Ракета - Rocket

Для использования в других целях см. Ракета (значения).

В Союз ТМА-9 запуски космических аппаратов из Космодром Байконур, Сайт 1/5 в Казахстан

А ракета (из Итальянский: роккетто, горит  'бобина')[nb 1][1] это ракета, космический корабль, самолет или другой средство передвижения что получает толкать из ракетный двигатель. Выхлоп ракетных двигателей полностью состоит из пропеллент несется внутри ракеты.[2] Ракетные двигатели работают действие и реакция и толкают ракеты вперед, просто выбрасывая их выхлопные газы в противоположном направлении на высокой скорости, и поэтому могут работать в вакуум пространства.

Фактически, ракеты работают в космосе более эффективно, чем в атмосфере. Многоступенчатые ракеты способны достичь скорость убегания от Земли и, следовательно, может достигать неограниченной максимальной высоты. По сравнению с дыхательные двигатели, ракеты легкие и мощные и способны производить большие ускорения. Чтобы управлять своим полетом, ракеты полагаются на импульс, профили, вспомогательные реактивные двигатели, шарнирная тяга, импульсные колеса, отклонение выхлопной струи, расход топлива, вращение, или же сила тяжести.

Ракеты для использования в военных и развлекательных целях относятся как минимум к 13 веку. Китай.[3] Значительного научного, межпланетного и промышленного использования не произошло до 20-го века, когда ракетная техника была технологией, способствующей развитию Космическая эра, включая ступить на луну Земли. Ракеты теперь используются для фейерверк, оружие, катапультные сиденья, ракеты-носители за искусственные спутники, полет человека в космос, и исследование космоса.

Химические ракеты являются наиболее распространенным типом ракет большой мощности, обычно создающих высокоскоростной выхлоп за счет горение из топливо с окислитель. Сохраняемое топливо может быть простым сжатым газом или одиночным жидкое топливо диссоциирует в присутствии катализатора (одноразовое топливо ), две жидкости, которые самопроизвольно реагируют при контакте (гиперголические пропелленты ), две жидкости, которые необходимо воспламенить для реакции (например, керосин (RP1) и жидкий кислород, используемые в большинстве Жидкостные ракеты ), твердую комбинацию топлива с окислителем (твердое топливо ), или твердое топливо с жидким или газообразным окислителем (гибридная топливная система ). Химические ракеты хранят большое количество энергии в легко высвобождаемой форме и могут быть очень опасными. Однако тщательное проектирование, тестирование, изготовление и использование сводят к минимуму риски.

История

Основная статья: История ракет
Дальнейшая информация: Хронология ракетно-ракетной техники

Первый порох Ракеты с двигателями появились в средневековом Китае при династии Сун к 13 веку. Монголы переняли китайские ракетные технологии, и изобретение распространилось через Монгольские нашествия на Ближний Восток и в Европу в середине 13 века.[4] Ракеты записаны[кем? ] используется военно-морским флотом Сун в военных учениях, датированных 1245 годом. Ракетная двигательная установка внутреннего сгорания упоминается в ссылке на 1264 год, где указано, что "земляная крыса", тип салют напугала Императрицу-Мать Гуншэн на пиру, устроенном в ее честь ее сыном Император Лицзун.[5] Впоследствии ракеты вошли в военный трактат. Хуолунцзин, также известное как Руководство Fire Drake, написанное китайским офицером-артиллеристом Цзяо Ю в середине 14 века. В этом тексте упоминается первый известный многоступенчатая ракета, то "огненный дракон, выходящий из воды" (Huo long chu shui), который, как считается, использовался китайским флотом.[6]

Средневековые и ранние современные ракеты использовались в военных целях как зажигательное оружие в осады. Между 1270 и 1280 годами Хасан аль-Раммах писал аль-фурусийа ва аль-манасиб аль-харбийя (Книга о военном искусстве и изобретательных военных устройствах), в который вошли 107 рецептов пороха, из них 22 для ракет.[7][8]В Европе, Конрад Кизер описал ракеты в своем военном трактате Bellifortis около 1405 г.[9]

Уильям Конгрив на бомбардировка Копенгагена (1807)

Название «ракета» происходит от Итальянский роккетта, что означает «шпулька» или «маленький шпиндель», данное из-за сходства по форме с шпулькой или катушкой, используемой для удержания нити, подаваемой на прядильное колесо.Леонард Фронспергер и Конрад Хаас перенял итальянский термин на немецкий язык в середине 16 века; «ракета» появляется в английском языке к началу 17 века.[1]Artis Magnae Artilleriae pars prima, важная ранняя современная работа по реактивная артиллерия, к Казимеж Семенович, был впервые напечатан в Амстердам в 1650 г.

Британский батальон потерпел поражение во время Битва при Гунтуре, силами Хайдер Али, которые эффективно использовали Майсорские ракеты и реактивная артиллерия против плотно сосредоточенных британских войск.

В Майсорские ракеты были первыми успешными ракетами в железном корпусе, разработанными в конце 18 века в Королевство Майсур (часть современного Индия ) по правилу Хайдер Али.[10] В Ракета Конгрева был Британский оружие спроектировано и разработано Сэр Уильям Конгрив в 1804 году. Эта ракета базировалась непосредственно на майсорских ракетах, использовала прессованный порох и использовалась в Наполеоновские войны. Это были ракеты Конгрив, которые Фрэнсис Скотт Ки имел в виду, когда писал о «красных бликах ракет», когда его держали в плену на британском корабле, который осаживал Форт МакГенри в 1814 г.[11] Вместе майсорские и британские нововведения увеличили эффективную дальность стрельбы боевых ракет со 100 до 2000 ярдов.

Первое математическое рассмотрение динамики ракетного двигателя связано с Уильям Мур (1813 г.). В 1815 г. Александр Дмитриевич Засядько построены ракетные пусковые площадки, позволяющие запускать ракеты в залпы (6 ракет одновременно) и артиллерийские установки. Уильям Хейл в 1844 г. значительно повысилась кучность реактивной артиллерии. Эдвард Мунье Боксер в 1865 году усовершенствовал ракету Конгрев.

Уильям Лейтч впервые предложил концепцию использования ракет для космических полетов человека в 1861 году.[12] Константин Циолковский позднее (в 1903 г.) также возникла эта идея и была разработана теория, которая послужила основой для последующего развития космических полетов. В 1920 году профессор Роберт Годдард из Университет Кларка опубликовал предлагаемые улучшения ракетной техники в Способ достижения экстремальных высот.[13] В 1923 г. Герман Оберт (1894–1989) опубликованы Die Rakete zu den Planetenräumen («Ракета в планетное пространство»)

Годдард с жидкостной кислородно-бензиновой ракетой (1926 г.)

Современные ракеты возникли в 1926 году, когда Годдард прикрепил сверхзвуковой (де Лаваль ) форсунка на высокое давление камера сгорания. Эти сопла превращают горячий газ из камеры сгорания в охладитель, гиперзвуковой высоконаправленная струя газа, увеличивающая тягу более чем вдвое и повышающая КПД двигателя с 2% до 64%.[13] Его использование жидкое топливо вместо порох значительно снизился вес и повысилась эффективность ракет. Их использование в Вторая Мировая Война артиллерия развила технологию и открыла возможность полет человека в космос после 1945 г.

В 1943 году производство Ракета Фау-2 началось в Германии. Параллельно с немецким управляемая ракета программы, ракеты также использовались на самолет, либо для помощи при горизонтальном взлете (RATO ), вертикального взлета (Бахем Ба 349 "Наттер") или для их питания (Я 163, видеть список управляемых ракет Второй мировой войны Германии ). Ракетные программы союзников были менее технологичными и в основном полагались на неуправляемые ракеты, такие как советские. Катюша ракета в роли артиллерии и американского противотанкового базука снаряд. В них использовалось твердое химическое топливо.

Американцы захватили большое количество немецких ракетологи, включая Вернер фон Браун в 1945 г. и привезли их в США в рамках Операция Скрепка. После Второй мировой войны ученые использовали ракеты для изучения высотных условий по радио. телеметрия температуры и давления атмосферы, обнаружение космические лучи, и другие методы; также обратите внимание на Колокол X-1, первая машина с экипажем, преодолевшая звуковой барьер (1947). Самостоятельно в Космическая программа Советского Союза исследования продолжались в рамках лидерство главного конструктора Сергей Королев (1907–1966).

Вовремя Холодная война ракеты стали чрезвычайно важными в военном отношении с развитием современных межконтинентальные баллистические ракеты (Межконтинентальные баллистические ракеты) 1960-е годы были отмечены бурным развитием ракетной техники, особенно в Советском Союзе (Восток, Союз, Протон ) и в США (например, Х-15 ). Ракеты стали использоваться для исследование космоса. Американские съемочные программы (Проект Меркурий, Project Gemini а позже Программа Аполлон ) завершилась в 1969 году выпуском первого экипажа высадка на Луну - с использованием оборудования, запущенного Сатурн V ракета.

Типы

Конфигурации автомобиля
Запуск Аполлон 15 Сатурн V ракета: Т - через 30 с Т + 40 с

Ракетные аппараты часто имеют типичную форму высокой тонкой «ракеты», которая взлетает вертикально, но на самом деле существует много различных типов ракет, включая:[14][15]

Дизайн

Конструкция ракеты может быть такой же простой, как картонная трубка, заполненная черный порошок, но создание эффективной и точной ракеты или ракеты требует решения ряда сложных проблем. Основные трудности включают охлаждение камеры сгорания, перекачку топлива (в случае жидкого топлива), а также управление и корректировку направления движения.[20]

Составные части

Ракеты состоят из пропеллент, место для размещения пороха (например, топливный бак ), а сопло. У них также может быть один или несколько ракетные двигатели, устройство (а) направленной стабилизации (Такие как плавники, верньерные двигатели или двигатель подвесы за вектор тяги, гироскопы ) и структура (обычно монокок ), чтобы удерживать эти компоненты вместе. Ракеты, предназначенные для высокоскоростного использования в атмосфере, также имеют аэродинамический обтекатель, такой как носовой обтекатель, который обычно содержит полезную нагрузку.[21]

Помимо этих компонентов, ракеты могут иметь любое количество других компонентов, таких как крылья (ракетопланы ), парашюты, колеса (ракетные машины ), даже, в некотором смысле, человек (ракетный пояс ). Транспортные средства часто обладают системы навигации и системы наведения которые обычно используют спутниковая навигация и инерциальные навигационные системы.

Двигатели

Основная статья: Ракетный двигатель
Ракетный двигатель Viking 5C

Ракетные двигатели работают по принципу реактивный двигатель.[2] Ракетные двигатели, приводящие в действие ракеты, бывают самых разных типов; исчерпывающий список можно найти в основной статье, Ракетный двигатель. Большинство современных ракет - это ракеты с химическим приводом (обычно двигатель внутреннего сгорания,[22] но некоторые используют разлагающийся одноразовое топливо ), которые испускают горячий выхлопной газ. Ракетный двигатель может использовать газовое топливо, твердое топливо, жидкое топливо, или гибридная смесь твердого и жидкого. Некоторые ракеты используют тепло или давление, которые поступают от источника, отличного от химическая реакция топлива (ов), например паровые ракеты, солнечные тепловые ракеты, ядерная тепловая ракета двигатели или простые ракеты под давлением, такие как водная ракета или же подруливающие устройства на холодном газе. С горючими порохами начинается химическая реакция между топливо и окислитель в горение камеры, и образующиеся горячие газы ускоряются из сопло ракетного двигателя (или же насадки ) на обращенном назад конце ракеты. В ускорение этих газов через двигатель оказывает силу ("тягу") на камеру сгорания и сопло, приводя в движение транспортное средство (согласно Третий закон Ньютона ). На самом деле это происходит потому, что сила (давление, умноженная на площадь) на стенку камеры сгорания неуравновешивается отверстием сопла; в любом другом направлении дело обстоит иначе. Форма сопла также создает силу, направляя выхлопной газ вдоль оси ракеты.[2]

Пропеллент

Основная статья: Ракетное топливо
Лампа с газовым сердечником

Ракетное топливо - это масса, которая хранится, обычно в той или иной форме. пропеллент резервуар или кожух перед использованием в качестве движущей массы, выбрасываемой из ракетный двигатель в виде жидкость струя производить толкать.[2] Для химических ракет часто в качестве ракетного топлива используется такое топливо, как жидкий водород или же керосин сгорел окислителем, таким как жидкий кислород или же азотная кислота для производства больших объемов очень горячего газа. Окислитель либо хранится отдельно и смешивается в камере сгорания, либо поставляется предварительно смешанным, как в твердых ракетах.

Иногда топливо не сгорает, но все же подвергается химической реакции и может быть «монотопливом», например гидразин, оксид азота или же пероксид водорода это может быть каталитически разложился до горячего газа.

В качестве альтернативы можно использовать инертный пропеллент, который может нагреваться снаружи, например, в паровая ракета, солнечная тепловая ракета или же ядерные тепловые ракеты.[2]

Для небольших ракет с низкими характеристиками, таких как двигатели управления ориентацией там, где высокая производительность менее необходима, в качестве топлива используется жидкость под давлением, которая просто выходит из космического корабля через сопло.[2]

Заблуждение о маятниковой ракете

Первый ракета на жидком топливе, построенный Роберт Х. Годдард, существенно отличался от современных ракет. В ракетный двигатель был наверху, а топливный бак внизу ракеты,[23] основанный на убеждении Годдарда, что ракета достигнет устойчивости, "висит" на двигателе, как маятник в полете.[24] Однако ракета отклонилась от курса и разбилась на расстоянии 184 футов (56 м) от стартовая площадка,[25] что указывает на то, что ракета была не более стабильной, чем ракета с ракетным двигателем в основании.[26]

Использует

Ракеты или другое подобное устройства реакции несущие собственное топливо должны использоваться, когда нет другого вещества (земля, вода или воздух) или силы (сила тяжести, магнетизм, свет ) который средство передвижения может с успехом использоваться для движения, например, в космосе. В этих условиях необходимо нести все пропеллент использоваться.

Однако они полезны и в других ситуациях:

Военный

Основная статья: Ракета
А Ракета Trident II запущен с моря.

Некоторое военное оружие использует ракеты для приведения в движение боеголовки своим целям. Ракету и ее полезную нагрузку обычно называют ракета когда у оружия есть система наведения (не все ракеты используют ракетные двигатели, некоторые используют другие двигатели, например струи ) или как ракета если он неуправляемый. Противотанковые и зенитные ракеты использовать ракетные двигатели для поражения целей на высокой скорости на расстоянии нескольких миль, в то время как межконтинентальные баллистические ракеты могут использоваться для доставки многоядерные ядерные боеголовки за тысячи миль, и противобаллистические ракеты попытайтесь остановить их. Ракеты также прошли испытания на разведка, такой как Ракета для пинг-понга, который был запущен для наблюдения за вражескими целями, однако разведывательные ракеты так и не нашли широкого применения в вооруженных силах.

Наука и исследования

Смотрите также: Космический зонд
А Бампер звуковая ракета

Звуковые ракеты обычно используются для переноски приборов, снимающих показания на высоте от 50 до 1500 километров (930 миль) над поверхностью Земли.[27]В первые снимки Земли из космоса были получены от V-2 ракета в 1946 г. (рейс № 13 ).[28]

Ракетные двигатели также используются для приведения в движение ракетные сани по рельсам на очень высокой скорости. Мировой рекорд - 8,5 Маха.[29]

Космический полет

Основная статья: Космический полет

Ракеты большего размера обычно запускаются с стартовая площадка что обеспечивает стабильную поддержку в течение нескольких секунд после зажигания. Благодаря высокой скорости истечения - от 2500 до 4500 м / с (от 9000 до 16 200 км / ч; от 5600 до 10 100 миль в час) - ракеты особенно полезны, когда требуются очень высокие скорости, такие как орбитальная скорость около 7800 м / с (28000 км / ч; 17000 миль / ч). Космические аппараты, выведенные на орбитальные траектории, становятся искусственные спутники, которые используются во многих коммерческих целях. Действительно, ракеты остаются единственным способом запуска космический корабль на орбиту и дальше.[30] Они также используются для быстрого ускорения космических аппаратов, когда они меняют орбиты или сходят с орбиты на посадка. Также ракета может быть использована для смягчения жесткого приземления с парашютом непосредственно перед приземлением (см. ретророзетка ).

Спасать

Аполлон ЛЕС тест прерывания контактной площадки с шаблон модуль экипажа.

Ракеты использовались для продвижения линии к пораженному кораблю, так что Бриджи буй можно использовать для спасать те, кто на борту. Ракеты также используются для запуска аварийные сигнальные ракеты.

Некоторые пилотируемые ракеты, в частности Сатурн V[31] и Союз,[32] имеют запускать аварийно-спасательные системы. Это небольшая, обычно твердотопливная ракета, способная в любой момент отвести пилотируемую капсулу от основного транспортного средства в безопасное место. Эти типы систем эксплуатировались несколько раз, как во время испытаний, так и в полете, и каждый раз работали правильно.

Так было, когда Система обеспечения безопасности (Советская номенклатура) успешно оторвала капсулу L3 во время трех из четырех неудачных запусков советской лунной ракеты, N1 автомобили 3 л, 5 л и 7 л. Во всех трех случаях капсула, хоть и не отвинченная, была спасена от разрушения. Только три вышеупомянутые ракеты N1 имели функциональные системы обеспечения безопасности. Выдающийся автомобиль, 6L, имел фиктивные верхние ступени и, следовательно, не имел системы эвакуации, что давало ускорителю N1 100% -ный шанс выхода из неудачного запуска.[33][34][35][36]

Успешный побег из капсулы с экипажем произошел, когда Союз Т-10, на миссии в Салют 7 космическая станция, взорвался на площадке.[37]

Твердотопливный ракетный двигатель катапультные сиденья используются во многих военных самолетах для вывода экипажа из транспортного средства в безопасное место при потере управления полетом.[38]

Хобби, спорт и развлечения

Основная статья: модель ракеты

Модельная ракета - это небольшая ракета, предназначенная для достижения малых высот (например, 100–500 м (330–1640 футов) для модели весом 30 г (1,1 унции)) и выздороветь различными способами.

По данным США Национальная ассоциация ракетостроения (nar) Кодекс безопасности,[39] Модельные ракеты изготовлены из бумаги, дерева, пластика и других легких материалов. Код также содержит рекомендации по использованию двигателя, выбору места запуска, методам запуска, размещению пусковой установки, проектированию и развертыванию системы восстановления и т. Д. С начала 1960-х годов копия Кодекса безопасности ракетных моделей прилагалась к большинству комплектов ракетных моделей и двигателей. Несмотря на присущую ему ассоциацию с чрезвычайно легковоспламеняющимися веществами и предметами с заостренным наконечником, движущимися на высоких скоростях, модельная ракетная техника исторически доказала, что[40][41] быть очень безопасным хобби, и его считают важным источником вдохновения для детей, которые в конечном итоге становятся ученые и инженеры.[42]

Любители строят и летают на самых разных моделях ракет. Многие компании производят комплекты и детали для ракетных моделей, но из-за присущей им простоты известно, что некоторые любители делают ракеты практически из чего угодно. Ракеты также используются в некоторых типах потребительских и профессиональных фейерверк. А водная ракета представляет собой тип модельной ракеты, в которой в качестве реакционной массы используется вода. Сосуд под давлением (двигатель ракеты) обычно представляет собой использованную пластиковую бутылку для безалкогольных напитков. Вода вытесняется сжатым газом, обычно сжатым воздухом. Это пример третьего закона движения Ньютона.

Масштаб любительской ракетной техники может варьироваться от небольшой ракеты, запущенной на заднем дворе, до ракеты, достигшей космоса.[43] Любительская ракетная техника делится на три категории по общему количеству двигателей. импульс: маломощный, средний и высокое напряжение.

Пероксид водорода ракеты используются для питания реактивные ранцы,[44] и были использованы для власти легковые автомобили и ракетная машина держит все время (хотя и неофициально) дрэг-рейсинг записывать.[45]

Тучный пень самая мощная некоммерческая ракета, когда-либо запущенная на Аэротек двигатель в Великобритании.

Полет

Видео запуска Космический шатл Стараться на СТС-134

Запускает для орбитальные космические полеты, или в межпланетное пространство, обычно из фиксированного места на земле, но также возможны с самолета или корабля.

Технологии запуска ракет включают в себя весь набор систем, необходимых для успешного запуска транспортного средства, не только само транспортное средство, но и системы управления стрельбой, центр управления полетами, стартовая площадка, наземные станции, и станции слежения необходимо для успешного запуска или восстановления или того и другого. Их часто вместе называют "наземный сегмент ".

Орбитальный ракеты-носители обычно взлетают вертикально, а затем начинают постепенно наклоняться, обычно после гравитационный поворот траектория.

Оказавшись над большей частью атмосферы, транспортное средство затем поворачивает реактивный двигатель под углом, направляя его в основном горизонтально, но несколько вниз, что позволяет транспортному средству набирать, а затем поддерживать высоту, увеличивая горизонтальную скорость. По мере увеличения скорости аппарат будет становиться все более горизонтальным, пока на орбитальной скорости двигатель не отключится.

Все текущие автомобили сцена, то есть сбрасывать аппаратные средства на пути к орбите. Несмотря на то что автомобили были предложены которые могли бы выйти на орбиту без постановки, ни один из них никогда не был построен, и, если бы он был приведен в действие только ракетами, экспоненциально растущие потребности в топливе Такое транспортное средство сделало бы его полезную полезную нагрузку крошечной или вовсе не существующей. Большинство современных и исторических ракет-носителей «расходуют» выброшенное оборудование, как правило, позволяя ему упасть в океан, но некоторые восстановили и повторно использовали выброшенное оборудование либо с помощью парашюта, либо с помощью силовой посадки.

Неровная траектория полета ракеты-носителя PSLV в сторону полярных склонов Шри-ланкийский суша.

При выводе космического корабля на орбиту "изгиб"- управляемый поворот с приводом во время фазы подъема, который приводит к отклонению траектории полета ракеты от" прямой "траектории. Искривление необходимо, если желаемый азимут пуска для достижения желаемого наклонения орбиты будет принимать наземный путь над землей (или над населенным районом, например, Россия обычно запускает над сушей, но над безлюдными районами), или если ракета пытается достичь орбитального самолета, который не достигает широта стартовой площадки. Изогнутые ноги нежелательны из-за необходимости в дополнительном топливе на борту, что приводит к увеличению нагрузки и снижению производительности транспортного средства.[46][47]

Шум

Рабочие и представители СМИ стали свидетелями испытания системы шумоподавления воды в г. Стартовая площадка 39A.

Выхлоп ракеты генерирует значительное количество акустической энергии. Поскольку сверхзвуковой выхлоп сталкивается с окружающим воздухом, ударные волны сформированы. В интенсивность звука от этих ударных волн зависит как размер ракеты, так и скорость истечения. Интенсивность звука больших ракет с высокими характеристиками потенциально может убить с близкого расстояния.[48]

В Космический шатл генерировал 180 дБ шума вокруг своего основания.[49] Для борьбы с этим НАСА разработало систему шумоподавления, которая может пропускать воду со скоростью до 900 000 галлонов в минуту (57 м3/ с) на стартовую площадку. Вода снижает уровень шума со 180 дБ до 142 дБ (проектное требование - 145 дБ).[50] Без системы подавления звука акустические волны отражались бы от стартовой площадки в сторону ракеты, вызывая вибрацию чувствительной полезной нагрузки и экипажа. Эти акустические волны могут быть настолько сильными, что могут повредить или разрушить ракету.

Шум обычно наиболее интенсивен, когда ракета находится близко к земле, поскольку шум двигателей исходит от струи вверх, а также отражается от земли. Этот шум можно несколько уменьшить за счет пламенных траншей с крышами, нагнетания воды вокруг струи и отклонения струи под углом.[48]

Для ракет с экипажем используются различные методы снижения интенсивности звука для пассажиров, и обычно размещение космонавтов подальше от ракетных двигателей значительно помогает. Для пассажиров и экипажа, когда машина едет сверхзвуковой звук отключается, так как звуковые волны больше не могут поспевать за автомобилем.[48]

Физика

Операция

Основная статья: Ракетный двигатель
Баллон с сужающейся насадкой. При этом само сопло не толкает баллон, а тянется за него. Лучше бы было сужающееся / расходящееся сопло.

В эффект Сгорание топлива в ракетном двигателе заключается в увеличении внутренней энергии образующихся газов за счет использования накопленной химической энергии в топливе.[нужна цитата ] По мере увеличения внутренней энергии давление увеличивается, и сопло используется для преобразования этой энергии в направленную кинетическую энергию. Это создает тягу к окружающей среде, в которую выбрасываются эти газы.[нужна цитата ] Идеальное направление движения выхлопа должно быть таким, чтобы вызывать тягу. В верхнем конце камеры сгорания горячий, энергичный газовый флюид не может двигаться вперед, и поэтому он толкается вверх к верхней части ракетного двигателя. камера сгорания. По мере приближения продуктов сгорания к выходу из камеры сгорания их скорость увеличивается. Эффект от сходящийся часть сопла ракетного двигателя на текучей среде высокого давления газов сгорания, чтобы заставить газы ускоряться до высокой скорости. Чем выше скорость газов, тем ниже давление газа (Принцип Бернулли или же сохранение энергии ) действующий на эту часть камеры сгорания. В правильно спроектированном двигателе поток достигает 1 Маха в горловине сопла. В этот момент скорость потока увеличивается. За горловиной сопла колоколообразная расширяющаяся часть двигателя позволяет газам, которые расширяются, давить на эту часть ракетного двигателя. Таким образом, раструбная часть сопла дает дополнительную тягу. Проще говоря, на каждое действие есть равная и противоположная реакция, согласно Третий закон Ньютона в результате выходящие газы вызывают реакцию силы на ракету, заставляя ее разгонять ракету.[51][nb 2]

Тяга ракеты создается давлением, действующим как на камеру сгорания, так и на сопло.

В закрытой камере давления равны в каждом направлении, и ускорение не происходит. Если в нижней части камеры предусмотрено отверстие, давление больше не действует на недостающую секцию. Это отверстие позволяет выхлопу выходить. Остающееся давление создает результирующую тягу на стороне, противоположной отверстию, и именно эти давления толкают ракету.

Форма сопла важна. Представьте воздушный шар, который приводится в движение воздухом, выходящим из сужающегося сопла. В таком случае сочетание давления воздуха и вязкого трения таково, что сопло не толкает баллон, а потянул этим.[53] Использование сужающегося / расходящегося сопла дает больше силы, так как выхлоп также давит на него, когда он расширяется наружу, примерно вдвое увеличивая общую силу. Если пропеллент непрерывно добавляется в камеру, то это давление может поддерживаться до тех пор, пока остается пропеллент. Обратите внимание, что в случае двигателей на жидком топливе насосы, перемещающие топливо в камеру сгорания, должны поддерживать давление выше, чем в камере сгорания - обычно порядка 100 атмосфер.[2]

В качестве побочного эффекта это давление на ракету также действует на выхлоп в противоположном направлении и ускоряет этот выхлоп до очень высоких скоростей (согласно Третий закон Ньютона ).[2] Из принципа сохранение импульса скорость истечения ракеты определяет, насколько увеличивается импульс для данного количества топлива. Это называется ракетным удельный импульс.[2] Поскольку ракету, топливо и выхлоп в полете без каких-либо внешних возмущений можно рассматривать как замкнутую систему, общий импульс всегда постоянен. Следовательно, чем выше чистая скорость выхлопа в одном направлении, тем большей скорости ракета может достичь в противоположном направлении. Это особенно верно, поскольку масса корпуса ракеты обычно намного меньше, чем окончательная общая масса выхлопных газов.

Силы на ракете в полете

Силы на ракете в полете

Общее изучение силы на ракете - это часть поля баллистика. Дальнейшие исследования космических аппаратов проводятся в подполе астродинамика.

На летающие ракеты в первую очередь влияют:[54]

В дополнение инерция и центробежная псевдосила может быть значительным из-за траектории ракеты вокруг центра небесного тела; при достижении достаточно высоких скоростей в нужном направлении и на высоте стабильный орбита или же скорость убегания получается.

Эти силы со стабилизирующим хвостом ( оперение ) присутствует будет, если не будут предприняты преднамеренные усилия по контролю, естественным образом заставит транспортное средство следовать грубо параболический траектория, названная гравитационный поворот, и эта траектория часто используется, по крайней мере, на начальном этапе запуска. (Это верно, даже если ракетный двигатель установлен на носу.) Транспортные средства, таким образом, могут поддерживать низкий уровень или даже ноль. угол атаки, что минимизирует поперечные стресс на ракета-носитель, что позволяет использовать более слабую и, следовательно, более легкую ракету-носитель.[55][56]

Тащить

Основные статьи: Перетащите (физика), Сопротивление гравитации, и Аэродинамическое сопротивление

Сопротивление - это сила, противоположная направлению движения ракеты относительно воздуха, в котором она движется. Это снижает скорость транспортного средства и создает нагрузку на конструкцию. Силы замедления для быстро движущихся ракет рассчитываются с использованием уравнение сопротивления.

Сопротивление можно свести к минимуму за счет аэродинамического носовой обтекатель и используя форму с высоким баллистический коэффициент («классическая» форма ракеты - длинная и тонкая) и сохраняя угол атаки как можно ниже.

Во время запуска, когда скорость транспортного средства увеличивается, а атмосфера становится разреженной, возникает точка максимального аэродинамического сопротивления, называемая макс Q. Это определяет минимальную аэродинамическую прочность транспортного средства, поскольку ракета должна избегать коробление под этими силами.[57]

Чистая тяга

Более подробную модель чистой тяги ракетного двигателя, учитывающую влияние атмосферного давления, см. Ракетный двигатель § Полезная тяга.
Форма реактивного двигателя изменяется в зависимости от внешнего давления воздуха. Сверху вниз:
  • Недорасширенный
  • Идеально расширенный
  • Сверхрасширенный
  • Сильно перерасширен

Типичный ракетный двигатель может обрабатывать значительную долю своей массы в топливе каждую секунду, при этом топливо покидает сопло со скоростью несколько километров в секунду. Это означает, что тяговооруженность ракетного двигателя, а часто и всего транспортного средства может быть очень высоким, в крайних случаях более 100. Это сравнивается с другими реактивными двигателями, которые могут превышать 5 для некоторых из лучших[58] двигатели.[59]

Можно показать, что чистая тяга ракеты составляет:

[2]:2–14

куда:

расход топлива (кг / с или фунт / с)
то эффективная скорость истечения (м / с или фут / с)

Эффективная скорость истечения это более или менее скорость, с которой выхлоп выходит из транспортного средства, а в космическом вакууме эффективная скорость выхлопа часто равна реальной средней скорости выхлопа вдоль оси тяги. Однако эффективная скорость выхлопа допускает различные потери и, в частности, уменьшается при работе в атмосфере.

Скорость потока топлива через ракетный двигатель часто преднамеренно изменяется в течение полета, чтобы обеспечить способ управления тягой и, следовательно, воздушной скоростью транспортного средства. Это, например, позволяет минимизировать аэродинамические потери.[57] и может ограничить рост грамм-силы за счет уменьшения пороховой нагрузки.

Общий импульс

Основная статья: Импульс (физика)

Импульс определяется как сила, действующая на объект с течением времени, которая при отсутствии противодействующих сил (гравитации и аэродинамического сопротивления) изменяет импульс (интеграл массы и скорости) объекта. Таким образом, это лучший показатель класса характеристик (масса полезной нагрузки и предельная скорость) ракеты, а не взлетная тяга, масса или «мощность». Суммарный импульс ракеты (ступени), сжигающей топливо, составляет:[2]:27

Когда есть фиксированная тяга, это просто:

Суммарный импульс многоступенчатой ​​ракеты - это сумма импульсов отдельных ступеней.

Удельный импульс

Основная статья: удельный импульс
язр в вакууме различных ракет
РакетаПропеллентыязр, вакуум (ы)
Космический шатл
жидкостные двигатели		LOX /LH2453[60]
Космический шатл
твердые двигатели		APCP268[60]
Космический шатл
OMS		NTO /MMH313[60]
Сатурн V
этап 1		LOX /РП-1304[60]

Как видно из уравнения тяги, эффективная скорость выхлопа контролирует величину тяги, создаваемой конкретным количеством топлива, сжигаемого в секунду.

Эквивалентная мера, чистый импульс на единицу массы выброшенного ракетного топлива, называется удельный импульс, , и это одна из самых важных цифр, описывающих характеристики ракеты. Он определяется таким образом, что связан с эффективной скоростью выхлопа следующим образом:

[2]:29

куда:

имеет единицы секунд
это ускорение на поверхности Земли

Таким образом, чем больше удельный импульс, тем больше полезная тяга и производительность двигателя. определяется измерением при испытании двигателя. На практике эффективная скорость истечения ракет варьируется, но может быть чрезвычайно высокой, ~ 4500 м / с, что примерно в 15 раз превышает скорость звука в воздухе на уровне моря.

Дельта-v (ракетное уравнение)

Основная статья: Уравнение ракеты Циолковского
Карта примерного Дельта-v вокруг Солнечной системы между Землей и Марс[61][62]

В дельта-v мощность ракеты - это теоретическое полное изменение скорости, которое ракета может достичь без какого-либо внешнего вмешательства (без сопротивления воздуха, силы тяжести или других сил).

Когда постоянна, дельта-v, которую может обеспечить ракетный аппарат, может быть вычислена из Уравнение ракеты Циолковского:[63]

}

куда:

начальная общая масса, включая топливо, в кг (или фунтах)
окончательная общая масса в кг (или фунтах)
эффективная скорость выхлопа в м / с (или фут / с)
это дельта-v в м / с (или фут / с)

При запуске с Земли практическая дельта-против для одиночных ракет, несущих полезную нагрузку, может составлять несколько км / с. Некоторые теоретические разработки имеют ракеты с дельта-против более 9 км / с.

Требуемая дельта-v также может быть рассчитана для конкретного маневра; например дельта-v для запуска с поверхности Земли на Низкая околоземная орбита составляет около 9,7 км / с, что оставляет автомобиль с боковой скоростью около 7,8 км / с на высоте около 200 км. В этом маневре теряется около 1,9 км / с. сопротивление воздуха, гравитационное сопротивление и набирать высоту.

Соотношение иногда называют соотношение масс.

Соотношение масс

Основная статья: Соотношение масс
Уравнение ракеты Циолковского дает соотношение между отношением масс и конечной скоростью, кратной скорости истечения.

Почти вся масса ракеты-носителя состоит из ракетного топлива.[64] Массовое отношение для любого «горения» - это отношение между начальной массой ракеты и ее конечной массой.[65] При прочих равных условиях для хороших характеристик желательна высокая массовая доля, поскольку она указывает на то, что ракета легкая и, следовательно, работает лучше, по сути, по тем же причинам, по которым малый вес желателен для спортивных автомобилей.

Ракеты как группа имеют самый высокий тяговооруженность любого типа двигателя; и это помогает автомобилям достичь высоких массовые отношения, что повышает производительность полетов. Чем выше передаточное число, тем меньше масса двигателя требуется. Это позволяет переносить еще больше топлива, значительно улучшая дельта-v. В качестве альтернативы, некоторые ракеты, например, для сценариев спасения или гонок, несут относительно мало топлива и полезной нагрузки и, следовательно, нуждаются только в легкой конструкции и вместо этого достигают высоких ускорений. Например, система спасения "Союз" может произвести 20грамм.[32]

Достижимые соотношения масс во многом зависят от многих факторов, таких как тип топлива, конструкция двигателя, используемого в транспортном средстве, запас прочности конструкции и методы строительства.

Наибольшие массовые отношения обычно достигаются с жидкостными ракетами, и эти типы обычно используются для орбитальные ракеты-носители, ситуация, которая требует высокой дельта-v. Жидкое топливо обычно имеет плотность, аналогичную плотности воды (за заметными исключениями: жидкий водород и жидкий метан ), и эти типы могут использовать легкие резервуары низкого давления и обычно работают с высокой производительностью. турбонасосы для нагнетания пороха в камеру сгорания.

Некоторые заметные массовые доли представлены в следующей таблице (некоторые самолеты включены для сравнения):

Средство передвиженияВзлетная массаКонечная массаСоотношение массМассовая доля
Ариана 5 (автомобиль + груз)746000 кг [66] (~ 1,645,000 фунтов)2700 кг + 16000 кг[66] (~ 6000 фунтов + ~ 35300 фунтов)39.90.975
Титан 23G Начальная ступень117,020 кг (258,000 фунтов)4,760 кг (10,500 фунтов)24.60.959
Сатурн V3038500 кг[67] (~ 6 700 000 фунтов)13,300 кг + 118,000 кг[67] (~ 29,320 фунтов + ~ 260,150 фунтов)23.10.957
Космический шатл (автомобиль + груз)2,040,000 кг (~ 4,500,000 фунтов)104,000 кг + 28,800 кг (~ 230,000 фунтов + ~ 63,500 фунтов)15.40.935
Сатурн 1B (только сцена)448,648 кг[68] (989 100 фунтов)41,594 кг[68] (91700 фунтов)10.70.907
Virgin Atlantic GlobalFlyer10024,39 кг (22100 фунтов)1678,3 кг (3700 фунтов)6.00.83
V-213000 кг (~ 28660 фунтов) (12,8 тонны)3.850.74 [69]
Х-1515420 кг (34000 фунтов)6620 кг (14600 фунтов)2.30.57[70]
Конкорд~ 181000 кг (400000 фунтов [70])20.5[70]
Боинг 747~ 363000 кг (800000 фунтов[70])20.5[70]

Постановка

Основная статья: Многоступенчатая ракета
Постановка космического корабля предполагает сброс ненужных частей ракеты для уменьшения массы.
Аполлон 6 при падении межкаскадного кольца

До сих пор ни одна ракета не могла достичь необходимой скорости (дельта-v) для выхода на орбиту, потому что пропеллент, резервуар, структура, руководство, клапаны, двигатели и т. д., требуют определенного минимального процента взлетной массы, которая слишком велика для топлива, которое он несет, для достижения этой дельта-v, несущей разумную полезную нагрузку. С Одноступенчатый на орбиту пока что невозможно, орбитальные ракеты всегда имеют более одной ступени.

Например, первая ступень Сатурна V, несущая вес разгонных ступеней, смогла достичь соотношение масс около 10, а удельный импульс - 263 секунды. Это дает дельта-v около 5,9 км / с, тогда как дельта-v около 9,4 км / с требуется для выхода на орбиту со всеми допустимыми потерями.

Эта проблема часто решается постановка - при запуске ракета сбрасывает лишний вес (обычно пустой бак и двигатели). Постановка либо серийный где ракеты загорелись после падения предыдущей ступени, или параллельно, где ракеты горят вместе, а затем отрываются, когда сгорают.[71]

Максимальные скорости, которые могут быть достигнуты с помощью постановки, теоретически ограничены только скоростью света. Однако полезная нагрузка, которую можно нести, геометрически уменьшается с каждой необходимой дополнительной ступенью, в то время как дополнительная дельта-v для каждой ступени просто складывается.

Ускорение и удельная масса

Основная статья: тяговооруженность

Из второго закона Ньютона ускорение, , транспортного средства просто:

куда м - мгновенная масса автомобиля и это чистая сила, действующая на ракету (в основном тяга, но сопротивление воздуха и другие силы могут играть роль).

По мере того, как оставшееся топливо уменьшается, ракетные аппараты становятся легче, и их ускорение имеет тенденцию увеличиваться до тех пор, пока топливо не будет исчерпано. Это означает, что большая часть изменения скорости происходит ближе к концу горения, когда автомобиль намного легче.[2] Однако при необходимости тягу можно уменьшить, чтобы компенсировать или изменить ее. Перебои в ускорении также возникают при сгорании ступеней, часто начиная с более низкого ускорения с каждой новой ступенью.

Пиковые ускорения могут быть увеличены за счет проектирования транспортного средства с уменьшенной массой, что обычно достигается за счет уменьшения топливной нагрузки, заправки топливом и связанных с ними конструкций, но, очевидно, это уменьшает дальность полета, дельта-v и время горения. Тем не менее, для некоторых приложений, для которых используются ракеты, очень желательно высокое пиковое ускорение, применяемое в течение короткого времени.

Автомобиль с минимальной массой состоит из ракетного двигателя с минимальным количеством топлива и конструкции для его перевозки. В этом случае тяговооруженность[№ 3] ракетного двигателя ограничивает максимальное ускорение, которое может быть разработано. Оказывается, что ракетные двигатели в целом имеют действительно отличное соотношение тяги к массе (137 для НК-33 двигатель;[72] некоторые твердотопливные ракеты более 1000[2]:442), и почти все действительно высокий g транспортные средства используют или использовали ракеты.

Высокое ускорение, которым обладают ракеты, означает, что ракетные машины часто способны вертикальный взлет, а в некоторых случаях, при соответствующем наведении и управлении двигателями, также вертикальная посадка. Для выполнения этих операций необходимо, чтобы двигатели транспортного средства обеспечивали больше, чем местные гравитационное ускорение.

Энергия

Энергоэффективность

Основная статья: тяговая эффективность
Космический шатл Атлантида на этапе запуска

Ракеты-носители взлет с большим количеством огня, шума и драмы, и может показаться очевидным, что они крайне неэффективны. Однако, хотя они далеки от совершенства, их энергоэффективность не так плоха, как можно было бы предположить.

Плотность энергии типичного ракетного топлива часто составляет около одной трети от обычного углеводородного топлива; основную массу составляет (часто относительно недорогой) окислитель. Тем не менее, при взлете ракета имеет большое количество энергии в топливе и окислителе, хранящемся в аппарате. Конечно, желательно, чтобы энергия пороха использовалась кинетический или же потенциальная энергия корпуса ракеты по возможности.

Энергия топлива теряется на сопротивление воздуха и гравитационное сопротивление и используется для набора высоты и скорости ракеты. Однако большая часть потерянной энергии попадает в выхлоп.[2]:37–38

В химической силовой установке КПД двигателя - это просто отношение кинетической мощности выхлопных газов и мощности, получаемой в результате химической реакции:[2]:37–38

100% КПД двигателя (КПД двигателя ) означало бы, что вся тепловая энергия продуктов сгорания преобразуется в кинетическую энергию струи. Это невозможно, но почти адиабатический сопла с высокой степенью расширения которые можно использовать с ракетами, на удивление близки: когда сопло расширяет газ, газ охлаждается и ускоряется, и может быть достигнута энергоэффективность до 70%. Большая часть остального - это тепловая энергия в выхлопных газах, которая не восстанавливается.[2]:37–38 Высокий КПД является следствием того факта, что сгорание ракеты может осуществляться при очень высоких температурах, а газ, наконец, выделяется при гораздо более низких температурах, что дает хорошие результаты. Эффективность Карно.

Однако эффективность двигателя - это еще не все. Вместе с другими реактивные двигатели, но особенно в ракетах из-за их высокой и обычно фиксированной скорости выхлопа ракетные аппараты крайне неэффективны на низких скоростях независимо от эффективности двигателя. Проблема в том, что на малых оборотах выхлоп уносит огромное количество кинетическая энергия назад. Это явление называется тяговая эффективность ().[2]:37–38

Однако по мере увеличения скорости результирующая скорость выхлопных газов снижается, и общий энергетический КПД транспортного средства повышается, достигая пика около 100% КПД двигателя, когда транспортное средство движется точно с той же скоростью, что и выпускаемый выхлоп. В этом случае выхлоп в идеале останавливался бы в пространстве позади движущегося транспортного средства, забирая нулевую энергию, а из-за сохранения энергии вся энергия попадала бы в транспортное средство. Затем эффективность снова падает на еще более высоких скоростях, так как выхлопные газы движутся вперед - за автомобилем.

График мгновенного КПД двигателя (синий) и общего КПД ракеты, разгоняющейся из состояния покоя (красный), в процентах от КПД двигателя

Из этих принципов можно показать, что тяговая эффективность для ракеты, движущейся со скоростью со скоростью истечения является:

[2]:37–38

И общая (мгновенная) энергоэффективность является:

Например, из уравнения с 0,7, ракета, летящая со скоростью 0,85 Маха (с которой летает большинство самолетов) со скоростью истечения 10 Маха, будет иметь прогнозируемую общую энергоэффективность 5,9%, тогда как обычный современный реактивный двигатель с воздушным дыханием достигает значения, близкого к 35 % эффективность. Таким образом, ракете потребуется примерно в 6 раз больше энергии; и учитывая, что удельная энергия ракетного топлива составляет примерно одну треть от удельной энергии обычного воздушного топлива, примерно в 18 раз больше массы ракетного топлива потребуется для того же путешествия. Вот почему ракеты редко, если вообще когда-либо, используются в авиации общего назначения.

Поскольку энергия в конечном итоге поступает из топлива, эти соображения означают, что ракеты в основном полезны, когда требуется очень высокая скорость, например МБР или же орбитальный запуск. Например, НАСА с космический шатл запускает свои двигатели примерно на 8,5 минут, потребляя 1000 тонн твердого топлива (с содержанием алюминия 16%) и дополнительно 2000000 литров жидкого топлива (106 261 кг топлива). жидкий водород топлива) для подъема корабля массой 100000 кг (включая полезную нагрузку 25000 кг) на высоту 111 км и орбитальный скорость 30 000 км / ч. На этой высоте и скорости транспортное средство имеет кинетическую энергию около 3 ТДж и потенциальную энергию примерно 200 ГДж. Учитывая начальную энергию 20 ТДж,[№ 4] Энергетическая эффективность космического челнока составляет около 16% при запуске орбитального аппарата.

Таким образом, реактивные двигатели с лучшим соответствием скорости и скорости выхлопа реактивной струи (например, турбовентиляторы - несмотря на то, что они хуже ) - преобладают для дозвукового и сверхзвукового использования в атмосфере, в то время как ракеты лучше всего работают на гиперзвуковых скоростях. С другой стороны, ракеты служат на многих ближних дистанциях. относительно низкоскоростные военные приложения, где их неэффективность на низких скоростях перевешивается их чрезвычайно высокой тягой и, следовательно, высокими ускорениями.

Эффект Оберта

Основная статья: Эффект Оберта

Одна тонкая особенность ракет связана с энергией. Ракетная ступень, неся заданный груз, способна дать определенный дельта-v. Эта дельта-v означает, что скорость увеличивается (или уменьшается) на определенную величину, независимо от начальной скорости. Однако, поскольку кинетическая энергия является квадратичным законом скорости, это означает, что чем быстрее ракета летит до возгорания, тем больше орбитальная энергия он выигрывает или проигрывает.

Этот факт используется в межпланетных путешествиях. Это означает, что количество дельта-v для достижения других планет, сверх того, чтобы достичь космической скорости, может быть намного меньше, если дельта-v применяется, когда ракета движется с высокой скоростью, близко к Земле или другой поверхности планеты. ; тогда как ожидание, пока ракета не замедлится на высоте, умножает усилие, необходимое для достижения желаемой траектории.

Безопасность, надежность и аварии

Смотрите также: Список происшествий и инцидентов, связанных с космическими полетами
Космический шатл Претендент разорвано на части T + 73 секунды после выхода горячих газов из СРБ, вызывая разрыв стека Shuttle

Надежность ракет, как и всех физических систем, зависит от качества инженерного проектирования и строительства.

Из-за огромной химической энергии в ракетное топливо (больше энергии по весу, чем у взрывчатых веществ, но ниже, чем у бензин ) последствия аварий могут быть тяжелыми. У большинства космических миссий есть проблемы.[73] В 1986 году после Катастрофа космического корабля "Челленджер", Американский физик Ричард Фейнман, служив на Комиссия Роджерса, по оценкам, вероятность небезопасных условий для запуска Шаттла составляет примерно 1%;[74] совсем недавно исторический риск полета на человека при орбитальном космическом полете был рассчитан примерно на 2%.[75] или 4%.[76]

Затраты и экономика

Затраты на ракеты можно грубо разделить на затраты на топливо, затраты на получение и / или производство «сухой массы» ракеты и затраты на любое необходимое вспомогательное оборудование и средства.[77]

Большая часть взлетной массы ракеты обычно составляет ракетное топливо. Однако топливо редко бывает дороже бензина за килограмм более чем в несколько раз (по состоянию на 2009 год бензин стоил около 1 доллара за кг [0,45 доллара за фунт] или меньше), и хотя необходимы значительные количества топлива, для всех ракет, кроме самых дешевых, оно Оказывается, что затраты на топливо обычно сравнительно невелики, хотя и не совсем незначительны.[77] При стоимости жидкого кислорода 0,15 доллара за килограмм (0,068 доллара за фунт) и жидкого водорода 2,20 доллара за кг (1,00 доллара за фунт) Космический шатл в 2009 г. расходы на жидкое топливо составляли примерно 1,4 миллиона долларов на каждый запуск, что стоило 450 миллионов долларов за счет других расходов (при этом 40% массы топлива, используемого им, было жидким в внешний топливный бак, 60% твердых веществ в SRB ).[78][79][80]

Несмотря на то, что ракета не является ракетным топливом, сухая масса часто составляет всего 5–20% от общей массы.[81] тем не менее эта стоимость доминирует. Для оборудования с производительностью, используемой в орбитальном ракеты-носители, расходы 2000–10 000 долларов США за килограмм сухой вес распространены, в первую очередь, в результате проектирования, изготовления и тестирования; сырье обычно составляет около 2% от общих затрат.[82][83] Для большинства ракет, за исключением многоразовых (двигатели челноков), двигатели должны работать не более нескольких минут, что упрощает конструкцию.

Экстремальные требования к характеристикам ракет, достигающих орбиты, коррелируют с высокой стоимостью, включая тщательный контроль качества для обеспечения надежности, несмотря на ограниченные факторы безопасности допускается по причинам веса.[83] Компоненты, производимые в небольших количествах, если они не обрабатываются индивидуально, могут предотвратить амортизацию затрат на НИОКР и оборудование по сравнению с массовым производством в той степени, которая наблюдается в более пешеходном производстве.[83] Среди ракет на жидком топливе сложность может зависеть от того, сколько оборудования должно быть легким, например, двигатели с питанием от давления могут иметь на два порядка меньше деталей, чем двигатели с насосом, но чаще всего приводят к большему весу из-за необходимости большего давления в баке как следствие, используется только в небольших маневровых двигателях.[83]

Чтобы изменить предыдущие факторы для орбитальных ракет-носителей, предложенные методы включают массовое производство простых ракет в больших количествах или в больших масштабах,[77] или развитие многоразовые ракеты предназначены для очень частых полетов, чтобы окупить свои авансовые расходы на многие полезные нагрузки или снизить требования к характеристикам ракет за счет строительства неракетный запуск в космос система для части скорости на орбите (или всего этого, но с большинством методов, требующих использования некоторых ракет).

Стоимость вспомогательного оборудования, дальности полета и стартовых площадок обычно увеличивается в зависимости от размера ракеты, но меньше зависит от скорости запуска, и поэтому может считаться приблизительно фиксированной стоимостью.[77]

Ракеты, не предназначенные для запуска на орбиту (например, военные ракеты и ракетный взлет ), обычно не требующие сопоставимых характеристик, а иногда и массового производства, зачастую относительно недороги.

Возникновение частной конкуренции 2010-х годов

Дальнейшая информация: Конкуренция на рынке космических запусков § 2010-е: Конкуренция и ценовое давление

С начала 2010-х годов новые частные варианты для получения услуг космических полетов, что принесло существенные ценовое давление на существующий рынок.[84][85][86][87]

Смотрите также

Списки

Общая ракетная техника

Ракетная силовая установка

Рекреационная ракетная техника

Вооружение

Ракеты для исследований

Разное

Примечания

  1. ^ английский ракета, впервые засвидетельствовано в 1566 г. (OED), заимствовано из итальянского термина, данного из-за сходства по форме с катушкой или катушкой, используемой для удержания нити, подаваемой на прядильное колесо. Современный итальянский термин Разцо.
  2. ^ «Если вы когда-либо видели большой пожарный шланг, распыляющий воду, вы могли заметить, что для удержания шланга требуется много силы (иногда вы видите, что два или три пожарных держат шланг). Шланг действует как ракетный двигатель . Шланг льет воду в одном направлении, и пожарные используют свою силу и вес, чтобы противодействовать реакции. Если бы они отпустили шланг, он бы лопнул с огромной силой. Если бы все пожарные стояли на скейтбордах , шланг отбросит их назад на огромной скорости! "[52]
  3. ^ "тяговооруженность F/Wграмм - безразмерный параметр, идентичный ускорению двигательной установки ракеты (выражается в кратных грамм0) ... в вакууме без гравитации "[2]:442
  4. ^ Плотность энергии составляет 31 МДж на кг для алюминия и 143 МДж / кг для жидкого водорода, это означает, что транспортное средство потребляет около 5 ТДж твердого топлива и 15 ТДж водородного топлива.


  1. ^ а б Бернхард, Джим (1 января 2007 г.). Дикобраз, Пикаюн и Пост: как газеты получили свои имена. Университет Миссури Пресс. п.126. ISBN  978-0-8262-6601-9. Получено 28 мая 2016.
  2. ^ а б c d е ж грамм час я j k л м п о п q р s т Саттон, Джордж П .; Библарц, Оскар (2001). Элементы силовой установки ракеты. Джон Вили и сыновья. ISBN  978-0-471-32642-7. В архиве из оригинала 12 января 2014 г.. Получено 28 мая 2016.
  3. ^ Офис истории MSFC. «Ракеты в древности (100 г. до н.э. - 17 век)». Хронология истории ракет. НАСА. Архивировано из оригинал на 2009-07-09. Получено 2009-06-28.
  4. ^ «Ракеты появляются в арабской литературе в 1258 году нашей эры, описывая использование их монгольскими захватчиками 15 февраля для захвата города Багдад». «Краткая история ракетной техники». НАСА Spacelink. В архиве из оригинала от 05.08.2006. Получено 2006-08-19.
  5. ^ Кросби, Альфред В. (2002). Метание огня: технология снарядов в истории. Кембридж: Издательство Кембриджского университета. С. 100–103. ISBN  978-0-521-79158-8.
  6. ^ Нидхэм, Том 5, Часть 7, 510.
  7. ^ Хасан, Ахмад Y. «Состав пороха для ракет и пушек в арабских военных трактатах тринадцатого и четырнадцатого веков». История науки и техники в исламе. Архивировано из оригинал 26 февраля 2008 г.. Получено 29 марта, 2008.
  8. ^ Хасан, Ахмад Y. «Передача исламских технологий на Запад, часть III: передача технологий в химической промышленности». История науки и техники в исламе. Архивировано из оригинал 9 марта 2008 г.. Получено 2008-03-29.
  9. ^ Райпер, А. Боудойн Ван (2004). Ракеты и ракеты: история жизни технологии. Вестпорт: Greenwood Press. п. 10. ISBN  978-0-313-32795-7.
  10. ^ «ракетно-ракетный комплекс | система вооружения». Энциклопедия Британника. В архиве с оригинала от 31.10.2017. Получено 2017-10-29.
  11. ^ Ракеты, вдохновившие Фрэнсиса Скотта Ки
  12. ^ Лейтч, Уильям (1862). Божья слава на небесах.
  13. ^ а б Годдард, Роберт (1919), Способ достижения экстремальных высот (PDF), OCLC  3430998
  14. ^ «История НАСА: Ракетные аппараты». Hq.nasa.gov. Архивировано из оригинал на 2013-01-25. Получено 2012-12-10.
  15. ^ «Ракетные машины OPEL». Strangevehicles.greyfalcon.us. Архивировано из оригинал на 2012-08-17. Получено 2012-12-10.
  16. ^ Келион, Лев (2013-11-11). «Ракетный велосипед установил рекорд скорости на 207 миль в час, автор Лео Келион». Новости BBC. В архиве из оригинала 11.11.2014. Получено 2014-11-11.
  17. ^ Полмар, Норман; Мур, Кеннет Дж. (2004). Подводные лодки времен холодной войны: проектирование и постройка американских и советских подводных лодок. Вашингтон, округ Колумбия: Брасси. п. 304. ISBN  978-1-57488-594-1.
  18. ^ III, составленный А.Д. Бейкером (2000). Руководство Военно-морского института по боевым флотам мира 2000–2001: их корабли, самолеты и системы. Аннаполис, Мэриленд: Издательство военно-морского института. п. 581. ISBN  978-1-55750-197-4.
  19. ^ "Ракетчик". Ракетчик. Архивировано из оригинал на 2010-02-13. Получено 2012-12-10.
  20. ^ Ричард Б. Доу (1958), Основы перспективных ракет, Вашингтон (округ Колумбия): John Wiley & Sons, loc 58-13458
  21. ^ Конгресс США. Комитет палаты представителей по астронавтике и исследованию космоса (1959), «4. Ракетные средства», Справочник по космосу: Астронавтика и ее приложения: Отчет персонала Специального комитета по астронавтике и исследованию космоса, Документ Палаты представителей / 86-й Конгресс, 1-я сессия, нет. 86, Вашингтон (округ Колумбия): ГПО США, OCLC  52368435, заархивировано из оригинал на 2009-06-18, получено 2009-07-20
  22. ^ Чарльз Лафайет Проктор II. "двигатель внутреннего сгорания". Краткая Британника. Архивировано из оригинал на 2008-01-14. Получено 2012-12-10.
  23. ^ НАСА, Откройте для себя НАСА и вас В архиве 2010-05-27 на Wayback Machine
  24. ^ Скотт Мэнли. Заблуждение о ракетном маятнике (YouTube ). Получено 2020-10-02.
  25. ^ Стрейссгут, Томас (1995). Человек-ракета: история Роберта Годдарда. Книги двадцать первого века. стр.37. ISBN  0-87614-863-1.
  26. ^ Саттон, Джордж П. (2006). История жидкостных ракетных двигателей. Рестон, Вирджиния: Американский институт аэронавтики и астронавтики. С. 267, 269.
  27. ^ Маркони, Элейн. "Что такое звуковая ракета?". НАСА. В архиве из оригинала от 2 июня 2016 г.. Получено 28 мая 2016.
  28. ^ Фрейзер, Лоренс (1985). «Высокогорные исследования в лаборатории прикладной физики в 1940-х годах» (PDF). Технический дайджест Johns Hopkins APL. 6 (1): 92–99. Получено 18 октября 2016.
  29. ^ «Тест устанавливает мировой рекорд наземной скорости». www.af.mil. Архивировано из оригинал 1 июня 2013 г.. Получено 2008-03-18.
  30. ^ «Космический полет сейчас - расписание запусков по всему миру». Spaceflightnow.com. Архивировано из оригинал на 2013-09-11. Получено 2012-12-10.
  31. ^ "Подсистема спасения при запуске Аполлона". Аполлон Сатурн. В архиве из оригинала от 16.07.2012. Получено 2012-12-10.
  32. ^ а б Ракета-носитель "Союз Т-10-1" взорвалась на площадке у Тюратам; экипаж спасен системой прерывания"". Astronautix.com. Архивировано из оригинал на 2014-08-05. Получено 2012-12-10.
  33. ^ Уэйд, Марк. «Пилотируемая лунная ракета-носитель N1». Astronautix.com. Энциклопедия Astronautica. В архиве из оригинала 21 февраля 2012 г.. Получено 24 июн 2014.
  34. ^ Уэйд, Марк. «Пуск Н1 5Л - 1969.07.03». Astronautix.com. Энциклопедия Astronautica. Архивировано из оригинал 27 июля 2015 г.. Получено 24 июн 2014.
  35. ^ Харви, Брайан (2007). Советское и российское исследование Луны. Берлин: Springer. п. 226. ISBN  978-0-387-73976-2.
  36. ^ «Испытание лунной ракеты N1 (автомобиль 5L) - активирована система прерывания запуска». YouTube.com. 2015 YouTube, LLC. В архиве из оригинала 17 мая 2015 г.. Получено 12 января 2015.
  37. ^ Уэйд, Марк. «Союз Т-10-1». Astronautix.com. Энциклопедия Astronautica. Архивировано из оригинал 5 августа 2014 г.. Получено 24 июн 2014.
  38. ^ Бонсор, Кевин (27.06.2001). «Как работает катапультное сиденье». Science.howstuffworks.com. Архивировано из оригинал на 2010-04-06. Получено 2012-12-10.
  39. ^ «Типовой кодекс безопасности ракеты». Национальная ассоциация ракетостроения. Архивировано из оригинал на 2014-02-05. Получено 2019-10-30.
  40. ^ "Безопасность". Национальная ассоциация ракетостроения. Архивировано из оригинал на 2014-02-07. Получено 2012-07-06.
  41. ^ «Модельные ракеты». exploration.grc.nasa.gov. Национальное управление по аэронавтике и исследованию космического пространства. Архивировано из оригинал на 2012-04-10. Получено 2012-07-06.
  42. ^ «Организационное заявление НАР» (PDF). Национальная ассоциация ракетостроения.
  43. ^ «CSXT GO FAST! Rocket подтверждает несколько мировых рекордов». Colorado Space News. 4 сентября 2014 года. Архивировано с оригинал 4 марта 2016 г.. Получено 28 мая 2016.
  44. ^ "ремень безопасности". Transchool.eustis.army.mil. 1961-10-12. Получено 2010-02-08.[мертвая ссылка ]
  45. ^ "Сэмми Миллер". Eurodragster.com. Архивировано из оригинал на 2013-06-02. Получено 2012-12-10.
  46. ^ "Moonport, CH1-2". www.hq.nasa.gov. Получено 2020-07-31.
  47. ^ «Еще одна задача для PSLV». Индуистский. 2011-06-22. ISSN  0971-751X. Получено 2020-07-31.
  48. ^ а б c Potter, R.C; Крокер, M.J (1966), Акустические методы прогнозирования для ракетных двигателей, включая влияние кластерных двигателей и отклоненного выхлопного потока, CR-566 (PDF), Вашингтон, округ Колумбия: НАСА, OCLC  37049198, в архиве (PDF) из оригинала от 06.12.2013[страница нужна ]
  49. ^ "Исследование виброакустики на стартовой площадке в НАСА / KSC" В архиве 2017-03-02 в Wayback Machine, Проверено 30 апреля 2016 г.
  50. ^ «Система шумоподавления» В архиве 2011-06-29 на Wayback Machine, Проверено 30 апреля 2016 г.
  51. ^ Уоррен, Дж. У. (1979). Понимание силы: отчет о некоторых аспектах обучения идее силы в школе, колледже и университетских курсах инженерии, математики и естественных наук.. Лондон: Мюррей. стр.37–38. ISBN  978-0-7195-3564-2.
  52. ^ Путаница проиллюстрирована на http://science.howstuffworks.com/rocket.htm
  53. ^ Уоррен, Дж. У. (1979). Понимание силы: отчет о некоторых аспектах обучения идее силы в школе, колледже и университетских курсах инженерии, математики и естественных наук.. Лондон: Мюррей. п.28. ISBN  978-0-7195-3564-2.
  54. ^ «Четыре силы на ракету-модель». НАСА. 2000-09-19. Архивировано из оригинал на 2012-11-29. Получено 2012-12-10.
  55. ^ Гласстон, Сэмюэл (1 января 1965 г.). Справочник по космическим наукам. D. Van Nostrand Co. с. 209. OCLC  232378. В архиве из оригинала 19 ноября 2017 г.. Получено 28 мая 2016.
  56. ^ Каллауэй, Дэвид В. (март 2004 г.). Копланарный старт с гравитационными траекториями старта (PDF) (Дипломная работа). п. 2. Архивировано из оригинал (PDF) 28 ноября 2007 г.
  57. ^ а б "Спейс Шаттл Макс-Q". Aerospaceweb. 2001-05-06. Получено 2012-12-10.
  58. ^ "Дженерал Электрик J85". Geae.com. 2012-09-07. Архивировано из оригинал на 2011-07-22. Получено 2012-12-10.
  59. ^ "Mach 1 Club". Тяга SSC. Архивировано из оригинал на 2016-06-17. Получено 2016-05-28.
  60. ^ а б c d Брауниг, Роберт А. (2008). «Ракетное топливо». Ракетно-космические технологии.
  61. ^ "таблица дельта-vs Цислунар / Марс". Архивировано из оригинал на 2007-07-01.
  62. ^ "Цислунная дельта-против". Strout.net. В архиве из оригинала от 12.03.2000. Получено 2012-12-10.
  63. ^ «Выберите свой двигатель». Projectrho.com. 2012-06-01. В архиве из оригинала от 29.05.2010. Получено 2012-12-10.
  64. ^ «Эволюция ракет». Istp.gsfc.nasa.gov. Архивировано из оригинал на 2013-01-08. Получено 2012-12-10.
  65. ^ "Соотношение масс ракеты". Exploration.grc.nasa.gov. Архивировано из оригинал на 2013-02-16. Получено 2012-12-10.
  66. ^ а б Astronautix- Ариан 5г
  67. ^ а б Astronautix - Сатурн V
  68. ^ а б Astronautix- Saturn IB
  69. ^ Астронаутикс-В-2
  70. ^ а б c d е "AIAA2001-4619 RLVs" (PDF). Архивировано из оригинал (PDF) на 2013-12-06. Получено 2019-02-19.
  71. ^ НАСА (2006). «Ракетная постановка». Руководство по ракетам для новичков. НАСА. Архивировано из оригинал на 2016-06-02. Получено 2016-05-28.
  72. ^ "Astronautix NK-33 вход". Astronautix.com. 2006-11-08. Архивировано из оригинал на 2002-06-25. Получено 2012-12-10.
  73. ^ «Краткая история космических катастроф». Гражданская аэрокосмическая промышленность Джейн. 2003-02-03. Архивировано из оригинал на 2003-02-04. Получено 2010-04-24.
  74. ^ «Приложение F комиссии Роджерса». В архиве из оригинала от 11.09.2012. Получено 2012-12-10.
  75. ^ "Уединение: обещание и опасность космических путешествий Тарика Малика". Space.com. 2004-09-30. В архиве из оригинала от 07.01.2011. Получено 2012-12-10.
  76. ^ «Оценка рисков полета человека в космос». Космический обзор. 21 июля 2003 г. Архивировано с оригинал 23 ноября 2010 г.. Получено 1 декабря 2010.
  77. ^ а б c d «Ракета в день избавляет от высоких затрат» В архиве 2008-11-03 на Wayback Machine пользователя John Walker. 27 сентября 1993 г.
  78. ^ "Использование ракетного топлива и жидкостей на космических кораблях" (PDF). НАСА. Архивировано из оригинал (PDF) 17 октября 2011 г.. Получено 2011-04-30.
  79. ^ «Ракеты и средства НАСА». НАСА. Архивировано из оригинал на 2011-04-27. Получено 2011-04-30.
  80. ^ «Шаттл и Международная космическая станция». НАСА. В архиве из оригинала 2011-05-07. Получено 2011-04-30.
  81. ^ "Массовая доля". Andrews Space and Technology (исходный рисунок). Архивировано из оригинал на 2012-04-25. Получено 2011-04-30.
  82. ^ Реджис, Эд (1990), Отличный цыпленок мамбо и трансчеловеческие условия: наука чуть за гранью, Базовые книги, ISBN  0-201-56751-2. Выдержка онлайн
  83. ^ а б c d Отчет об исследованиях ВВС США № AU-ARI-93-8: LEO по дешевке. Проверено 29 апреля 2011 года.
  84. ^ Амос, Джонатан (3 декабря 2014 г.). "Европа продвигается вперед с ракетой Ariane 6". Новости BBC. Получено 2015-06-25.
  85. ^ Бельфиоре, Майкл (09.12.2013). "Ракетчик". Внешняя политика. Получено 2013-12-11.
  86. ^ Пастор, Энди (2015-09-17). "Поставщик ракет из США пытается порвать" короткий поводок "'". Wall Street Journal. Получено 2015-10-14. Аэрокосмические гиганты [Boeing Co. и Lockheed Martin Corp.] разделили почти 500 миллионов долларов чистой прибыли от ракетостроительного предприятия в прошлом году, когда у него еще оставалась монополия на запуск на орбиту важнейших спутников Пентагона. Но с тех пор «они держали нас на очень коротком поводке», - сказал Тори Бруно, исполнительный директор United Launch.
  87. ^ Давенпорт, Кристиан (2016-08-19). «Внутренняя история того, как миллиардеры мчатся, чтобы перенести вас в космос». Вашингтон Пост. Получено 2016-08-20. монополия правительства на космические путешествия закончилась

внешняя ссылка

Управляющие агентства

Информационные сайты