Løfteraket

En løfteraket ( RN ), også en rumraket ( RKN ) er en raket designet til at sende en nyttelast ud i det ydre rum [1] .

Nogle gange bruges udtrykket "booster" i en udvidet betydning: en raket designet til at levere en nyttelast til et givet punkt (ud i rummet eller i et fjerntliggende område af Jorden ) - for eksempel kunstige jordsatellitter , rumfartøjer , nukleare og ikke- nukleare sprænghoveder . I denne fortolkning kombinerer udtrykket "affyringsfartøj" udtrykkene "rumraket" (RKN) og " interkontinentalt ballistisk missil ".

Klassifikation

I modsætning til nogle horisontalt opsendte rumfartssystemer (AKS), bruger løfteraketter en vertikal opsendelsestype og (meget sjældnere) luftopsendelse .

Antal trin

Et-trins løfteraketvogne, der transporterer nyttelast ud i rummet, er endnu ikke blevet oprettet, selvom der er projekter af varierende grad af udvikling (" KORONA ", HEAT-1X og andre). I nogle tilfælde kan en raket, der har et luftfartsselskab som første trin eller bruger boostere som sådan, klassificeres som en enkelt-trins raket. Blandt de ballistiske missiler, der er i stand til at nå det ydre rum, er der mange enkelttrinsmissiler, inklusive det første V-2 ballistiske missil [2] ; dog er ingen af ​​dem i stand til at komme ind i kredsløbet om en kunstig jordsatellit.

Placering af trin (layout)

Designet af løfteraketter kan være som følger:

• langsgående layout (tandem), hvor stadierne er placeret efter hinanden og arbejder i flyvning efter tur (LV " Zenith-2 ", " Proton ", " Delta-4 ");
• parallelt layout (pakke), hvor flere blokke placeret parallelt og tilhører forskellige stadier opererer samtidigt under flyvning ( Soyuz løfteraket );
  • betinget pakke-layout (det såkaldte et og et halvt-trins-skema), som bruger fælles brændstoftanke til alle trin, hvorfra start- og vedligeholdelsesmotorerne drives, starter og kører samtidigt, kun de nulstilles efter afslutningen af startmotorer;
  • "asparges"-layoutet (et udtryk opfundet af rumfartsingeniør Ed Keith, en af ​​skaberne af dette layout), som bruger pumper til at pumpe brændstof fra sidetrinene til midterscenen. Denne ordning blev brugt i det oprindelige design af Falcon Heavy løfteraket , som efterfølgende blev opgivet på grund af kompleksiteten af ​​den tekniske implementering af ordningen.

Brugte motorer

Som marchmotorer kan bruges:

• flydende raketmotorer ;
• solide raketmotorer ;
• forskellige kombinationer på forskellige niveauer.

Nyttelastmasse

Klassificeringen af ​​missiler efter nyttelastmasse (PN) lanceret i en lav referencebane (LEO) ændres med udviklingen af ​​teknologi og er ret vilkårlig [1] [3] :

Også en ultralet klasse af løfteraketter skelnes undertiden, der er i stand til at levere en nyttelast, der vejer op til 500 kg til LEO [7] .

Genbrug

De mest udbredte er engangsraketter i flere trin af både batch- og langsgående skemaer. Engangsraketter er yderst pålidelige på grund af den maksimale forenkling af alle elementer. Det bør præciseres, at for at opnå omløbshastighed skal en enkelttrinsraket teoretisk have en slutmasse på højst 7-10 % af startmassen, hvilket, selv med eksisterende teknologier, gør dem vanskelige at implementere. og økonomisk ineffektiv på grund af nyttelastens lave masse. I verdenskosmonautikkens historie blev et-trins løfteraketter praktisk talt ikke skabt - der var kun såkaldte halvanden trins modifikationer (for eksempel den amerikanske Atlas løfteraket med drop-off ekstra startmotorer). Tilstedeværelsen af ​​flere trin giver dig mulighed for betydeligt at øge forholdet mellem massen af ​​den udgående nyttelast og den oprindelige masse af raketten. Samtidig kræver flertrinsraketter fremmedgørelse af territorier for faldet af mellemstadier.

På grund af behovet for at bruge højeffektive komplekse teknologier (primært inden for fremdriftssystemer og termisk beskyttelse), eksisterer der endnu ikke fuldstændig genanvendelige løfteraketter, på trods af den konstante interesse for denne teknologi og periodisk åbning af projekter til udvikling af genanvendelige løfteraketter (for perioden 1990-2000'erne - såsom ROTON, Kistler K-1, AKS VentureStar osv.). Delvist genanvendeligt var det udbredte amerikanske genanvendelige rumtransportsystem (MTKS)-AKS " Space Shuttle " ("Space Shuttle") og det sovjetiske program MTKS " Energy - Buran ", udviklet, men aldrig brugt i anvendt praksis, samt en antallet af urealiserede tidligere (for eksempel " Spiral ", MAKS og andre AKS) og nyudviklede (for eksempel " Baikal-Angara ") projekter. I modsætning til forventningerne var rumfærgen ikke i stand til at reducere omkostningerne ved at levere last til kredsløb; desuden er bemandede MTKS karakteriseret ved en kompleks og langvarig fase af forberedelse før lancering (på grund af øgede krav til pålidelighed og sikkerhed i nærværelse af en besætning).

Delvis genanvendelig (første trin og næsebeklædning) er Falcon 9 løfteraket . Den første fase af denne løfteraket kan bruges op til 10 eller flere gange med minimal vedligeholdelse mellem flyvninger [8] [9] . Fra oktober 2022 når den praktiske etapeflyvetid 14 gange ( B1058 , B1060 ), og det mindste flyveinterval er 21 dage ( B1062-6 ).

Menneskelig tilstedeværelse

Missiler til bemandede flyvninger skal være mere pålidelige (de har også et nødredningssystem installeret på dem ), tilladelige overbelastninger for dem er begrænsede (normalt ikke mere end 3 - 4,5  g ). Samtidig er selve løfteraketten et fuldautomatisk system, der sender et apparat (rumfartøj) ud i det ydre rum med folk om bord, disse kan være piloter, der er i stand til direkte kontrol af skibet, specialister (ingeniører, forskere, læger), rumturister .

Historie

Jetfremdrift er blevet brugt af menneskeheden siden middelalderen i raketvåben : i Kina - fra det 13. århundrede, i Indien - fra det 18. århundrede ( Mysore raketter , de første raketter med metalkasse). Imidlertid var hastighederne på disse raketter meget mindre end de første rumfarts.

Maj 10, 1897 K. E. Tsiolkovsky i manuskriptet "Rocket" udforsker en række problemer med jetfremdrivning, hvor han bestemmer den hastighed, som et fly udvikler under indflydelse af et fremstød fra en raketmotor, uændret i retning, i mangel af alle andre kræfter; den endelige afhængighed blev kaldt " Tsiolkovsky-formlen " (artiklen blev offentliggjort i tidsskriftet "Scientific Review" i 1903).

I 1903 udgav K. E. Tsiolkovsky værket "Undersøgelse af verdensrum med jetinstrumenter" - det første i verden, der er viet til den teoretiske underbygning af muligheden for interplanetariske flyvninger ved hjælp af et jetfly - "raket". I 1911-1912 udkom anden del af dette værk, i 1914 en tilføjelse. K. E. Tsiolkovsky og, uafhængigt af ham, F. A. Zander , kom til den konklusion, at rumflyvninger er mulige ved hjælp af allerede kendte energikilder, og angav praktiske ordninger for deres implementering (formen af ​​en raket, principperne for motorkøling, brug af væske gasser som brændstof), par osv.).

Det første teoretiske design for en løfteraket var " Lunar Rocket ", designet af British Interplanetary Society i 1939. Projektet var et forsøg på at udvikle en løfteraket, der var i stand til at levere en nyttelast til Månen, udelukkende baseret på eksisterende teknologier i 1930'erne, det vil sige, det var det første rumraketprojekt, der ikke havde fantastiske antagelser. På grund af udbruddet af Anden Verdenskrig blev arbejdet med projektet afbrudt, og det havde ikke væsentlig indflydelse på astronautikkens historie [10] .

Verdens første rigtige løfteraket til at levere en nyttelast (" Sputnik-1 ") i kredsløb i 1957 var den sovjetiske R-7 ("Sputnik") . Yderligere blev USSR og USA , og derefter flere andre lande de såkaldte " rummagter ", der begyndte at bruge deres egne løfteraketter. USSR og USA, og meget senere også Kina , skabte en løfteraket til bemandede flyvninger.

I øjeblikket kan følgende løfteraketter fra statslige rumbureauer bære den største nyttelast: den russiske Proton-M løfteraket, den amerikanske Delta-IV Heavy løfteraket og den europæiske Ariane-5 løfteraket i tunge klasse. De gør det muligt at sende 21-25 tons nyttelast i lav kredsløb om jorden ( 200 km ) ,  6-10 tons ind i GPO'en og  op til 3-6 tons ind i GSO'en [11] . Den kraftigste løfteraket i drift er imidlertid Falcon Heavy fra det private firma SpaceX, en super-tung klasse raket (ifølge den amerikanske klassifikation), der er i stand til at affyre op til 64 tons i lav kredsløb om jorden og op til 27 tons ind i GPO.

Tidligere blev der skabt mere kraftfulde supertunge løfteraketter (som en del af projekter til at lande en mand på månen), såsom den amerikanske Saturn-5 løfteraket og den sovjetiske N-1 løfteraket , samt senere , den sovjetiske Energia Men de er ikke i brug i øjeblikket. Et tilsvarende kraftigt missilsystem var den amerikanske rumfærge MTKS , der kunne betragtes som et løftefartøj i supertung klasse til opsendelse af et bemandet rumfartøj med en masse på 100 tons, eller som et løftefartøj af tung klasse til opsendelse af anden nyttelast (op til 20-30 tons, afhængigt af kredsløbet). Samtidig var rumfærgen anden fase af det genanvendelige rumsystem, som kun kunne bruges med dets deltagelse - i modsætning til den sovjetiske analog af MTKS Energia-Buran .

Forventede supertunge løfteraketter

Som en del af Artemis -projektet er NASA-rumagenturet ved at udvikle SLS (space launch system), ved hjælp af hvilket bemandede flyvninger til månen vil blive genoptaget og en månebase vil blive bygget [12] . Denne løfteraket skal være i stand til at levere last fra 95 til 131,5 tons til en lav referencebane . Den første ubemandede opsendelse med Artemis-1- missionen er planlagt tidligst i maj 2022 [13] , og den første bemandede Artemis-2- opsendelse er planlagt til 2023 [14] .

Den tredje løfteraket i supertung klasse i Rusland kan være løfteraketten i Yenisei -klassen , en detaljeret tidsplan for oprettelsen af ​​denne blev underskrevet i begyndelsen af ​​januar 2019. Opførelsen af ​​infrastrukturen til raketten begynder i 2026, den første flyvning er planlagt til 2028 fra Vostochny-kosmodromen . Den nye russiske supertunge løfteraket vil sende mere end 70 tons last i lavt kredsløb om jorden og give dybe rumflyvninger [15] .

Se også

• Genanvendelig løfteraket
• Liste over løfteraketter
• Tidslinje for de første rumopsendelser efter land

Noter

1. ↑ 1 2 TSB, 1975 .
2. ↑ Dornberger, 2004 .
3. ↑ Gorkin, 2006 .
4. ↑ TSB, 1975 : “R.-n. kan betinget opdeles i følgende. klasser: let (op til 500 kg), medium (op til 10 tons), tung (op til 100 tons), super tung (over 100 tons).
5. ↑ BRE : "RN er opdelt i lette (op til 5 tons, for eksempel Cosmos, Vega), medium (5-20 tons, Soyuz, Zenit), tunge (20-100 tons, Proton -M", "Ariane- 5"), supertung (over 100 tons, "N-1", "Energi")".
6. ↑ McConnaughey .
7. ↑ Klyushnikov V. Yu. Ultralette løfteraketter: en niche på markedet for opsendelsestjenester og lovende projekter. Del 1  // Luftfartssfære: tidsskrift. - 2019. - 5. september ( nr. 3 ). - S. 58-71 . — ISSN 2587-7992 . — doi : 10.30981/2587-7992-2019-100-3-58-71 . (Russisk)
8. ↑ Musk viser et travlt år forude for SpaceX .
9. ↑ Blok 5 Phone Presser .
10. ↑ BIS Lunar Lander .
11. ↑ GKNPT'er opkaldt efter M. V. Khrunichev .
12. ↑ NASA .
13. ↑ NASA-generalinspektør kritiserer skarpt SLS-   kerneudviklingsfasen ? . SpaceNews (10. oktober 2018). Hentet: 24. marts 2022.  (ubestemt)
14. ↑ NASA sætter december 2019 dato for første SLS-   lancering ? . SpaceNews (8. november 2017). Hentet: 24. marts 2022.  (ubestemt)
15. ↑ Russisk supertung raket ved navn "Jenisei" .

Litteratur

• V. A. Alexandrov, V. V. Vladimirov, R. D. Dmitriev, S. O. Osipova. Lancering af køretøjer / udg. S. O. Osipova. - Moscow: Military Publishing House , 1981. - 315 s. - 17.000 eksemplarer. (Russisk)
• V. I. Kurenkov. Del 2. Grundlæggende om design af løfteraketter // Design og design af produkter inden for raket- og rumteknologi . - elektron. lærebog godtgørelse. - Samara: Ministeriet for undervisning og videnskab i Rusland , Samara-staten. rumfartsuniversitet. S.P. Koroleva , 2012. (Russisk)
• BÅDERAKET  // Great Russian Encyclopedia  : [i 35 bind]  / kap. udg. Yu. S. Osipov . - M .  : Great Russian Encyclopedia, 2004-2017.
• Teknik. The Modern Illustrated Encyclopedia . — Moskva: Rosmen , 2006.
• Dornberger V. "V-2". Det tredje riges supervåben. 1930-1945 = V-2. Det nazistiske raketvåben / Pr. fra engelsk. I. E. Polotsk. - Moskva: Tsentrpoligraf , 2004. - 350 s. — ISBN 5-9524-1444-3 .
• Start køretøj / G. A. Nazarov // Prøve - Remensy. - M .  : Soviet Encyclopedia, 1975. - ( Great Soviet Encyclopedia  : [i 30 bind]  / chefredaktør A. M. Prokhorov  ; 1969-1978, bind 21).

Links

På russisk:

• Raketkaster eller booster . (Russisk)
• Lancering af køretøjer fra Khrunichev State Space Research and Production Center . (Russisk)
• Lovende løfteraketter (2. august 2018). (Russisk)
• Den supertunge russiske raket fik navnet Yenisei . TASS . Hentet: 4. januar 2019. (Russisk)
• Arkiveret kopi (ikke tilgængeligt link) . GKNPT'er opkaldt efter M. V. Khrunichev . Hentet 1. april 2008. Arkiveret fra originalen 22. februar 2008. (Russisk) 

På engelsk:

• BIS Lunar  Lander .
• Blok 5 Phone Presser  (engelsk) (10. maj 2018).
• Clark, Stephen Musk forhåndsviser et travlt år forude for  SpaceX . Rumflyvning nu (4. april 2017).
• Paul K. McConnaughey; Mark G. Femminineo, Syri J. Koelfgen, Roger A. Lepsch, Richard M. Ryan, Steven A. Taylor. Draft Launch Propulsion Systems Roadmap: Teknologiområde 01  (engelsk) (PDF). NASA s.11 (november 2010). — "...Lille: 0-2t nyttelast, medium: 2-20t nyttelast, Tung: 20-50t nyttelast, Supertung: >50t nyttelast." Dato for adgang: 7. oktober 2020.
• NASA Attemis . (ubestemt)
• NASA evaluerer tidsplan, lanceringsdatoprognoser for Artemis 2 . (ubestemt)

Ordbøger og encyklopædier	Fantastisk catalansk Fantastisk norsk Stor russer Britannica (online)
I bibliografiske kataloger	GND : 4185818-9 J9U : 987007558161205171 LCCN : sh85075056