítségével újraindítják a Holdra irányuló emberes repüléseket, és holdbázist építenek [12] . Ennek a hordozórakétának 95-131,5 tonnás rakományt kell majd alacsony referenciapályára szállítania . Az első pilóta nélküli kilövést az Artemis-1 küldetéssel legkorábban 2022 májusában tervezik [13] , az első emberes Artemis-2 indítását pedig 2023 -ra [14] .

A harmadik szupernehéz osztályú hordozórakéta Oroszországban a Jenyiszej osztályú hordozórakéta lehet , amelynek elkészítésének részletes ütemtervét 2019 január elején írták alá. A rakéta infrastruktúrájának kiépítése 2026-ban kezdődik, az első repülést 2028-ra tervezik a Vosztocsnij kozmodromból . Az új orosz szupernehéz hordozórakéta több mint 70 tonna rakományt indít alacsony földi pályára , és mélyűrrepüléseket biztosít [15] .

Lásd még

• Újrafelhasználható hordozórakéta
• A hordozórakéták listája
• Az első űrindítások idővonala országonként

Jegyzetek

1. ↑ 1 2 TSB, 1975 .
2. ↑ Dornberger, 2004 .
3. ↑ Gorkin, 2006 .
4. ↑ TSB, 1975 : „R.-n. feltételesen a következőkre osztható. osztályok: könnyű (500 kg-ig), közepes (10 tonnáig), nehéz (100 tonnáig), szupernehéz (100 tonna felett).
5. ↑ BRE : „Az RN könnyű (5 tonnáig, például Cosmos, Vega), közepes (5–20 tonna, Szojuz, Zenit), nehéz (20–100 tonna, Proton -M), „Ariane- 5"), szupernehéz (100 tonna felett, "N-1", "Energia")".
6. ↑ McConnaughey .
7. ↑ Klyushnikov V. Yu. Ultrakönnyű hordozórakéta: rést a kilövési szolgáltatások piacán és ígéretes projektek. 1. rész  // Aerospace sphere: Journal. - 2019. - szeptember 5. ( 3. sz.). - S. 58-71 . — ISSN 2587-7992 . — doi : 10.30981/2587-7992-2019-100-3-58-71 . (Orosz)
8. ↑ Musk mozgalmas év elé néz a SpaceX számára .
9. ↑ 5. blokk Telefonnyomó .
10. ↑ BIS Lunar Lander .
11. ↑ M. V. Hrunicsevről elnevezett GKNPT-k .
12. ↑ NASA .
13. ↑ A NASA főfelügyelője élesen bírálja az SLS alapszínvonalának   fejlesztését ? . SpaceNews (2018. október 10.). Letöltve: 2022. március 24.  (határozatlan)
14. ↑ A NASA 2019 decemberére tűzte ki az első SLS-   indítás dátumát ? . SpaceNews (2017. november 8.). Letöltve: 2022. március 24.  (határozatlan)
15. ↑ "Jenyiszej" nevű orosz szupernehéz rakéta .

Irodalom

• V. A. Alexandrov, V. V. Vladimirov, R. D. Dmitriev, S. O. Osipova. Indítójárművek / szerk. S. O. Osipova. - Moszkva: Katonai Könyvkiadó , 1981. - 315 p. - 17.000 példány. (Orosz)
• V. I. Kurenkov. 2. rész. A hordozórakéta tervezésének alapjai // Rakéta- és űrtechnológiai termékek tervezése és tervezése . - elektron. tankönyv juttatás. - Samara: Oroszország Oktatási és Tudományos Minisztériuma , Szamara állam. űrrepülési egyetem. S. P. Koroleva , 2012. (Orosz)
• BOAT ROCKET  // Nagy Orosz Enciklopédia  : [35 kötetben]  / ch. szerk. Yu. S. Osipov . - M .  : Nagy orosz enciklopédia, 2004-2017.
• Technika. A Modern Illustrated Encyclopedia . – Moszkva: Rosmen , 2006.
• Dornberger V. "V-2". A Harmadik Birodalom szuperfegyvere. 1930-1945 = V-2. A náci rakétafegyver / Per. angolról. I. E. Polotsk. - Moszkva: Tsentrpoligraf , 2004. - 350 p. — ISBN 5-9524-1444-3 .
• Indítójármű / G. A. Nazarov // Minta - Remensy. - M .  : Szovjet Enciklopédia, 1975. - ( Great Soviet Encyclopedia  : [30 kötetben]  / főszerkesztő A. M. Prohorov  ; 1969-1978, 21. köt.).

Linkek

Oroszul:

• Rakétavető vagy gyorsító . (Orosz)
• A Hrunicsev Állami Űrkutatási és - Termelési Központ kilövőjárműveit . (Orosz)
• Ígéretes hordozórakéták (2018. augusztus 2.). (Orosz)
• A szupernehéz orosz rakéta a Jeniszei nevet kapta . TASS . Letöltve: 2019. január 4. (Orosz)
• Archivált másolat (nem elérhető link) . M. V. Hrunicsevről elnevezett GKNPT-k . Letöltve: 2008. április 1. Az eredetiből archiválva : 2008. február 22.. (Orosz) 

Angolul:

• BIS Lunar  Lander .
• Block 5 Phone Presser  (angol) (2018. május 10.).
• Clark, Stephen Musk bemutatja a  SpaceX mozgalmas évét . Spaceflight Now (2017. április 4.).
• Paul K. McConnaughey; Mark G. Femminineo, Syri J. Koelfgen, Roger A. Lepsch, Richard M. Ryan, Steven A. Taylor. Indítási meghajtórendszerek ütemtervének tervezete: 01. technológiai terület  (angolul) (PDF). NASA 11. o. (2010. november). — „…Kicsi: 0-2t hasznos teher, Közepes: 2-20 tonna hasznos teher, Nehéz: 20-50 tonna hasznos teher, Szupernehéz: >50 tonna.” Hozzáférés időpontja: 2020. október 7.
• NASA Attemis . (határozatlan)
• A NASA értékeli az Artemis 2 menetrendjét, az indulási dátumot . (határozatlan)

Szótárak és enciklopédiák	Nagy katalán Nagy norvég Nagy orosz Britannica (online)
Bibliográfiai katalógusokban	GND : 4185818-9 J9U : 987007558161205171 LCCN : sh85075056