Многоступенчатая ракета — это летательный аппарат, состоящий из двух или более независимых ступеней, которые работают последовательно или параллельно для достижения необходимой скорости и высоты.
Принцип работы и конструкция
Конструкторы пришли к идее многоступенчатости для преодоления ограничений по массе и эффективности одноступенчатых ракет. Каждая ступень представляет собой фактически самостоятельную ракету со своим двигателем, системой управления и запасом топлива. Она оптимизирована для работы на определённом участке траектории: первая, самая мощная и тяжёлая, преодолевает притяжение Земли и сопротивление плотных слоёв атмосферы. После того как топливо в ступени вырабатывается, она отделяется, уменьшая общую массу летящего аппарата и позволяя последующим ступеням работать эффективнее.
Типы компоновки ступеней
Существует три основных схемы соединения ступеней: последовательная, параллельная и комбинированная.
Наиболее распространена последовательная компоновка, при которой ступени располагаются одна над другой и работают по очереди. Именно по такой схеме построено большинство современных двух- и трёхступенчатых ракет для космических и военных целей.
Параллельная компоновка (или пакетная схема) предполагает одновременную работу нескольких ступеней или ускорителей с самого старта. Это позволяет получить огромную стартовую тягу, необходимую для подъёма тяжёлых грузов. Классические примеры — ракеты-носители российского «Союза» и американского «Спейс Шаттла». У них боковые ускорители и двигатели центрального блока работают вместе на начальном этапе, а затем отработавшие ускорители сбрасываются.
Комбинированные схемы объединяют оба подхода. Уникальным примером является так называемая полутораступенчатая компоновка, реализованная в американской ракете «Атлас». Изначально созданная как баллистическая ракета, она впоследствии использовалась для космических запусков. Её особенность в том, что при старте включаются два боковых ускорителя и маршевый двигатель, питающиеся из общих топливных баков. Через несколько минут ускорители отстреливаются, а маршевый двигатель продолжает работу, используя остатки топлива. Таким образом, происходит экономия массы за счёт отсутствия отдельных баков для ускорителей.