Ko'p bosqichli raketa: Rossiya Federatsiyasi Mudofaa vazirligi. Nima uchun raketalar ko'p bosqichli qilingan? Osilgan tanklar bilan sxema

Loyiha Yevropa Ittifoqidan venchur investorning iltimosiga binoan ishlab chiqilgan.

Kosmik kemalarni orbitaga olib chiqish narxi hali ham juda yuqori. Buning sababi raketa dvigatellarining yuqori narxi, qimmatbaho boshqaruv tizimi, raketalar va ularning dvigatellarini ta'kidlagan holda loyihalashda ishlatiladigan qimmatbaho materiallar, ularni ishlab chiqarishning murakkab va odatda qimmat texnologiyasi, uchirishga tayyorlash va, asosan, bir martalik foydalanish.

Kosmik kemani uchirishning umumiy qiymatida tashuvchining narxining ulushi turlicha. Agar ommaviy axborot vositalari seriyali bo'lsa va qurilma noyob bo'lsa, taxminan 10%. Aksincha, u 40% yoki undan ko'proqqa yetishi mumkin. Bu juda qimmat va shuning uchun havo layneri kabi kosmodromdan uchib, orbitaga uchadigan va u erda sun'iy yo'ldosh yoki kosmik kemani qoldirib, kosmodromga qaytib keladigan raketani yaratish g'oyasi paydo bo'ldi.

Bunday g'oyani amalga oshirishga birinchi urinish Space Shuttle tizimini yaratish edi. Konstantin Feoktistov tomonidan amalga oshirilgan bir martalik tashuvchilar va Space Shuttle tizimining kamchiliklarini tahlil qilish asosida (K. Feoktistov. Hayot traektoriyasi. Moskva: Vagrius, 2000. ISBN 5-264-00383-1. 8-bob. Samolyot sifatida raketa), yaxshi uchuvchi vosita foydali yukni orbitaga minimal xarajat va maksimal ishonchlilik bilan etkazib berishni ta'minlashi kerak bo'lgan fazilatlar haqida fikr mavjud. Bu 100-1000 ta reysni amalga oshirishga qodir qayta foydalanish mumkin bo'lgan tizim bo'lishi kerak. Har bir parvozning narxini pasaytirish uchun ham (ishlab chiqarish va ishlab chiqarish xarajatlari parvozlar soni bo'yicha taqsimlanadi) va foydali yukni orbitaga chiqarish ishonchliligini oshirish uchun ham qayta foydalanish mumkin: avtomobil bilan har bir sayohat va samolyotning parvozi to'g'riligini tasdiqlaydi. uning dizayni va yuqori sifatli ishlab chiqarilishi. Binobarin, foydali yukni sug'urtalash va raketaning o'zini sug'urtalash xarajatlarini kamaytirish mumkin. Faqat qayta foydalanish mumkin bo'lgan mashinalar haqiqiy ishonchli va arzon ishlashi mumkin - masalan, parovoz, avtomobil, samolyot.

Raketa bir bosqichli bo'lishi kerak. Bu talab, takroriy foydalanish kabi, xarajatlarni minimallashtirish va ishonchlilikni ta'minlash bilan bog'liq. Haqiqatan ham, agar raketa ko'p bosqichli bo'lsa, uning barcha bosqichlari Yerga xavfsiz qaytsa ham, har bir uchirishdan oldin ular bir butunga yig'ilishi kerak va bosqich jarayonlarining to'g'ri yig'ilishi va ishlashini tekshirish mumkin emas. yig'ishdan keyin ajratish, chunki har bir tekshirishda yig'ilgan mashina parchalanishi kerak. Sinovdan o'tkazilmagan, montajdan so'ng ishlash uchun sinovdan o'tkazilmagan, ulanishlar, xuddi bir marta ishlatiladigan bo'ladi. Va ishonchliligi pasaygan tugunlar bilan bog'langan paket ham ma'lum darajada bir martalik bo'ladi. Agar raketa ko'p bosqichli bo'lsa, uni ishlatish narxi quyidagi sabablarga ko'ra bir bosqichli mashinani ishlatish narxidan kattaroqdir:

• Bir bosqichli mashina uchun yig'ish xarajatlari talab qilinmaydi.
• Birinchi bosqichlarni qo'nish uchun yer yuzasida qo'nish maydonlarini ajratishning hojati yo'q va shuning uchun ularning ijara haqini to'lashning hojati yo'q, chunki bu hududlar xalq xo'jaligida foydalanilmayapti.
• Birinchi qadamlarni ishga tushirish joyiga tashish uchun to'lashning hojati yo'q.
• Ko'p bosqichli raketaga yonilg'i quyish yanada murakkab texnologiyani, ko'proq vaqtni talab qiladi. Paketni yig'ish va bosqichlarni uchirish joyiga etkazish eng oddiy avtomatlashtirishga mos kelmaydi va shuning uchun bunday raketani keyingi parvozga tayyorlashda ko'proq mutaxassislarning ishtirokini talab qiladi.

Raketa yoqilg'i sifatida vodorod va kisloroddan foydalanishi kerak, buning natijasida yonish yuqori o'ziga xos impuls bilan dvigatelning chiqishida ekologik toza yonish mahsulotlarini ishlab chiqaradi. Atrof-muhit tozaligi nafaqat ishga tushirishda, yonilg'i quyish paytida, baxtsiz hodisa sodir bo'lganda, balki yonish mahsulotlarining atmosferaning ozon qatlamiga zararli ta'siridan qochish uchun ham muhimdir.

Skylon, DC-X, Lockheed Martin X-33 va Roton xorijdagi bir bosqichli kosmik kemalarning eng rivojlangan loyihalari qatoriga kiradi. Agar Skylon va X-33 qanotli transport vositalari bo'lsa, DC-X va Roton vertikal uchish va vertikal qo'nish raketalaridir. Bundan tashqari, ikkalasi ham sinov namunalarini yaratishgacha borishdi. Agar Roton avtorotatsion qo'nishni mashq qilish uchun faqat atmosfera prototipiga ega bo'lsa, u holda DC-X prototipi suyuq kislorod va vodorodda suyuq yoqilg'i raketa dvigatelida (LRE) bir necha kilometr balandlikda bir necha parvozlarni amalga oshirdi.

Zeya raketasining texnik tavsifi

Kosmosga yuklarni uchirish xarajatlarini tubdan kamaytirish uchun Lin Industrial kompaniyasi Zeya raketasini (LV) yaratishni taklif qilmoqda. Bu bir bosqichli, qayta foydalanish mumkin bo'lgan vertikal uchish va vertikal qo'nish transport tizimi. U ekologik toza va yuqori samarali yoqilg'i komponentlaridan foydalanadi: oksidlovchi - suyuq kislorod, yoqilg'i - suyuq vodorod.

Raketa raketasi oksidlovchi tankdan (uning tepasida atmosferaga kirish uchun issiqlik pardasi va yumshoq qo'nish rotori), foydali yuk bo'linmasidan, asboblar bo'linmasidan, yonilg'i bakidan, harakatlantiruvchi tizimli quyruq bo'linmasidan va qo'nish moslamasidan iborat. Yoqilg'i va oksidlovchi tanklar - segmental-konusli, yuk ko'taruvchi, kompozitsion. Yoqilg'i baki suyuq vodorodni gazlashtirish orqali bosim ostida, oksidlovchi idish esa yuqori bosimli silindrlardan siqilgan geliy bilan bosim o'tkazadi. Yurish qo'zg'alish tizimi aylana bo'ylab joylashgan 36 dvigateldan va markaziy korpus ko'rinishidagi tashqi kengaytiruvchi nozuldan iborat. Asosiy dvigatelning qadam va egilishda ishlashini boshqarish diametrli joylashgan dvigatellarni, rulonda - foydali yuk bo'limi ostida joylashgan gazsimon yonilg'i komponentlarida sakkizta dvigatel yordamida amalga oshiriladi. Orbital parvoz segmentini boshqarish uchun gazli yoqilg'i komponentlaridagi dvigatellar qo'llaniladi.

Zeyaning parvoz sxemasi quyidagicha. Yerga yaqin orbitaga kirgandan so'ng, raketa, agar kerak bo'lsa, maqsadli orbitaga kirish uchun orbital manevrlarni amalga oshiradi, shundan so'ng foydali yuk bo'linmasini (og'irligi 200 kg gacha) ochib, uni ajratadi.

Uchirish paytidan boshlab Yerga yaqin orbitada bitta inqilob paytida, tormoz impulsini berib, Zeya uchirish kosmodromi hududiga tushadi. Yuqori qo'nish aniqligi lateral va masofali manevrlar uchun raketaning shakli bilan yaratilgan ko'tarilish va tortish nisbati yordamida ta'minlanadi. Yumshoq qo'nish avtorotatsiya printsipi va sakkizta qo'nish amortizatoridan foydalangan holda pastga tushish orqali amalga oshiriladi.

Iqtisodiyot

Quyida birinchi ishga tushirishdan oldin ish vaqti va narxining taxminiy bahosi keltirilgan:

• Pilot loyiha: 2 oy - 2 million yevro
• Harakat tizimini yaratish, kompozit tanklar va boshqaruv tizimini ishlab chiqish: 12 oy - 100 million evro
• Dastgoh bazasini yaratish, prototiplarni qurish, ishlab chiqarishni tayyorlash va modernizatsiya qilish, loyiha loyihasi: 12 oy - 70 million evro
• Komponentlar va tizimlarni ishlab chiqish, prototipni sinovdan o'tkazish, parvoz mahsulotini yong'inga tekshirish, texnik dizayn: 12 oy - 143 million evro

Jami: 3,2 yil, 315 million yevro

Bizning hisob-kitoblarga ko'ra, bitta uchirish narxi 0,15 million evroni tashkil qiladi va parvozlararo texnik xizmat ko'rsatish va qo'shimcha xarajatlar taxminan evroni tashkil qiladi. ishga tushirish oralig'i uchun 0,1 mln. Agar siz ishga tushirish narxini € ga belgilasangiz 1 kg uchun 35 ming (1250 evro/kg narxida), bu Dnepr raketasining uchish narxiga yaqin. xorijiy mijozlar uchun butun ishga tushirish (200 kg yuk) mijozga € ga tushadi 7 mln. Shunday qilib, loyiha 47 ta ishga tushirilganda o'zini oqlaydi.

Uch komponentli dvigatelli Zeya varianti

Bir bosqichli raketaning samaradorligini oshirishning yana bir usuli - uchta yoqilg'i komponenti bo'lgan LREga o'tish.

1970-yillarning boshidan boshlab SSSR va AQShda uch komponentli dvigatellar kontseptsiyasi o'rganildi, ular vodorodni yoqilg'i sifatida ishlatishda yuqori o'ziga xos impulsni va yuqori o'rtacha yoqilg'i zichligini (va shuning uchun kichikroq hajmni) birlashtiradi. va yoqilg'i baklarining og'irligi), uglevodorodli yoqilg'ilarga xosdir. Ishga tushirilganda bunday dvigatel kislorod va kerosin bilan ishlaydi, yuqori balandlikda esa suyuq kislorod va vodoroddan foydalanishga o'tadi. Bunday yondashuv bir bosqichli kosmik tashuvchini yaratishga imkon berishi mumkin.

Mamlakatimizda RD-701, RD-704 va RD0750 uch komponentli dvigatellar ishlab chiqilgan, ammo ular prototiplarni yaratish bosqichiga olib kelinmagan. 1980-yillarda NPO Molniya kislorod + kerosin + vodorod yoqilg'isi bo'lgan RD-701 suyuq yonilg'i raketasi dvigateliga asoslangan Ko'p maqsadli aerokosmik tizimni (MAKS) ishlab chiqdi. Uch komponentli raketa dvigatellarining hisob-kitoblari va dizayni ham Amerikada amalga oshirilgan (masalan, "Ikki yonilg'i qo'zg'atuvchisi: Nima uchun u ishlaydi, mumkin bo'lgan dvigatellar va transport vositalarini o'rganish natijalari", Jeyms A. Martin va Alan V. Uilhitga qarang). , 1979 yil may oyida Am da nashr etilgan Erikan Aeronavtika va Astronavtika Instituti (AIAA) № 79-0878).

Bizning fikrimizcha, uch komponentli Zeya uchun bunday suyuq yonilg'i raketa dvigatellari uchun an'anaviy ravishda taklif qilinadigan kerosin o'rniga suyuq metan ishlatilishi kerak. Buning sabablari ko'p:

• Zeya -183 daraja haroratda qaynaydigan oksidlovchi sifatida suyuq kisloroddan foydalanadi, ya'ni raketa va yonilg'i quyish majmuasini loyihalashda kriyojenik uskunalar allaqachon qo'llanilgan, bu kerosinni almashtirishda fundamental qiyinchiliklar bo'lmasligini anglatadi. -162 daraja Selsiyda metan tanki bo'lgan tank.
• Metan kerosinga qaraganda samaraliroq. Metan + suyuq kislorodli yoqilg'i juftligining o'ziga xos impulsi (SI, LRE samaradorligi o'lchovi - dvigatel tomonidan yaratilgan impulsning yoqilg'i sarfiga nisbati) kerosin + suyuq kislorod juftligining SI dan taxminan 100 m / s ga oshadi.
• Metan kerosinga qaraganda arzonroq.
• Kerosinli dvigatellardan farqli o'laroq, metan dvigatellarida kokslanish deyarli kuzatilmaydi, ya'ni boshqacha aytganda, olib tashlash qiyin bo'lgan kuyikish hosil bo'ladi. Va shuning uchun bunday dvigatellar qayta ishlatiladigan tizimlarda foydalanish uchun qulayroqdir.
• Agar kerak bo'lsa, metan xuddi shunday suyultirilgan gaz (LNG) bilan almashtirilishi mumkin. LNG deyarli butunlay metandan iborat bo'lib, o'xshash fizik va kimyoviy xususiyatlarga ega va sof metandan bir oz kamroq samaralidir. Shu bilan birga, LNG kerosindan 1,5-2 baravar arzon va ancha arzon. Gap shundaki, Rossiya tabiiy gaz quvurlarining keng tarmog'i bilan qoplangan. Kosmodromga filial olib borish va kichik gazni suyultirish majmuasini qurish kifoya. Shuningdek, Rossiyada Saxalinda LNG zavodi va Sankt-Peterburgda ikkita kichik hajmdagi suyultirish majmuasi qurilgan. Rossiya Federatsiyasining turli hududlarida yana beshta zavod qurish rejalashtirilgan. Shu bilan birga, raketa kerosini ishlab chiqarish uchun Rossiyada zahiralari tugaydigan, qat'iy belgilangan konlardan olinadigan maxsus turdagi neft kerak bo'ladi.

Uch komponentli raketaning ishlash sxemasi quyidagicha. Birinchidan, metan yoqiladi - yuqori zichlikdagi yoqilg'i, lekin vakuumda nisbatan kichik o'ziga xos impuls. Keyin vodorod yondiriladi - past zichlikdagi va mumkin bo'lgan eng yuqori o'ziga xos impulsli yoqilg'i. Ikkala turdagi yoqilg'i ham bitta harakatlantiruvchi tizimda yoqiladi. Birinchi turdagi yoqilg'ining ulushi qanchalik yuqori bo'lsa, strukturaning massasi qanchalik kichik bo'lsa-da, yoqilg'ining massasi shunchalik katta bo'ladi. Shunga ko'ra, ikkinchi turdagi yoqilg'ining ulushi qanchalik yuqori bo'lsa, kerakli yoqilg'i ta'minoti past bo'ladi, lekin strukturaning massasi qanchalik katta bo'ladi. Shuning uchun suyuq metan va vodorod massalari orasidagi optimal nisbatni topish mumkin.

Biz vodorod uchun 0,1 ga, metan uchun esa 0,05 ga teng yoqilg'i bo'linmalarining koeffitsientini olib, tegishli hisob-kitoblarni amalga oshirdik. Yoqilg'i bo'linmasining nisbati - yoqilg'i bo'linmasining yakuniy massasining mavjud yoqilg'i ta'minoti massasiga nisbati. Yoqilg'i bo'linmasining yakuniy massasi kafolatlangan yonilg'i ta'minotining massalarini, yoqilg'i komponentlarining yaroqsiz qoldiqlarini va bosimli gazlarning massasini o'z ichiga oladi.

Hisob-kitoblar shuni ko'rsatdiki, uch komponentli Zeya 200 kg foydali yukni past Yer orbitasiga uning tuzilishidagi massasi 2,1 tonna va uchirish massasi 19,2 tonnani tashkil etadi.Suyuq vodoroddagi ikki komponentli Zeya ko'p narsani yo'qotadi: massa strukturaning og'irligi 4,8 tonna, boshlang'ich og'irligi esa 37,8 tonna.

Kazimir Simenovich kitobidan olingan rasm Artis Magnae Artilleriae pars prima 1650

Ko'p bosqichli raketa- ikki yoki undan ortiq mexanik ravishda bog'langan raketalardan tashkil topgan samolyot, deb ataladi qadamlar parvozda ajralish. Ko'p bosqichli raketa har bir bosqichdan alohida tezlikka erishishga imkon beradi.

Hikoya

Raketalar tasvirlangan birinchi rasmlardan biri harbiy muhandis va artilleriya generali Kazimir Simenovich, Hamdo'stlikning Vitebsk vodiysida tug'ilgan "Artis Magnae Artilleriae pars prima" (lot. "Buyuk artilleriya san'ati birinchi qism") asarida nashr etilgan. ), yili Amsterdam, Niderlandiyada chop etilgan. Unda uch bosqichli raketa joylashgan bo'lib, unda uchinchi bosqich ikkinchisida joylashgan va ikkalasi birgalikda birinchi bosqichda. Feyerverk uchun kompozitsiya bosh qismiga joylashtirildi. Raketalar qattiq yoqilg'i - porox bilan to'ldirilgan. Ushbu ixtiro qiziqarli, chunki u uch yuz yildan ko'proq vaqt oldin zamonaviy raketa texnologiyasi qaysi yo'nalishda ketayotganini taxmin qilgan.

Kosmosni o'rganish uchun ko'p bosqichli raketalardan foydalanish g'oyasi birinchi marta K. E. Tsiolkovskiyning asarlarida ifodalangan. Shaharda u o'zining "Kosmik raketa poezdlari" nomli yangi kitobini nashr etdi. K. Tsiolkovskiy bu atamani qo‘shma raketalar, to‘g‘rirog‘i, yerda, keyin havoda va nihoyat, koinotda uchadigan raketalar yig‘indisi deb atagan. Masalan, 5 ta raketadan iborat poyezd birinchi navbatda birinchi raketa tomonidan boshqariladi; yonilg'isini ishlatgandan so'ng, ilgaklar echib, erga tashlanadi. Bundan tashqari, xuddi shu tarzda, ikkinchisi ishlay boshlaydi, keyin uchinchi, to'rtinchi va nihoyat, beshinchisi, tezligi o'sha vaqtga qadar sayyoralararo kosmosga olib ketilishi uchun etarlicha yuqori bo'ladi. Bosh raketa bilan ishlash ketma-ketligi raketa materiallarini siqilishda emas, balki kuchlanishda ishlash istagidan kelib chiqadi, bu esa dizaynni osonlashtiradi. Tsiolkovskiyning fikricha, har bir raketaning uzunligi 30 metrni tashkil qiladi. Diametrlari - 3 metr. Naychadan chiqadigan gazlar keyingi raketalarga bosim o'tkazmaslik uchun bilvosita raketalarning o'qiga chiqadi. Yerdagi parvozning uzunligi bir necha yuz kilometrni tashkil qiladi.

Texnik tafsilotlar nuqtai nazaridan raketa fani ko'p jihatdan boshqa yo'l bo'ylab ketganiga qaramay (zamonaviy raketalar, masalan, yer bo'ylab "tarqalmaydi", balki vertikal ravishda uchadi va raketaning ishlash tartibi. Tsiolkovskiy aytganiga nisbatan zamonaviy raketaning bosqichlari aksincha, ko'p bosqichli raketa g'oyasi bugungi kunda ham dolzarb bo'lib qolmoqda.

Raketa variantlari. Chapdan o'ngga:
1. bir bosqichli raketa;
2. ko'ndalang ajratilgan ikki bosqichli raketa;
3. Uzunlamasına ajratilgan ikki bosqichli raketa.
4. Tashqi yonilg'i baklari bo'lgan raketa, ulardagi yoqilg'i tugagandan keyin olinadigan.

Strukturaviy ravishda ko'p bosqichli raketalar amalga oshiriladi c ko'ndalang yoki qadamlarni uzunlamasına ajratish.
Da ko'ndalang ajratish bosqichlar bir-birining ustiga joylashtiriladi va birin-ketin ishlaydi, faqat oldingi bosqich ajratilgandan keyin yoqiladi. Bunday sxema, qoida tariqasida, har qanday qadamlar bilan tizimlarni yaratishga imkon beradi. Uning kamchiligi shundan iboratki, keyingi bosqichlarning resurslaridan oldingi ishda foydalanish mumkin emas, buning uchun passiv yuk.

Da uzunlamasına ajratish birinchi bosqich ikkinchi bosqichning tanasi atrofida nosimmetrik tarzda joylashgan bir nechta bir xil raketalardan (amalda 2 dan 8 gacha) iborat, shuning uchun birinchi bosqich dvigatellarining surish kuchlarining natijasi simmetriya o'qi bo'ylab yo'naltiriladi. ikkinchisi va bir vaqtning o'zida ishlaydi. Bunday sxema ikkinchi bosqichning dvigateliga birinchisining dvigatellari bilan bir vaqtda ishlashiga imkon beradi, shu bilan birga raketaning massasi maksimal bo'lgan birinchi bosqichning ishlashi paytida ayniqsa zarur bo'lgan umumiy tortishish kuchini oshiradi. Ammo bosqichlarning uzunlamasına ajratilgan raketa faqat ikki bosqichli bo'lishi mumkin.
Birlashtirilgan ajratish sxemasi ham mavjud - uzunlamasına-ko'ndalang, bu ikkala sxemaning afzalliklarini birlashtirishga imkon beradi, bunda birinchi bosqich ikkinchidan uzunlamasına bo'linadi va barcha keyingi bosqichlarni ajratish ko'ndalang tarzda sodir bo'ladi. Bunday yondashuvga misol qilib mahalliy tashuvchi “Soyuz”ni keltirish mumkin.

Space Shuttle kosmik kemasi uzunlamasına ajratilgan ikki bosqichli raketaning o'ziga xos sxemasiga ega, uning birinchi bosqichi ikkita yonma-yon qattiq yoqilg'i kuchaytirgichlardan iborat, ikkinchi bosqichda yoqilg'ining bir qismi tanklarda joylashgan. orbital(aslida qayta foydalanish mumkin bo'lgan kema), va ularning ko'pchiligi - olinadigan holda tashqi yonilg'i baki. Birinchidan, orbitalning harakatlanish tizimi tashqi bakdan yoqilg'ini iste'mol qiladi va u tugagach, tashqi tank qayta o'rnatiladi va dvigatellar orbital tanklaridagi yoqilg'ida ishlashni davom ettiradi. Bunday sxema kosmik kemaning orbitaga chiqarilishi davomida ishlaydigan orbitaning harakatlantiruvchi tizimidan maksimal darajada foydalanish imkonini beradi.

Transvers ajratish bilan qadamlar maxsus bo'limlar bilan bir-biriga bog'langan - adapterlar- silindrsimon yoki konussimon shakldagi rulman konstruktsiyalari (bosqichlarning diametrlarining nisbatiga qarab), ularning har biri barcha keyingi bosqichlarning umumiy og'irligiga bardosh berishi kerak, bu esa barcha sohalarda raketa tomonidan boshdan kechirilgan ortiqcha yukning maksimal qiymatiga ko'paytiriladi. bu adapter raketaning bir qismidir.
Uzunlamasına ajratish vaqtida ikkinchi bosqichning tanasida quvvat bandajlari (old va orqa) yaratiladi, ularga birinchi bosqichning bloklari biriktiriladi.
Kompozit raketaning qismlarini bog'laydigan elementlar unga bitta tananing qattiqligini beradi va bosqichlar ajratilganda ular deyarli bir zumda yuqori bosqichni bo'shatishlari kerak. Odatda qadamlar yordamida ulanadi piroboltlar. Pirobolt - bu mahkamlash murvatidir, uning milida boshning yonida bo'shliq hosil bo'lib, elektr detonator bilan yuqori portlovchi modda bilan to'ldirilgan. Elektr detonatoriga oqim zarbasi qo'llanilganda, portlash sodir bo'lib, murvat milini yo'q qiladi, buning natijasida uning boshi chiqib ketadi. Piroboltdagi portlovchi moddalar miqdori, bir tomondan, boshni yirtib tashlash, boshqa tomondan, raketaga zarar yetkazmaslik uchun ehtiyotkorlik bilan dozalanadi. Bosqichlar ajratilganda, ajratilgan qismlarni bog'laydigan barcha piroboltlarning elektr detonatorlari bir vaqtning o'zida oqim zarbasi bilan ta'minlanadi va ulanish chiqariladi.
Keyinchalik, qadamlar bir-biridan xavfsiz masofada ajratilishi kerak. (Yuqori pog'onali dvigatelni pastki qismga yaqin ishga tushirish uning yonilg'i sig'imini yoqib yuborishi va qolgan yoqilg'ining portlashiga olib kelishi mumkin, bu esa yuqori pog'onaga zarar etkazishi yoki uning parvozini beqarorlashtirishi mumkin.) Bosqichlar atmosferada ajratilganda, yaqinlashib kelayotgan dvigatelning aerodinamik kuchi. ularni ajratish uchun havo oqimi ishlatilishi mumkin, Bo'shliqda ba'zan yordamchi kichik qattiq raketa motorlari ishlatiladi.
Suyuq yonilg'i raketalarida xuddi shu dvigatellar yuqori pog'onali tanklarda yoqilg'ini "cho'ktirish" uchun ham xizmat qiladi: pastki bosqichli dvigatel o'chirilganda, raketa erkin tushish munosabati bilan inertsiya bilan uchadi, suyuq yoqilg'i esa tankdagi tanklar to'xtatib qo'yilgan, bu dvigatelni ishga tushirishda nosozlikka olib kelishi mumkin. Yordamchi dvigatellar bosqichlarga biroz tezlashishni ta'minlaydi, ularning ta'siri ostida yoqilg'i tanklarning pastki qismida "joylashadi".
Raketaning yuqoridagi rasmida

Uchirish ko‘p bosqichli raketa yordamida amalga oshirildi”, — bu so‘zlarni biz Yerning birinchi sun’iy yo‘ldoshlarining uchirilishi haqidagi, Quyosh sun’iy yo‘ldoshi yaratilgani haqidagi xabarlarda ko‘p marta o‘qiganmiz. Oyga kosmik raketalarning uchirilishi. Bittagina qisqa ibora, bu oltita so‘z zamirida Vatanimiz olimlari, muhandislari, mehnatkashlarining naqadar ilhomli mehnati yashiringan!

Zamonaviy ko'p bosqichli raketalar nima? Nega kosmik parvozlar uchun juda ko'p bosqichlardan iborat raketalardan foydalanish zarurati paydo bo'ldi? Raketa bosqichlari sonini ko'paytirishning texnik ta'siri qanday?

Keling, bu savollarga qisqacha javob berishga harakat qilaylik. Kosmosga parvozlarni amalga oshirish uchun katta yoqilg'i zaxiralari talab qilinadi. Ular shunchalik kattaki, ularni bir bosqichli raketaning tanklariga joylashtirish mumkin emas. Muhandislik fanining hozirgi darajasi bilan raketani qurish mumkin, unda yoqilg'i uning umumiy og'irligining 80-90 foizini tashkil qiladi. Boshqa sayyoralarga parvozlar uchun zarur bo'lgan yoqilg'i zaxiralari raketaning o'z og'irligi va undagi foydali yukdan yuzlab va hatto minglab marta ko'p bo'lishi kerak. Bir bosqichli raketaning tanklariga joylashtirilishi mumkin bo'lgan yoqilg'i zaxiralari bilan 3-4 km / s gacha parvoz tezligiga erishish mumkin. Raketa dvigatellarini takomillashtirish, yoqilg'ining eng foydali navlarini izlash, yuqori sifatli konstruktiv materiallardan foydalanish va raketalar dizaynini yanada takomillashtirish, albatta, bir bosqichli raketalarning tezligini biroz oshirishga imkon beradi. Ammo u hali ham kosmik tezliklardan juda uzoqda bo'ladi.

Kosmik tezlikka erishish uchun K. E. Tsiolkovskiy ko'p bosqichli raketalardan foydalanishni taklif qildi. Olimning o‘zi ularni majoziy ma’noda “raketa poyezdlari” deb atagan. Tsiolkovskiyning fikricha, raketa poyezdi yoki hozir aytganimizdek, ko‘p bosqichli raketa bir-birining ustiga o‘rnatilgan bir nechta raketalardan iborat bo‘lishi kerak. Pastki raketa odatda eng katta hisoblanadi. U butun “poyezd”ni olib yuradi. Keyingi qadamlar kichikroq va kichikroq bo'ladi.

Yer yuzasidan uchayotganda pastki raketaning dvigatellari ishlaydi. Ular uning tanklaridagi barcha yoqilg'ini tugatmaguncha harakat qilishadi. Birinchi bosqichning tanklari bo'sh bo'lganda, u keyingi parvozlarini o'lik og'irlik bilan yuklamaslik uchun yuqori raketalardan ajralib chiqadi. Bo'sh tanklar bilan ajratilgan birinchi bosqich bir muncha vaqt inertsiya bilan yuqoriga uchishda davom etadi va keyin erga tushadi. Birinchi bosqichni qayta ishlatish uchun saqlash uchun uni parashyut bilan tushirish mumkin.

Birinchi bosqich ajratilgandan so'ng, ikkinchi bosqichning dvigatellari yoqiladi. Ular raketa allaqachon ma'lum bir balandlikka ko'tarilgan va sezilarli parvoz tezligiga ega bo'lganda harakat qila boshlaydi. Ikkinchi bosqichli dvigatellar raketani yanada tezlashtiradi va uning tezligini sekundiga bir necha kilometrga oshiradi. Ikkinchi bosqich baklaridagi barcha yoqilg'i tugagandan so'ng, u ham tashlanadi. Kompozit raketaning keyingi parvozi uchinchi bosqich dvigatellarining ishlashi bilan ta'minlanadi. Keyin uchinchi bosqich to'xtatiladi. Navbat to'rtinchi bosqich dvigatellariga yaqinlashadi. Ularga yuklangan ishni bajarib, ular raketaning tezligini ma'lum miqdorda oshiradilar, keyin esa beshinchi bosqich dvigatellariga yo'l berishadi. Beshinchi bosqichni qayta o'rnatgandan so'ng, oltinchi dvigatellar ishlay boshlaydi.

Shunday qilib, raketaning har bir bosqichi parvoz tezligini ketma-ket oshiradi va oxirgi, yuqori bosqich havosiz kosmosda kerakli kosmik tezlikka etadi. Agar vazifa boshqa sayyoraga qo‘nish va Yerga qaytish bo‘lsa, u holda koinotga uchgan raketa, o‘z navbatida, bir necha bosqichlardan iborat bo‘lishi kerak, ular sayyoraga tushganda va undan ko‘tarilganda ketma-ket yoqiladi.

Raketalarda ko'p sonli bosqichlardan foydalanish qanday samara berishini ko'rish qiziq.

Uchirish og'irligi 500 tonna bo'lgan bir pog'onali raketani oling.Faraz qilaylik, bu og'irlik quyidagicha taqsimlangan: foydali yuk - 1 tonna, pog'onaning quruq og'irligi - 99,8 tonna va yoqilg'i - 399,2 tonna. Shuning uchun bu raketaning strukturaviy mukammalligi. shunday bo'ladiki, og'irlikdagi yoqilg'i bosqichning quruq og'irligidan 4 baravar ko'p, ya'ni yoqilg'i va foydali yuksiz raketaning o'zi og'irligi. Tsiolkovskiy raqami, ya'ni barcha yoqilg'i tugagandan so'ng raketaning uchish og'irligining uning og'irligiga nisbati, bu raketa uchun 4,96 ni tashkil qiladi. Bu raqam va gazning dvigatel ko'krak qafasidan chiqish tezligi raketaning erisha oladigan tezligini aniqlaydi. Keling, bir bosqichli raketani ikki bosqichli raketaga almashtirishga harakat qilaylik. Keling, yana 1 tonna foydali yukni olib, bosqichlarning dizayni mukammalligi va gazning chiqish tezligi bir bosqichli raketada bo'lgani kabi qoladi deb faraz qilaylik. Keyin, hisob-kitoblar shuni ko'rsatadiki, birinchi holatda bo'lgani kabi bir xil parvoz tezligiga erishish uchun umumiy og'irligi atigi 10,32 tonna bo'lgan ikki bosqichli raketa talab qilinadi, ya'ni bir bosqichli raketadan deyarli 50 baravar engilroq. Ikki bosqichli raketaning quruq og'irligi 1,86 tonnani, har ikki bosqichda joylashtirilgan yoqilg'ining og'irligi esa 7,46 tonnani tashkil qiladi.Ko'rib turganingizdek, ko'rib chiqilayotgan misolda bir bosqichli raketani ikki bosqichli raketaga almashtirish. birinchi bosqich bir xil foydali yukni ishga tushirishda metall va yoqilg'i sarfini 54 baravar kamaytirish imkonini beradi.

Masalan, yuk ko'tarishi 1 tonna bo'lgan kosmik raketani olaylik, bu raketa atmosferaning zich qatlamlarini yorib o'tib, havosiz kosmosga uchib, ikkinchi kosmik tezlikni ishlab chiqishi kerak - 11,2 km / s. Bizning diagrammalarimiz har bir bosqichda yoqilg'ining og'irlik ulushiga va bosqichlar soniga qarab bunday kosmik raketaning og'irligi o'zgarishini ko'rsatadi (22-betga qarang).

Hisoblash oson, agar siz dvigatellari 2400 m / s tezlikda gaz chiqaradigan raketa qursangiz va har bir bosqichda yoqilg'i og'irlikning atigi 75% ni tashkil qiladi, hatto olti bosqichli bo'lsa ham, bu raketani oladi. raketaning og'irligi juda katta bo'ladi - deyarli 5,5 ming tonna Raketa bosqichlarining konstruktiv xususiyatlarini yaxshilash orqali boshlang'ich og'irlikni sezilarli darajada kamaytirishga erishish mumkin. Masalan, agar yoqilg'i bosqich og'irligining 90 foizini tashkil etsa, olti bosqichli raketaning og'irligi 400 tonnani tashkil qilishi mumkin.

Raketalarda yuqori kaloriyali yoqilg'idan foydalanish va ularning dvigatellari samaradorligini oshirish juda katta samara beradi. Agar shu tariqa dvigatel nayidan gaz chiqishi tezligi atigi 300 m/s ga oshirilsa, uni grafikda ko‘rsatilgan qiymatga yetkazsa – 2700 m/s, u holda raketaning uchish og‘irligi bir necha marta kamayishi mumkin. Yoqilg'i og'irligi bosqich konstruktsiyasining og'irligidan atigi 3 baravar ko'p bo'lgan olti bosqichli raketaning uchish og'irligi taxminan 1,5 ming tonnani tashkil qiladi va strukturaning og'irligini har bir bosqichning umumiy og'irligining 10 foizigacha kamaytirish orqali, biz raketaning uchish og'irligini bir xil 200 qadamgacha kamaytirishimiz mumkin

Agar gazning chiqib ketish tezligini yana 300 m/sek ga oshirsak, ya'ni uni 3 ming m/sek ga teng olsak, u holda og'irlikning yanada katta qisqarishi sodir bo'ladi. Masalan, yoqilg'i massasi 75% bo'lgan olti bosqichli raketaning uchish og'irligi 600 tonna bo'ladi.Yoqilg'i og'irlik ulushini 90% ga oshirish orqali faqat ikki bosqichli kosmik raketani yaratish mumkin. Uning og'irligi 850 tonnaga yaqin bo'ladi.Bosqichlar sonini ikki baravar oshirish orqali siz raketaning og'irligini 140 tonnagacha kamaytirishingiz mumkin, olti bosqichli esa uchish og'irligi 116 tonnaga tushadi.

Bosqichlar soni, ularning dizayni mukammalligi va gazning chiqish tezligi raketaning og'irligiga shunday ta'sir qiladi.

Xo'sh, nega bosqichlar sonining ko'payishi bilan zarur yoqilg'i zaxiralari kamayadi va ular bilan raketaning umumiy og'irligi kamayadi? Buning sababi shundaki, bosqichlar soni qanchalik ko'p bo'lsa, bo'sh tanklar shunchalik tez-tez tashlanadi, raketa keraksiz yukdan tezroq ozod qilinadi. Shu bilan birga, bosqichlar sonining ko'payishi bilan dastlab raketaning uchish og'irligi juda pasayadi, keyin esa bosqichlar sonini ko'paytirish samarasi kamroq bo'ladi. Shuni ham ta'kidlash mumkinki, grafiklardan aniq ko'rinib turibdiki, nisbatan yomon konstruktiv xarakteristikaga ega bo'lgan raketalar uchun bosqichlar sonining ko'payishi har bir bosqichda yoqilg'i foizi yuqori bo'lgan raketalarga qaraganda ko'proq ta'sir qiladi. Bu juda tushunarli. Har bir bosqichning chig'anoqlari juda og'ir bo'lsa, ularni imkon qadar tezroq tashlash kerak. Va agar korpus juda kam vaznga ega bo'lsa, u raketalarga juda ko'p yuk bermaydi va bo'sh korpuslarning tez-tez tushishi endi bunday ajoyib ta'sirga ega emas.

Raketalar boshqa sayyoralarga uchganda, kerakli yoqilg'i iste'moli Yerdan uchish paytida tezlashish uchun zarur bo'lgan miqdor bilan cheklanmaydi. Boshqa sayyoraga yaqinlashganda, kosmik kema o'zining tortishish sohasiga tushadi va ortib borayotgan tezlik bilan uning yuzasiga yaqinlasha boshlaydi. Agar sayyora tezlikning kamida bir qismini o'chirishga qodir bo'lgan atmosferadan mahrum bo'lsa, raketa sayyora yuzasiga tushganda, bu sayyoradan uzoqlashish uchun zarur bo'lgan tezlikni rivojlantiradi, ya'ni. ikkinchi kosmik tezlik. Ma'lumki, ikkinchi kosmik tezlikning qiymati har bir sayyora uchun har xil. Masalan, Mars uchun 5,1 km/sek, Venera uchun - 10,4 km/sek, Oy uchun - 2,4 km/sek. Agar raketa sayyoraning tortishish doirasiga uchib, ikkinchisiga nisbatan ma'lum bir tezlikka ega bo'lsa, raketaning qulash tezligi yanada kattaroq bo'ladi. Masalan, ikkinchi sovet kosmik raketasi Oy yuzasiga 3,3 km/sek tezlikda yetib keldi. Agar vazifa raketaning Oy yuzasiga silliq qo'nishni ta'minlash bo'lsa, u holda raketa bortida qo'shimcha yoqilg'i zaxiralari bo'lishi kerak. Har qanday tezlikni o'chirish uchun raketaning bir xil tezlikda rivojlanishi uchun qancha yoqilg'i sarflanishi kerak. Binobarin, Oy yuzasiga biron bir yukni xavfsiz etkazib berish uchun mo'ljallangan kosmik raketada katta yoqilg'i zaxirasi bo'lishi kerak. Yuk yuki 1 tonna bo'lgan bir bosqichli raketa dizayni mukammalligiga qarab 3-4,5 tonna vaznga ega bo'lishi kerak.

Ilgari biz 1 tonna yukni koinotga olib chiqish uchun qanday ulkan og‘irlikdagi raketalarga ega bo‘lishi kerakligini ko‘rsatgan edik, endi esa bu yukning uchdan bir qismi yoki hatto to‘rtdan bir qismini Oy yuzasiga bemalol tushirish mumkinligini ko‘rdik. Qolganlari yoqilg'i, saqlash tanklari, dvigatel va boshqaruv tizimi bo'lishi kerak.

Oy yuzasiga 1 tonna og'irlikdagi ilmiy asbob-uskunalar yoki boshqa foydali yuklarni xavfsiz etkazib berish uchun mo'ljallangan kosmik raketaning yakuniy og'irligi qancha bo'lishi kerak?

Ushbu turdagi kemalar haqida tasavvurga ega bo'lish uchun bizning rasmimizda og'irligi 1 tonna bo'lgan ilmiy asbob-uskunalar bilan jihozlangan konteynerni Oy yuzasiga etkazish uchun mo'ljallangan besh bosqichli raketa shartli ravishda bo'limda ko'rsatilgan. bu raketa ko'p sonli kitoblarda berilgan texnik ma'lumotlarga asoslangan edi (masalan, V. Feodosyev va G. Sinyarevning "Raketaga kirish" va Sattonning "Raketa dvigatellari" kitoblarida).

Suyuq yoqilg'i bilan ishlaydigan raketa dvigatellari olindi. Yonish kameralarini yonilg'i bilan ta'minlash uchun vodorod periksning parchalanish mahsulotlari tomonidan boshqariladigan turbonasos bloklari mavjud. Birinchi bosqich dvigatellari uchun gazning o'rtacha chiqish tezligi 2400 m / s deb hisoblanadi. Yuqori bosqichlarning dvigatellari atmosferaning juda kam uchraydigan qatlamlarida va havosiz fazoda ishlaydi, shuning uchun ularning samaradorligi biroz yuqoriroq bo'lib chiqadi va ular uchun gazning chiqish tezligi 2700 m / sek deb hisoblanadi. Bosqichlarning dizayn xususiyatlari uchun texnik adabiyotlarda tasvirlangan raketalarda mavjud bo'lgan qiymatlar qabul qilindi.

Tanlangan dastlabki ma'lumotlar bilan kosmik raketaning quyidagi og'irlik xususiyatlari olingan: uchish og'irligi - 3348 tonna, shu jumladan 2892 tonna yoqilg'i, 455 tonna konstruktsiya va 1 tonna foydali yuk. Alohida bosqichlarning vazni quyidagicha taqsimlandi: birinchi bosqich - 2760 tonna, ikkinchi - 495 tonna, uchinchi - 75,5 tonna, to'rtinchi - 13,78 tonna, beshinchi - 2,72 tonna Raketaning balandligi 60 m ga etdi. , pastki bosqichning diametri - 10 m

Birinchi bosqichda har birining quvvati 350 tonna bo'lgan 19 ta dvigatel keltirildi. Ikkinchisida - bir xil dvigatellarning 3 tasi, uchinchisida - har biri 60 tonnalik 3 ta dvigatel, to'rtinchisida - 35 tonnalik va oxirgi bosqichda - 10 tonnalik dvigatel.

Yer yuzasidan havoga ko‘tarilayotganda birinchi bosqich dvigatellari raketani 2 km/s tezlikka tezlashtiradi. Birinchi bosqichning bo'sh tanasi tushirilgandan so'ng, keyingi uch bosqichning dvigatellari yoqiladi va raketa ikkinchi kosmik tezlikka ega bo'ladi.

Bundan tashqari, raketa Oyga inertsiya bilan uchadi. Uning yuzasiga yaqinlashganda, raketa nozulini pastga aylantiradi. Beshinchi bosqichli dvigatel yoqilgan. U tushish tezligini pasaytiradi va raketa silliq ravishda Oy yuzasiga tushadi.

Yuqoridagi raqam va u bilan bog'liq hisob-kitoblar, albatta, oy raketasi uchun haqiqiy loyihani anglatmaydi. Ular faqat kosmik ko'p bosqichli raketalarning ko'lami haqida birinchi fikrni berish uchun berilgan. Raketaning dizayni, uning o'lchamlari va og'irligi fan va texnikaning rivojlanish darajasiga, konstruktorlar ixtiyoridagi materiallarga, ishlatiladigan yoqilg'iga va raketa dvigatellarining sifatiga bog'liqligi aniq. quruvchilarning mahorati. Kosmik raketalarning yaratilishi olimlar, muhandislar va texnologlar ijodi uchun cheksiz imkoniyatlarni taqdim etadi. Bu sohada hali ko'plab kashfiyotlar va ixtirolar mavjud. Va har bir yangi yutuq bilan raketalarning xususiyatlari o'zgaradi.

Il-18, TU-104, TU-114 rusumidagi zamonaviy dirijabllar shu asrning boshlarida uchgan samolyotlarga o'xshamaganidek, kosmik raketalar ham doimiy ravishda takomillashtiriladi. Vaqt o'tishi bilan raketa dvigatellarida kosmik parvozlar nafaqat kimyoviy reaktsiyalar energiyasidan, balki boshqa energiya manbalaridan ham, masalan, yadroviy jarayonlarning energiyasidan ham foydalanadi. Raketa dvigatellari turlarining o'zgarishi bilan raketalarning dizayni ham o'zgaradi. Ammo K. E. Tsiolkovskiyning "raketa poyezdlari" ni yaratish haqidagi ajoyib g'oyasi kosmosning ulkan kengliklarini o'rganishda doimo sharafli rol o'ynaydi.

Shaklda. 22 ballistik raketaning traektoriyasi va shuning uchun uning parvoz masofasi V 0 boshlang'ich tezligiga va bu tezlik va ufq o'rtasidagi T 0 burchakka bog'liqligini ko'rsatadi. Bu burchak otish burchagi deb ataladi.

Misol uchun, otish burchagi T 0 = 30 ° ga teng bo'lsin. Bunda ballistik parvozini 0 nuqtada V 0 = 5 km/sek tezlik bilan boshlagan raketa II elliptik egri chiziq bo‘ylab uchadi. V 0 = 8 km/sek tezlikda raketa III elliptik egri chiziq bo‘ylab, V 0 = 9 km/sek tezlikda IV egri chiziq bo‘ylab uchadi. Tezlik 11,2 km/sek ga oshirilsa, yopiq elliptik egri chiziqdan traektoriya ochiq parabolik chiziqqa aylanadi va raketa yerning tortishish sferasini tark etadi (V egri chiziq). Bundan ham yuqori tezlikda raketa giperbola (VI) bo'ylab qochib ketadi. Raketa traektoriyasi boshlang'ich tezligining o'zgarishi bilan shunday o'zgaradi, garchi otish burchagi o'zgarmagan bo'lsa ham.

Agar siz boshlang'ich tezlikni doimiy ravishda ushlab tursangiz va faqat otish burchagini o'zgartirsangiz, raketaning traektoriyasi sezilarli darajada o'zgaradi.

Misol uchun, boshlang'ich "tezligi V 0 = 8 km / soat ga teng bo'lsin. Agar raketa vertikal ravishda yuqoriga (otish burchagi T 0 = 90 °) uchirilsa, nazariy jihatdan u radiusga teng balandlikka ko'tariladi. Yerga va boshidan uzoq bo'lmagan joyda Yerga qaytib ( VII) Θ 0 = 30 ° da, raketa biz ko'rib chiqqan elliptik traektoriya bo'ylab uchadi (III egri). ufq), raketa aylana orbitali (I egri chiziqli) Yer sun'iy yo'ldoshiga aylanadi.

Ushbu misollar shuni ko'rsatadiki, faqat otish burchagini o'zgartirgan holda, bir xil boshlang'ich tezligi 8 km / s bo'lgan raketalarning masofasi noldan cheksizgacha bo'lgan masofaga ega bo'lishi mumkin.

Raketa qaysi burchakdan ballistik parvozini boshlaydi? Bu raketaga berilgan boshqaruv dasturiga bog'liq. Masalan, har bir boshlang'ich tezlik uchun eng foydali (optimal) otish burchagini tanlash mumkin, bunda parvoz masofasi eng katta bo'ladi. Dastlabki tezlik ortishi bilan bu burchak kamayadi. Olingan masofa, balandlik va parvoz vaqtining taxminiy qiymatlari Jadvalda ko'rsatilgan. 4.

4-jadval

Agar otish burchagi o'zboshimchalik bilan o'zgartirilishi mumkin bo'lsa, unda dastlabki tezlikning o'zgarishi cheklangan va uni har 1 km / s ga oshirish katta texnik muammolar bilan bog'liq.

K. E. Tsiolkovskiy dvigatellar tomonidan tezlashishi oxirida raketaning ideal tezligini aniqlashga imkon beradigan formulani berdi:

V id \u003d V ist ln G boshlanishi / G oxiri,

bu erda V id - faol uchastkaning oxirida raketaning ideal tezligi;

V ist - dvigatelning reaktiv nozulidan gazlarning chiqish tezligi;

G beg - raketaning dastlabki og'irligi;

G con - raketaning oxirgi og'irligi;

ln - natural logarifmning belgisi.

Biz oldingi bo'limda raketa dvigatelining ko'krak qafasidan gazlarning chiqish tezligining qiymati bilan tanishdik. Jadvalda keltirilgan suyuq yoqilg'i uchun. 3, bu tezliklar 2200 - 2600 m / s (yoki 2,2 - 2,6 km / s), qattiq yoqilg'i uchun - 1,6 - 2,0 km / s gacha cheklangan.

G start dastlabki og'irlikni, ya'ni raketaning uchirilishdan oldingi umumiy og'irligini bildiradi va G oxiri - uning tezlashuv oxiridagi oxirgi og'irligi (yoqilg'i tugagandan yoki dvigatellar o'chirilgandan keyin). Formulaga kiritilgan ushbu og'irliklarning nisbati G beg / G con Tsiolkovskiy soni deb ataladi va bilvosita raketani tezlashtirish uchun ishlatiladigan yoqilg'ining og'irligini tavsiflaydi. Shubhasiz, Tsiolkovskiy soni qanchalik katta bo'lsa, raketaning rivojlanish tezligi shunchalik yuqori bo'ladi va natijada u qanchalik uzoqqa uchadi (ceteris paribus) Biroq, Tsiolkovskiy soni, shuningdek, gazlarning nozuldan chiqib ketish tezligi, o'z cheklovlariga ega.

Shaklda. 23-rasmda odatiy bir bosqichli raketaning bo'limi va uning og'irlik diagrammasi ko'rsatilgan. Yoqilg'i baklari bilan bir qatorda, raketada dvigatellar, boshqaruv va boshqaruv tizimlari, teri, foydali yuk va turli konstruktiv elementlar va yordamchi uskunalar mavjud. Shuning uchun raketaning oxirgi og'irligi uning dastlabki og'irligidan ko'p marta kam bo'lishi mumkin emas. Misol uchun, Germaniyaning V-2 raketasi yoqilg'isiz 3,9 tonnani, yoqilg'i bilan esa 12,9 tonnani tashkil etdi.Bu shuni anglatadiki, bu raketaning Tsiolkovskiy raqami: 12,9 / 3,9 = 3,31 edi. Xorijiy raketa fanining hozirgi rivojlanish darajasida xorijiy raketalar uchun bu nisbat 5-7 ga etadi.

V 0 = 2,6 km/sek ni olib, bir bosqichli raketaning ideal tezligini hisoblaymiz. va G start / G end = 7,

V id \u003d 2,6 ln 7 \u003d 2,6 1,946 ≈ 5 km/s.

Jadvaldan. 4-rasm shuni ko'rsatadiki, bunday raketa taxminan 3200 km masofani bosib o'tishga qodir. Biroq, uning haqiqiy tezligi 5 km/sek dan kam bo'ladi. chunki dvigatel o'z energiyasini nafaqat raketani tezlashtirishga, balki havo qarshiligini engishga, tortishish kuchini engishga ham sarflaydi. Raketaning haqiqiy tezligi idealning atigi 75-80% ni tashkil qiladi. Binobarin, uning dastlabki tezligi taxminan 4 km/sek va masofasi 1800 km* dan oshmaydi.

* (Jadvalda berilgan diapazon. 4 taxminan berilgan, chunki uni hisoblashda bir qator omillar hisobga olinmagan. Masalan, traektoriyaning atmosferaning zich qatlamlarida yotgan kesimlari va Yerning aylanishining ta'siri hisobga olinmagan. Sharqiy yo'nalishda o'qqa tutilganda, ballistik raketalarning parvoz masofasi kattaroqdir, chunki Yerning aylanish tezligi ularning Yerga nisbatan tezligiga qo'shiladi.)

Qit'alararo ballistik raketani yaratish, sun'iy Yer sun'iy yo'ldoshlari va kosmik kemalarini uchirish va undan ham ko'proq Oy va sayyoralarga kosmik raketalarni yuborish uchun raketa tashuvchisiga sezilarli darajada yuqori tezlikni berish kerak. Shunday qilib, 9000 - 13000 km masofaga uchadigan raketa uchun taxminan 7 km / s boshlang'ich tezligi talab qilinadi. Raketa past orbital balandlikda Yerning sun'iy yo'ldoshiga aylanishi uchun berilishi kerak bo'lgan birinchi kosmik tezlik, ma'lumki, 8 km / sek.

Yerning tortishish sohasidan chiqish uchun raketani ikkinchi kosmik tezlikka - 11,2 km / s ga tezlashtirish kerak, Oy atrofida uchish uchun (Yerga qaytmasdan) 12 km / s dan ortiq tezlik talab qilinadi. Marsning Yerga qaytmasdan uchishi boshlang'ich tezligi taxminan 14 km/s, Yer atrofidagi orbitaga qaytish bilan esa taxminan 27 km/s tezlikda amalga oshirilishi mumkin. Marsga va yana uch oyga uchish muddatini qisqartirish uchun 48 km/s tezlik talab qilinadi. Raketa tezligini oshirish, o'z navbatida, tezlashtirish uchun tobora ortib borayotgan yoqilg'i sarfini talab qiladi.

Misol uchun, biz yoqilg'isiz 1 kg og'irlikdagi raketani yaratdik. Agar biz unga 3, 6, 9 va 12 km / s tezlikni aytmoqchi bo'lsak, u holda raketaga qancha yoqilg'i to'ldirish va tezlashish paytida yoqish kerak bo'ladi? Kerakli yoqilg'i miqdori * jadvalda ko'rsatilgan. 5.

* (Chiqib ketish tezligi 3 km/sek.)

5-jadval

"Quruq" og'irligi bor-yo'g'i 1 kg bo'lgan raketaning korpusiga biz 1,7 kg yoqilg'ini sig'dira olishimizga shubha yo'q. Ammo uning 6,4 kg vaznini sig'dira olishi juda shubhali. Va, shubhasiz, uni 19 yoki 54 kg yoqilg'i bilan to'ldirish mutlaqo mumkin emas. Bunday miqdordagi yoqilg'ini ushlab turadigan oddiy, ammo etarlicha kuchli tank allaqachon bir kilogrammdan ortiqroqdir. Misol uchun, avtoulovchilarga ma'lum bo'lgan yigirma litrli kanistrning og'irligi taxminan 3 kg ni tashkil qiladi. Raketaning "quruq" og'irligi tankga qo'shimcha ravishda dvigatellarning og'irligini, tuzilishini, foydali yukini va boshqalarni o'z ichiga olishi kerak.

Bizning buyuk vatandoshimiz K. E. Tsiolkovskiy bugungi kunda amaliyot talab qiladigan raketa tezligiga erishish kabi murakkab vazifani hal qilishning boshqa (va hozircha yagona) usulini topdi. Bu yo'l ko'p bosqichli raketalarni yaratishdan iborat.

Odatdagi ko'p bosqichli raketa rasmda ko'rsatilgan. 24. U foydali yuk va har birida elektr stantsiyasi va yoqilg'i bilan ta'minlangan bir nechta ajraladigan bosqichlardan iborat. Birinchi bosqichning dvigateli foydali yukni, shuningdek, ikkinchi va uchinchi bosqichlarni (ikkinchi sub-raketa) n 1 tezlik bilan xabardor qiladi. Yoqilg'i tugagandan so'ng, birinchi bosqich raketaning qolgan qismidan ajralib, erga tushadi va ikkinchi bosqich dvigateli raketada ishga tushiriladi. Uning zarbasi ta'sirida raketaning qolgan qismi (uchinchi pastki raketa) qo'shimcha n 2 tezlikka ega bo'ladi. Keyin ikkinchi bosqich, yoqilg'i tugagandan so'ng, raketaning qolgan qismidan ham ajralib, erga tushadi. Bu vaqtda uchinchi bosqich dvigateli yoqiladi va qo'shimcha tezlikni n 3 foydali yuk haqida xabar beradi.

Shunday qilib, ko'p bosqichli raketada foydali yuk ko'p marta tezlashadi. Uch bosqichli raketaning umumiy ideal tezligi har bir bosqichda olingan uchta ideal tezlik yig'indisiga teng bo'ladi:

V id 3 \u003d n 1 + n 2 + n 3.

Agar barcha bosqichlarning dvigatellaridan gazlarning chiqish tezligi bir xil bo'lsa va ularning har biri ajratilgandan keyin raketaning qolgan qismining dastlabki og'irligining oxirgi qismiga nisbati o'zgarmasa, tezlik oshadi. n 1 , n 2 va n 3 bir-biriga teng bo'ladi. Shunda biz uch (yoki hatto n) bosqichdan iborat raketaning tezligi bir bosqichli raketaning tezligiga uch barobar (yoki n marta ko'paygan) teng bo'ladi deb taxmin qilishimiz mumkin.

Aslida, ko'p bosqichli raketalarning har bir bosqichida turli xil egzoz tezligini beradigan dvigatellar bo'lishi mumkin; doimiy vazn nisbati saqlanmasligi mumkin; parvoz tezligi o'zgarganda havo qarshiligi va undan uzoqlashganda Yerning tortishish kuchi o'zgaradi. Shuning uchun ko'p bosqichli raketaning oxirgi tezligini bir bosqichli raketaning tezligini bosqichlar soniga ko'paytirish orqali aniqlab bo'lmaydi*. Ammo bosqichlar sonini ko'paytirish orqali raketaning tezligini ko'p marta oshirish mumkinligi haqiqat bo'lib qolmoqda.

* (Shuni ham yodda tutish kerakki, bir bosqichni o'chirish va boshqasini yoqish o'rtasida raketa inertsiya bilan uchadigan vaqt oralig'i bo'lishi mumkin.)

Bundan tashqari, ko'p bosqichli raketa bir bosqichli raketaga qaraganda ancha past umumiy yoqilg'i sarfi va uchirish og'irligi bilan bir xil foydali yukning berilgan diapazonini ta'minlay oladi. Inson ongi tabiat qonunlarini chetlab o'tishga muvaffaq bo'ldimi? Yo'q. Faqatgina odam ushbu qonunlarni o'rganib, vazifani bajarib, yoqilg'i va strukturaning og'irligini tejashga qodir. Bir bosqichli raketada, faol qismning boshidan oxirigacha biz uning barcha "quruq" vaznini tezlashtiramiz. Ko'p bosqichli raketada biz buni qilmaymiz. Shunday qilib, uch bosqichli raketada ikkinchi bosqich endi birinchi bosqichning "quruq" vaznini tezlashtirish uchun yoqilg'i sarflamaydi, chunki ikkinchisi tashlanadi. Uchinchi bosqich, shuningdek, birinchi va ikkinchi bosqichlarning "quruq" vaznini tezlashtirish uchun yoqilg'ini isrof qilmaydi. U faqat o'zi va foydali yukni tezlashtiradi. Uchinchi (va umuman oxirgi) bosqichni endi raketaning boshidan ajratib bo'lmaydi, chunki qo'shimcha tezlashtirish talab qilinmaydi. Ammo ko'p hollarda u hali ham ajralib turadi. Shunday qilib, oxirgi bosqichlarni ajratish sun'iy yo'ldoshlarning tashuvchi raketalarida, kosmik raketalarda va Atlas, Titan, Minuteman, Yupiter, Polaris va boshqalar kabi jangovar raketalarda qo'llaniladi.

Raketaning bosh qismiga joylashtirilgan ilmiy asbob-uskunalar koinotga uchirilganda, oxirgi bosqichni ajratish nazarda tutiladi. Bu uskunaning to'g'ri ishlashi uchun zarurdir. Sun'iy yo'ldosh uchirilganda, uni oxirgi bosqichdan ajratish ham ta'minlanadi. Shu sababli qarshilik kamayadi va u uzoq vaqt davomida mavjud bo'lishi mumkin. Jangovar ballistik raketani uchirishda oxirgi bosqichni jangovar boshdan ajratish ta'minlanadi, buning natijasida jangovar boshni aniqlash va uni raketaga qarshi zarba bilan urish qiyinlashadi. Bundan tashqari, raketaning tushishi paytida ajratilgan oxirgi bosqich hiyla-nayrangga aylanadi. Agar atmosferaga qayta kirish paytida jangovar kallakni boshqarish yoki uning parvozini barqarorlashtirish rejalashtirilgan bo'lsa, unda oxirgi bosqichsiz uni boshqarish osonroq bo'ladi, chunki u kichikroq massaga ega. Nihoyat, agar oxirgi bosqich jangovar boshidan ajratilmagan bo'lsa, u holda isitishdan ham, yonishdan ham himoya qilish kerak bo'ladi, bu esa foyda keltirmaydi.

Albatta, yuqori tezlikni olish muammosi nafaqat ko'p bosqichli raketalarni yaratish bilan hal qilinadi. Bu usulning ham kamchiliklari bor. Gap shundaki, bosqichlar sonining ko'payishi bilan raketalarning dizayni ancha murakkablashadi. Bosqichlarni ajratishning murakkab mexanizmlariga ehtiyoj bor.Shuning uchun olimlar har doim minimal qadamlar soniga intilishadi va buning uchun, birinchi navbatda, yonish mahsulotlarining chiqib ketishining tobora ko'proq tezligini olishni o'rganish kerak. yoki boshqa reaksiya mahsulotlari.

Ko'p bosqichli raketaning qurilmasi nima Keling, raketa fanining asoschisi Tsiolkovskiyning asarlarida tasvirlangan kosmik parvoz uchun raketaning klassik namunasini ko'rib chiqaylik. U birinchi bo'lib ko'p bosqichli raketani ishlab chiqarishning asosiy g'oyasini e'lon qilgan.

Raketaning ishlash printsipi.

Gravitatsiyani engish uchun raketaga katta miqdorda yoqilg'i kerak bo'ladi va biz qancha yoqilg'i olsak, raketaning massasi shunchalik katta bo'ladi. Shuning uchun, raketaning massasini kamaytirish uchun ular ko'p bosqichli printsip asosida qurilgan. Har bir bosqich o'zining raketa dvigateli va parvoz uchun yoqilg'i bilan ta'minlangan alohida raketa sifatida qaralishi mumkin.

Kosmik raketaning bosqichlari qurilmasi.

Kosmik raketaning birinchi bosqichi eng kattasi, kosmik parvoz uchun raketada 1-bosqichdagi 6 tagacha dvigatel bo'lishi mumkin va kosmosga qanchalik og'ir yuk olib kelinishi kerak, raketaning birinchi bosqichida shuncha ko'p dvigatellar bo'ladi.

Klassik versiyada ularning uchtasi bor, ular raketani perimetr bo'ylab o'rab turgandek, teng yonli uchburchakning qirralari bo'ylab nosimmetrik tarzda joylashgan. Bu bosqich eng katta va eng kuchli, u raketani yirtib tashlaydi. Raketaning birinchi bosqichidagi yoqilg'i tugagach, butun bosqich tashlanadi.

Shundan so'ng, raketaning harakati ikkinchi bosqich dvigatellari tomonidan boshqariladi. Ular ba'zan tezlashuvchi deb ataladi, chunki ikkinchi bosqich dvigatellari yordamida raketa Yerga yaqin orbitaga chiqish uchun etarli bo'lgan birinchi kosmik tezlikka erishadi.

Buni bir necha marta takrorlash mumkin, raketaning har bir bosqichi avvalgisidan kamroq og'irlik qiladi, chunki ko'tarilish bilan Yerning tortishish kuchi kamayadi.

Bu jarayon necha marta takrorlanadi, kosmik raketada shunchalik ko'p qadamlar mavjud. Raketaning oxirgi bosqichi manevr qilish (parvozni to'g'rilash dvigatellari raketaning har bir bosqichida mavjud) va foydali yuk va astronavtlarni belgilangan joyga etkazish uchun mo'ljallangan.

Biz qurilmani ko'rib chiqdik raketa qanday ishlaydi, ballistik ko'p bosqichli raketalar, yadro qurolini tashuvchi dahshatli qurol, xuddi shunday tarzda joylashtirilgan va kosmik raketalardan tubdan farq qilmaydi. Ular butun sayyoradagi hayotni ham, o'zini ham butunlay yo'q qilishga qodir.

Ko'p bosqichli ballistik raketalar Yerga yaqin orbitaga chiqing va u yerdan yadro kallaklari bilan bo'lingan kallaklar bilan yer nishonlarini uring. Shu bilan birga, eng olis nuqtaga uchishlari uchun 20-25 daqiqa kifoya qiladi.