Техника

Библиотека

наука

Современные технологии и производство

Детская энциклопедия
оглавление

"Мощной ракетой-носителем выведен..."

"Мощной ракетой-носителем выведен..." Эти слова часто встречаются в сообщениях ТАСС о начале новых космических рейсов. Торопливо скользя глазами по газетным строчкам, ищем мы главное - с каким заданием отправились в космос посланцы Земли.

И почти не обращаем внимания на ставшую дежурной фразу о ракете-носителе. А ведь за этими примелькавшимися словами скрыто очень много.

Много спутников различных специальностей одновременно совершают полет вокруг Земли. К планетам Солнечной системы и в глубины космоса летят автоматические аппараты. Они вырваны из власти земного тяготения той же силой - ракетой.

Рассказ о космическом транспорте, о ракете-носителе мы начнем со знакомства с ее сердцем - могучим двигателем. Принцип действия его несложен. Сила тяги ракетного двигателя создается выбрасыванием из него газов, выделяющихся при сгорании топлива. Чем больше газа выбрасывается в единицу времени, тем больше реактивная сила - сила тяги двигателя. Регулировать силу тяги можно, изменяя массу газов, покидающих ракету в единицу времени, или регулируя скорость истечения газовой струи.

Ракетное топливо бывает жидким и твердым. По этому признаку делятся на две основные группы и ракетные двигатели. Однако все корабли с космонавтами и почти все автоматические аппараты выведены на космические трассы ракетами с жидкостными двигателями. Почему же столь явное предпочтение отдается жидкому топливу? Об этом мы поговорим позже, а пока разберемся в устройстве жидкостного ракетного двигателя.

Тягу создают продукты сгорания топлива. Камера сгорания - основная часть ракетного двигателя. Для создания большой силы тяги нужно не просто горение, а мощная и сравнительно продолжительная вспышка, как бы затянувшийся взрыв. Наверное, все видели, как спокойное пламя лучинки в струе кислорода вспыхивает ослепительным бенгальским огнем. Этот школьный опыт делает понятным обязательное соседство в ракетном двигателе двух баков - горючего и окислителя. Чаще других окислителями служат жидкий кислород, четырехокись азота или перекись водорода, а горючим - продукты перегонки нефти, водород, его соединения и другие жидкости.

Горючее и окислитель подается в камеру сгорания центробежными насосами. "Сами насосы приводятся в действие газовой турбиной. Газ для нее вырабатывается в специальном газогенераторе из разлагающихся или сгорающих в нем химических веществ, иногда тех же: горючего или окислителя.

Раскаленные газы из камеры сгорания двигателя выбрасываются наружу через реактивное сопло. Стенки камеры и сопла двойные. Полость между ними во время работы двигателя омывается горючим. Такая охлаждающая рубашка спасает эти части установки от расплавления.

Схема жидкостного ракетного двигателя с насосной подачей топлива.

0350-1.jpg

Однако первым был создан двигатель на твердом топливе. Во время Великой Отечественной войны прославились огненные многозарядные минометы - легендарные "катюши". Их реактивные снаряды были оснащены твердотопливными ракетными двигателями. Такой двигатель - прямой потомок давно известных пороховых ракет - очень прост по конструкции. Топливо - специальный бездымный ракетный порох - находится здесь непосредственно в камере сгорания. Камера с реактивным соплом - вот и все устройство. И все же, несмотря на свою простоту, ракетные двигатели с твердым топливом пока применяются в космонавтике не столь широко, как двигатели на химическом жидком топливе. Иногда их используют в качестве вспомогательных стартовых установок на первых ступенях мощных ракет-носителей. При достаточно солидных размерах двигатели с твердым топливом могут создать большую тягу, но действуют они слишком кратковременно. Затруднительно изменять силу их тяги: порох горит быстро. Выключить такой двигатель почти так же сложно, как погасить вспышку пороха в артиллерийском снаряде. Конструкторы пока еще не научились достаточно хорошо управлять его работой.

Предложенные К. Э. Циолковским жидкостные двигатели лишены этих недостатков, хотя они и дороже пороховых. Вот почему спор между двумя типами ракетных двигателей и был решен в их пользу.

Только мощные двигатели могут сообщить огромным ракетам космические скорости. Такие могучие двигатели устанавливались на первых ступенях советских ракет-носителей "Восток", "Протон", "Космос", а также на ряде американских: "Атлас", "Титан", "Сатурн" и др.

В космической технике рядом с крупными силовыми установками, выводящими ракеты в космос, широко используются управляющие двигатели малой тяги. Они выглядят уменьшенной копией мощных двигателей. Но, сохраняя принцип действия '' старших собратьев, управляющие двигатели имеют и свои особенности: у них менее сложная система подачи топлива; горючее и окислитель не перекачиваются насосами, а вытесняются из баков сжатым инертным газом; несколько камер сгорания могут получать топливо из одних и тех же баков.

Существуют и совсем крохотные ракетные двигатели. Некоторые из них вполне могут уместиться на ладони. Соответственно и сила тяги таких микродвигателей очень мала. Но и этой силы бывает достаточно, чтобы развернуть искусственный спутник Земли или удерживать его в нужном положении.

Конструкторы создали также индивидуальные ракетные двигатели - двигатели малой тяги, служащие для передвижения и маневрирования космонавта в свободном полете вне кабины. Такой двигатель может быть ручным или укрепленным на скафандре. Тяга наиболее простых микродвигателей создается струей сжатого газа. Металлические баллоны заряжают сильно сжатым газом (азотом или воздухом). Высокое давление позволяет в небольшом объеме иметь запас газа, достаточный для продолжительной работы установки. В трубку, соединяющую баллон с реактивным соплом, встроены газовый редуктор и электромагнитный клапан. Редуктор снижает давление для создания более равномерной и постоянной тяги, а клапан открывает доступ газа к соплу. Двигатель включается практически мгновенно - достаточно лишь открыть клапан. Это очень удобно при управлении космическими аппаратами. Ведь любая задержка в исполнении маневра при космических скоростях приводит к значительным отклонениям аппарата от нужного положения.

Чтобы высокое давление газа не разорвало баллон, его стенки приходится делать толстыми. Получается прочный, но массивный сосуд. А лишний вес для космической техники пока еще враг номер один.

Некоторые вещества, например известный всем нафталин или соли аммония, при нагревании сразу переходят из твердого состояния в газообразное, минуя стадию жидкости. Этот процесс называется возгонкой или сублимацией. Сейчас уже созданы микродвигатели на "твердом газе". Кристаллическое "горючее" хранится в тонкостенных резервуарах, а для превращения его в газ достаточно тепла, выделяемого работающей бортовой аппаратурой, или коротких импульсов электрического тока. Однако, значительно выиграв в массе, изобретатели проиграли в быстродействии. Для включения микродвигателя на сублимирующем топливе требуется гораздо больше времени, чем для запуска обычных газовых двигателей.

Разнообразие двигателей малой тяги предоставляет конструктору свободу выбора. Размещая на одном космическом аппарате управляющие установки разных типов, можно компенсировать недостатки одних двигателей достоинствами других. Такое сочетание позволяет создавать совершенные системы управления космическими объектами.

Миниатюрные сопла двигателей малой тяги можно увидеть почти на любом искусственном спутнике Земли. Достичь Луны, Венеры, Марса помогли автоматическим станциям двигатели-лилипуты. С их помощью управляли своими космическими кораблями космонавты "Союзов" и "Аполлонов". Разнообразное маневрирование в космосе, управление посадкой на Землю и другие планеты Солнечной системы - такова сфера деятельности малых двигательных установок.

С помощью такого жидкостного ракетного двигателя на орбиту был выведен первый искусственный спутник Земли.

0350-2.jpg

Турбонасосный агрегат (турбина и насосы).

0350-3.jpg

Существуют и такие совсем крохотные ракетные двигатели.

0350-4.jpg

Большое будущее принадлежит принципиально новому виду ракетных двигателей - электрическому. Мы уже говорили, что сила тяги ракетного двигателя зависит от скорости истечения газовой струи. Так вот, у электроракетных двигателей газ покидает сопло с огромной скоростью, недоступной для установок с использованием химической энергии топлива. Это большое преимущество. Однако они требуют большого количества электроэнергии, а установить на ракете мощную и, следовательно, тяжелую электростанцию пока еще невозможно. И все же первые экспериментальные образцы электроракетных двигателей уже побывали в космосе.

Знакомство с ракетой мы начали с ее сердца -с двигателя. Но в ракете-носителе есть еще много не менее важных узлов и агрегатов. Расскажем о важнейших из них.

Как любой летательный аппарат, ракета должна быть чрезвычайно легкой, но в то же время прочной. А это очень трудно совместить. Но создателям ракет удалось примирить, казалось бы, непримиримое. Например, они заставили огромные топливные баки служить корпусом ракеты и, таким образом, выиграли в весе, создали новые легкие сплавы повышенной прочности.

Ни один вид транспорта не обходится без рулевого управления. Есть рулевые устройства и на ракете.

На первых ракетах это были поворотные пластины, устанавливаемые на пути газов при выходе их из сопла. Встречаясь с плоскостями рулей, газовый поток отклонялся в сторону, и ракета поворачивалась. Однако раскаленная струя газов - малоподходящая среда для работы даже тугоплавких металлов. Поэтому у одних современных ракет главные двигатели могут сами поворачиваться на заданный угол с помощью универсальных шарниров (карданов), а у других - устанавливаются специальные поворотные рулевые ракетные двигатели. Рулевых двигателей на одной ракете может быть несколько, и они бывают неподвижными. В этом случае при маневре двигатели включаются в определенной последовательности.

Все ракеты-носители состоят из двух или трех ракет, называемых ракетными ступенями. К. Э. Циолковский называл такие ракеты "ракетными поездами".

Ступени составной ракеты работают последовательно. Сначала первая ступень "везет" весь "поезд". Когда израсходуется все топливо первой ступени, она отделяется от ракеты и падает на Землю, затем включаются двигатели второй ступени. Они продолжают разгон оставшихся частей ракеты. Затем отбрасывается и вторая ступень. Эстафета передается третьей. Эта ступень (если ракета трехступенчатая) несет уже полезный груз - автоматическую станцию или космический корабль,- и только она достигает нужной космической скорости.

На последней ступени размещается обычно и приборный отсек. В нем установлены приборы системы управления ракетой. Отсюда поступают команды на включение и выключение двигателей, на разделение ступеней, на изменение направления полета, на сброс головного обтекателя.

Обтекаемая форма совершенно необходима ракете-носителю. Она уменьшает сопротивление воздуха, предохраняет от аэродинамического нагрева, уменьшает, наконец, расход топлива. Поэтому каждая ракета имеет обтекатель - часть, которая защищает космический аппарат или корабль от трения о воздух и нагревания на участке выведения.

Если ракета несет космический корабль с космонавтами, на ее вершине устанавливается еще одна небольшая ракета. Она предназначена для аварийного спасения экипажа. В случае аварии на старте или на начальном участке полета она унесет кабину с космонавтами на безопасное расстояние.

Говоря о создании ракет, не следует забывать, что производством космической техники занято огромное количество научно-исследовательских институтов, конструкторских бюро и заводов. Практически нет ни одной отрасли народного хозяйства, передовые достижения которой не использовались бы в космонавтике. Труд лучших специалистов самых разных профессий вложен в ракету или космический корабль. Именно поэтому достижения страны в освоении космического пространства связывают с уровнем развития всей экономики государства.

В этой статье мы познакомились с устройством космического транспорта. Теперь наш путь - на космодром.



Авиация и космонавтика, вооружения, hi-tech, открытия, концепции и изобретения...

Наука, техника, изобретения © 2009-