Что такое ракета-носитель
Ракета-носитель — это специально сконструированная управляемая ракета, главное назначение которой заключается в доставке различных грузов за пределы земной атмосферы. К таким грузам относятся искусственные спутники Земли, космические корабли, модули орбитальных станций и другие полезные нагрузки.
Основные задачи и классификация
Ключевая функция ракеты-носителя — придать полезному грузу скорость, достаточную для преодоления земного притяжения. Эта скорость должна быть равна или превышать первую космическую скорость (около 7.9 км/с) для выхода на орбиту или вторую космическую (около 11.2 км/с) для полетов к другим планетам. По своей грузоподъемности ракеты-носители делятся на несколько категорий: легкие (способные выводить до 500 кг), средние (до 10 тонн), тяжелые (до 100 тонн) и сверхтяжелые (свыше 100 тонн). Современные образцы могут иметь стартовую массу более 3000 тонн, причем примерно 90% от этого веса составляет топливо. Активный участок полета, когда работают двигатели, обычно длится не более 20 минут.
Типы ракет-носителей: одноразовые и многоразовые
Ракеты-носители бывают одноразовыми и многоразовыми, а также одноступенчатыми и многоступенчатыми. Наибольшее распространение получили одноразовые системы благодаря их высокой надежности, которая достигается за счет относительной простоты конструкции. Многоступенчатая схема, когда в полете последовательно сбрасываются отработавшие ступени, позволяет значительно увеличить отношение массы полезного груза к стартовой массе ракеты. Однако это создает проблему падения отработанных ступеней, для чего требуются специальные, часто малонаселенные районы. Частично многоразовые системы представлены американскими шаттлами «Спейс Шаттл» и советским космическим кораблем «Буран». Несмотря на ожидания, многоразовость не привела к существенному снижению стоимости вывода грузов на орбиту, а надежность таких систем, как правило, ниже, чем у одноразовых аналогов.
Исторические и современные лидеры
История ракет-носителей началась с советской межконтинентальной баллистической ракеты «Р-7», разработанной под руководством Сергея Королева. Среди самых мощных ракет в истории были советские «Н-1» и «Энергия», а также американская «Сатурн V». В настоящее время к числу наиболее мощных и надежных систем относятся российский «Протон-М» и, до завершения программы, американский «Спейс Шаттл».
Конструктивные особенности
Все современные ракеты-носители являются многоступенчатыми. Верхняя часть ракеты отведена под отсек с полезным грузом, который защищен головным обтекателем от воздействия воздушного потока в плотных слоях атмосферы. В хвостовой части размещаются основные (маршевые) и, при необходимости, управляющие (рулевые) двигатели. Для защиты корпуса от горячих газов, истекающих из двигателей при старте и на больших высотах, устанавливаются специальные экраны. Управление полетом осуществляется либо путем отклонения камер сгорания маршевых двигателей, либо с помощью отдельных рулевых двигателей.
Многоразовые космические корабли
Многоразовые корабли, такие как шаттл или «Буран», по своей аэродинамической схеме напоминают реактивный самолет с треугольным крылом. Герметичная кабина экипажа расположена в носовой части, за ней следует грузовой отсек, створки которого открываются в космосе для проведения операций. Возвращение на Землю происходит в режиме планирования с выключенными двигателями. Посадка выполняется с помощью системы наведения, подобно посадке обычного самолета.
Особое внимание уделяется теплозащите. При входе в плотные слои атмосферы передняя часть корабля и кромки крыльев испытывают колоссальный аэродинамический нагрев. Для защиты конструкций от разрушения и перегрева они покрываются специальными жаростойкими керамическими плитками.