Как выглядит ракета в космосе
Космические гиганты: как выглядят самые большие ракеты на Земле
Старт Falcon 9, снимок с длинной выдержкой.
На протяжении всей истории космических полетов люди создавали поистине гигантские ракеты — увы, по законам физики, дабы вывести на орбиту большой груз, требуются запасы топлива, на порядок большие по весу. И в сегодняшней подборке мы поговорим про такие ракеты, которые способны вывести в космос десятки, а то и сотню тонн полезной нагрузки: от зондов и спутников до шаттлов и космических станций.
Сатурн-5
Это — действующий чемпион среди гигантских ракет, имеющий три ступени и использовавшийся для запуска астронавтов на Луну в конце 60-ых и начале 70-ых. Этот ракетоноситель мог доставить 45 тонн грузов на Луну или 120 тонн на околоземную орбиту — для сравнения, МКС, которую строили 20 лет, имеет массу в 420 тонн, то есть ее можно было бы вывести на орбиту всего четырьмя Сатурнами. Весил этот исполин 3000 тонн и был 110 метров в высоту, так что его можно было запустить далеко не с каждого космодрома — запуски всегда происходили с космодрома Кеннеди во Флориде.
Также была создана модификация Сатурн-5, которая использовалась для вывода на орбиту единственной американской космической станции Скайлэб. Самый последний Сатурн, модификации 1B, высотой «всего» 68 метров, использовался в 1975 году в миссии «Союз-Аполлон» по стыковке двух космических кораблей с людьми на орбите.
Ракета Н-1
Самой близкой к Сатурну ракетой была советская Н-1, которая создавалась в те же года для соревнования с США в космической гонке. Гигантская ракета имела 104 метра в высоту, целых 5 ступеней и по форме напоминала конус с диаметром основания в 17 метров. Вес при запуске составлял 2700 тонн, при этом ракетоноситель мог доставить на орбиту до 95 тонн полезной нагрузки и 34 тонны на Луну.
Увы — все 4 запуска, проводившиеся с 1969 по 1972 годы, заканчивались авариями еще при работе первой ступени. Это не было удивительным — до этого еще никто не использовал целых 30 ракетных двигателей вместе, и из-за их сложности стендовые испытания не проводились. Четвертый запуск был почти удачным: ракета смогла взлететь на высоту в 40 км, и до запуска второй ступени оставалось всего 7 секунд — но, увы, произошло разрушение одного из 30 двигателей, что привело к последующему взрыву. В итоге в СССР, поняв, что лунная гонка была проиграна, решили не продолжать дальнейшие испытания, и в 1976 году проект был окончательно закрыт.
SpaceX Falcon Heavy
Космическая гонка уже давно прекратилась, финансирование различным космическим агентствам урезают каждый год, так что теперь создание аналогов огромных ракетоносителей 70-ых годов идет со скрипом. Плюсуя сюда всеобщую миниатюризацию и более эффективные ракетные движки — особого смысла строить гигантские ракеты больше нет.
Так что хотя Falcon Heavy при ее высоте в 70 метров далека от Сатурн-5, в настоящее время она является самой мощной ракетой 21 века. С помощью двух боковых и одного центрального ускорителей Falcon 9, оснащенных целых 28 двигателями (рекорд среди успешно летающих ракет), есть возможность вывести на орбиту 64 тонны полезной нагрузки. Первая ступень, имеющая 27 двигателей (всего на 3 меньше, чем у Н-1), развивают тягу в 23 килоньютона — это сравнимо с 18 самолетами Боинг-747 на полной мощности.
Но все же у этого ракетоносителя есть существенный плюс в сравнении с тем же Сатурн-5 — после выхода на орбиту можно вернуть первую ступень обратно на Землю для повторного использования, что существенно уменьшает цену нового запуска.
Дельта-4 Heavy
Это — самая высокая из ныне используемых ракет, достигающая 72 метра в высоту. Первый запуск был неудачным из-за сбоя датчика, однако в январе 2002 году с ее помощью был доставлен на орбиту секретный спутник Национального управления военно-космической разведки США. С учетом крайне высокой стоимости (порядка 400 млн долларов) за всю историю полетов этого ракетоносителя не было ни одного коммерческого запуска.
Дельта-4 Heavy представляет собой группу из трех ускорителей, выстроенных в линию, каждый из которых называется Common Booster Core. На орбиту Земли они способны вывести до 24 тонн, на геостационарную орбиту, где летают спутники — до 11 тонн. К Луне можно отправить 11 тонн, а к Марсу — до 9.
Арес-1
Да, миссия Арес-3 в фильме «Марсианин» была не до конца выдумкой — действительно существовал ракетоноситель Арес-1, который был способен доставить 25 тонн на орбиту Земли и порядка 10 тонн на Марс, будучи при этом самой высокой ракетой 21 века — до 95 метров. Но изначально ракетоноситель разрабатывался для вывода космического корабля с 4-6 астронавтами на орбиту Земли, и пробный запуск в 2009 году был удачным. Увы — годом позже Барак Обама очередной раз «перекроил» бюджет НАСА, и от Ареса пришлось отказаться.
Space Launch System
Space Launch System (SLS, Система космических запусков) — ракетоноситель НАСА, который будет способен доставить пилотируемый корабль «Орион» к Луне. На данный момент SLS находится в разработке, причем используются наработки и по Аресам, и по программе шаттлов. Ракета будет способна доставить на орбиту Земли до 95-130 тонн, что поставит ее на первое место по грузоподъемности.
Стоимость всей программы составила уже 35 миллиардов долларов, а стоимость одного запуска составит порядка 500 миллионов долларов, что в разы дешевле, чем стоил запуск Сатурн-5. К слову, ждать первого полета осталось недолго — он должен быть совершен летом 2020 года без экипажа и в 2023 с ним.
Протон-М
Пожалуй, самая старая и эксплуатируемая тяжелая ракета — с 1965 года было произведено 414 запусков, из которых было 368 полностью удачных. С ее помощью выводились на орбиту орбитальные станции «Салют» и «Алмаз», модули для МИР и МКС.
При этом габаритами она не блещет — «всего» 21 метр в высоту и 459 тонн весом, но при этом может вывести на орбиту Земли груз в 23 тонны — сравнимо с куда большей и дорогой Дельта-4. Но, увы, отправлять с ее помощью спутники неэффективно — на геостационарную орбиту она может «закинуть» всего 4 тонны.
New Glenn
SpaceX — не единственная частная космическая компания: так, есть еще, например, Blue Origin, которая также разрабатывает тяжелый ракетоноситель New Glenn, запуск которой планируется в 2020 году.
Трехступенчатая версия ракеты будет высокой, 95 метров, ибо используется только один ускоритель, но все это позволит вывести ему до 45 тонн на орбиту Земли и доставить до 13 тонн на Луну.
Ангара-А5
В Роскосмосе отлично понимают, что, конечно, Протоны и Союзы еще летают и даже способны конкурировать с разработками других космических агентств, но все же пора строить более новые и эффективные ракеты. И таковой стала Ангара-А5: при массе в 773 тонны она способна вывести на орбиту Земли до 24 тонн, а на лунную орбиту можно доставить до 5 тонн, что сравнимо с тем, на что способен Протон-М (правда, запуск последнего стоит на треть дешевле, 65 млн долларов против 100 у Ангары).
Первый запуск в 2014 году оказался удачным, так что разработки продолжаются, и к 2027 году должна быть готова улучшенная версия, Ангара-А5B — она должен быть способна вывести на орбиту Земли уже 38 тонн, а к Луне доставит до 10 тонн при несильном увеличении стоимости запуска.
megavolt_lab
megavolt_labЗаписки сумасшедшего ракетчика
В этом блоге я буду много писать о ракетах и космических аппаратах, но для начала давайте разберемся с тем, что же такое ракета и за счет чего она летает. Ведь кроме ракеты есть еще немало видов техники, умеющей летать.
Есть тип летательных аппаратов, которые могут обходиться вообще без двигателя. Это аэростаты (воздушные шары). Летают только засчет силы Архимеда. В сети есть много видео, где люди развлечения ради запускают самодельные воздушные шары с камерой, как они пишут, в космос. Вот пример такого видео:
Но как же подняться выше предельных высот для самолетов и воздушных шаров? Вот тут-то нас и выручит ракета. Основное отличие ракеты от других видов летательных аппаратов состоит в том, что полет ракеты практически никак не зависит от внешних условий (плотности воздуха, его состава и т. п.), поскольку все, что ей нужно для полета у нее с собой.
Для того, чтобы ракета полетела, нужно чтобы сила, с которой она отталкивается от рабочего тела (эту силу называют тягой двигателя) превышала вес ракеты. Параметр, показывающий, во сколько раз тяга двигателя превышает вес ракеты, называется тяговооруженность ракеты.
Современная ракета Союз очень тяжелая. Ее масса вместе с топливом и поднимаемым ей космическим кораблем составляет 307,7 тонн. Для того, чтобы поднять такую массу, ракете нужно выбрасывать рабочее тело с огромной скоростью: от 2,5 км/с, до 3 км/с, что примерно в 9 раз превышает скорость звука у поверхности Земли.
Вот, как выглядит старт этой ракеты:
Но для успешного полета ракете мало только двигателя и топлива. Нужна еще, как минимум, система стабилизации. Дело в том, что сила тяги двигателя прикладывается к ракете снизу, гораздо ниже ее центра тяжести, поэтому ракета в течение всего полета находится в состоянии неустойчивого равновесия. Чтобы понять смысл этих слов попробуйте удержать карандаш острием на пальце.
Работает она очень просто: «крылышки» (называются стабилизаторы) увеличивают площадь поверхности корпуса ракеты позади центра тяжести. При отклонении ракеты от курса набегающий поток воздуха давит на боковую поверхность корпуса тем сильнее, чем больше эта поверхность. Поскольку позади центра тяжести поверхность больше, чем впереди, воздух давит на нее сильнее, заставляя ракету повернуться вокруг центра тяжести и вернуться на курс.
Разумеется, такая система работает только в атмосфере. В космосе, где воздуха нет, аэродинамические стабилизаторы бесполезны. Для космических ракет применяется активная система стабилизации. Она состоит из гироскопа, бортовой электроники и маленьких подруливающих двигателей.
Вот здесь можно посмотреть на то, как работает гироскоп:
Основываясь на показания датчиков, следящих за положением гироскопа относительно ракеты, бортовая электроника выдает команды исполнительным механизмам на изменение положения маленьких подруливающих двигателей, расположенных рядом с основным двигателем. Они изменяют направление вектора тяги, создавая вращательный момент, возвращающий ракету в заданное положение.
На этой фотографии изображен двигатель центрального блока ракеты Союз. Кроме основных четырех сопел видны четыре маленьких сопла, расположенные по краям блока. Это и есть подруливающие двигатели. Они закреплены на кардановом подвесе, поэтому могут поворачиваться.
На этом пока все. В следующей статье я расскажу о том, как ракеты выводят на орбиту космические аппараты.
Догнать нельзя украсть: Почему Россия не может создать ракету, как у Илона Маска
Времени на создание конкурирующих технологий почти не осталось — в 2023 году соперничать со SpaceX в гражданском секторе будет почти невозможно.
SpaceX Falcon 9. Фото © Getty Images / Joe Raedle
В чём секрет успеха Falcon 9?
22 декабря 2015 года компания SpaceX впервые посадила первую многоразовую ступень ракеты Falcon 9 обратно к месту старта. В этот же день, но шесть лет спустя компания Илона Маска осуществила сотую посадку первой ступени обратно на космодром. Отправка корабля Dragon с тремя тоннами груза к Международной космической станции стала изящным штрихом к титанической работе, проделанной с одной целью — подмять под себя весь рынок пусковых услуг, включая военные.
К тому, чтобы стать основным поставщиком космических услуг для Пентагона, Илон Маск пришёл не сразу. Поначалу американские госконтракты доставались исключительно крупным компаниям — Lockheed Martin и Boeing, которые с целью зарабатывания максимально возможного объёма денег объединились в United Launch Alliance — аэрокосмический конгломерат, потягаться с которым не мог никто. Две компании, по сути, замкнули на себе весь производственный цикл — от разработки средств выведения до производства спутников под требования военных. Запуск своей самой мощной ракеты Delta IV Heavy специалисты из ULA оценили в 400 миллионов долларов за пуск.
Сам факт появления Илона Маска как игрока на космическом рынке объясняется довольно просто — в своё время Пентагон создал свод правил, согласно которому национальная безопасность страны требует наличия минимум двух (а лучше трёх) поставщиков космических услуг с полным производственным циклом. Первой парой стали Lochkeed Martin и Boeing, а компания SpaceX, основанная лишь в начале нулевых, стала только третьей в списке. Формально Пентагону было всё равно, какими ракетами будут выводить их спутники — почти все самые совершенные спутники, включая аппараты разведки SBIRS, вообще выводились на российских двигателях РД-180.
Однако на фоне 400 млн долларов за пуск предложение Маска тратить на отправку спутника «всего» 150 оказалось уникальным — военные экономили четверть миллиарда долларов на одном запуске, а SpaceX зарабатывала почти втрое больше, чем тратила на производство ракеты. К тому же сотрудничество с Пентагоном обеспечивало финансовую подушку безопасности — если нет нужды постоянно строить ракеты, сверхприбыль можно направить на развитие компании, новые разработки и многое другое. Из заработанных на пусках денег, в частности, родилась программа Starlink, которую SpaceX активно развивает в данный момент.
Ракета в космосе картинки: фото, видео
К.Э. Циолковский в своей работе под названием «Космический корабль» (1924 год), говоря об аппарате, используемом для полета человека в космос, в основном, называл его по-другому – небесный корабль. Ни для кого не секрет, что первый пилотируемый космический корабль – «Восток-1» советского производства. Именно на нем Юрий Гагарин совершил первый полноценный космический полет – он облетел планету с первой космической скоростью.
Приведем красивые фото со старта разнообразных космических кораблей.
1. 19 июня 1969 года старт космического корабля «Аполлон-11» на Луну. Именно он совершил первую посадку на Луну. Нил Армстронг – первый человек, который ступил на поверхность Луны, что случилось 20 июля 1969 года. Тогда он произнес гениальную фразу: «Маленький шаг для человека, но гигантский скачок для всего человечества».
2. 19 февраля 2017 год запуск ракеты Falcon 9 компании SpaceX с космодрома на мысе Канаверал. SpaceX – это американская корпорация, которая была основана прежним акционером PayPal и гендиректором Tesla Motors Илоном Максом, преследуя цель сокращения расходов на космические полеты, открывая путь к колонизации Марса.
4. 20 апреля 2017 года запуск корабля Тяньчжоу-1 – первый китайский грузовой космический корабль семейства Тяньчжоу.
5. 14 мая 2010 года стартует космический корабль «Атлантис» на мысе Канаверал. Атлас – многоразовый транспортный корабль NASA. Это 4 спейс шатлл. Его строительство было а30 марта 1980 года, а 13 апреля 1985 года «Атлантим» передан в эксплуатацию NASA. Он был назван в честь океанографического исследовательского парусного судна, которое с 1930 по 1966 годы было в эксплуатации. 8 июля 2011 года случилось еще одно историческое событие – последний запуск последнего корабля по программе Space Shuttle. За тридцатилетнюю историю эксплуатации пять шатттлов выполнили 135 полетов. В общей сложности все шатлы выполнили 21152 витка вокруг планеты и пролетели 872,7 млн километров. В космос на шатллах было поднято 1,6 тыс. тонн полезных грузов. Полеты совершили 355 астронавтов и космонавтов; в общем 852 члена экипажа шаттлов за весь период эксплуатации.
6. 22 февраля 2017 года запуск «Союза» с Байонура. Космические корабли серии совершили больше 120 успешных полетов и стали главными компонентами российской и советской пилотируемых программ, направленных на освоение космоса. С 2011 года, после окончания программы Спейс шатлл, стали единственным средством доставки экипажей на Международную космическую станцию.
8. 17 марта 2017 года запуск японской ракеты H-IIA. H-IIA (эйч-два-эй) – одноразовая японская ракета-носитель среднего класса серии H-II. Она была создана специально по заказу Японского агентства аэрокосмических исследований корпорацией Mitsubishi Heavy Industries. 29 августа 2001 года ракета такого типа была впервые запущена.
9. 11 апреля 1970 года состоялся успешный запуск корабля «Аполлон-13». Из летевших к Луне кораблей – единственный, на котором произошла серьезная авария в полете. В результате такой аварии высадка на Луну стала невозможной, а жизнь экипажа оказалась под угрозой.
10. Праща Давида – система ПВО Армии обороны Израиля, использованная для перехвата баллистических ракет малой дальности, а также неуправляемых ракет большого калибра, имеющая дальность пуска от 70 до 300 километров.
12. Таким образом, улетел в космос «Союз», если снимать на длительной выдержке. В результате высокой сложности создания пилотируемых космических кораблей, их меняют только 3 страны – СССР/Россия, Китай, США. При этом космические корабли Китая во многом повторяют космический корабль «Союз».
13. Шэньчжоу-9 – 4 пилотируем космический корабль Китая. В 18:37 16 июня 2012 по пекинскому времени пилотируемый космический корабль был запущен с космодрома Цзюцюань.
Космические ракеты: на чем человечество покоряет Вселенную
Ракеты-носители «Союз» являются «рабочими лошадками» российской пилотируемой космонавтики. Сегодня только они могут доставлять людей на МКС
4 октября 1957 года на орбиту нашей планеты был выведен первый искусственный спутник ИСЗ-1. С тех пор прошло более шестидесяти лет, и сегодня полеты в космос – давно привычное дело. Освоение околоземного пространства стало возможным благодаря ракетам-носителям (РН) – особому классу летательных аппаратов, способных победить земное притяжение.
Современные ракеты-носители на химическом топливе трудно назвать идеальным средством покорения Вселенной. После каждого запуска эти сложнейшие многотонные изделия сгорают в атмосфере или превращаются в груду металлолома. Именно поэтому запуски космических аппаратов обходятся так дорого. Однако пока это единственный способ побороть притяжение нашей планеты, и вряд ли человечество в ближайшие годы придумает что-нибудь более эффективное.
Что такое космические ракеты
Ракета-носитель – это разновидность баллистической ракеты, которая способна вывести полезную нагрузку за пределы атмосферы планеты. Как правило, РН имеют несколько ступеней, для их запуска используют вертикальный или воздушный старт. Ракеты космического назначения могут выводить грузы на низкие опорные, геопереходные и геостационарные (ГСО) орбиты.
Полезная нагрузка, доставляемая на орбиту, является лишь малой долей (ничтожные 1,5-2,0 %) от общего веса ракеты. Ее основную массу составляют элементы конструкции, а также окислитель и топливо. Получается, что РН поднимает в первую очередь саму себя и лишь в небольшой степени полезный груз.
Ракета «Ангара» – надежда российской космонавтики. Она должна заменить заслуженные, но уже устаревшие «Протоны»
Для повышения эффективности ракеты составляют из нескольких ступеней, каждая из которых имеет топливный бак и двигатель и, по сути, является самостоятельной ракетой. Ступени включаются одна за другой, работают до полного исчерпания топлива, а затем сбрасываются, уменьшая общий вес РН. Достичь космического пространства способна и одноступенчатая ракета, что было доказано еще немецкой «Фау-2», но она не может выйти на стабильную орбиту спутника планеты или вывести на него полезный груз.
Используют и комбинированную схему. Например, она применяется на российских «Союзах» и «Протонах». В этом случае первая и вторая ступень разделяются поперечно, а после их отделения начинает работу третья ступень.
Важнейшим элементом ракеты-носителя является двигатель. Он выбрасывает раскаленное вещество и, в соответствии с третьим законом Ньютона, толкает аппарат в противоположную сторону. В зависимости от типа используемого топлива, РН бывают:
Твердотопливные двигатели отличаются простотой конструкции и невысокой стоимостью, но на космических ракетах, как правило, используются двигатели на жидком топливе. Они позволяют регулировать тягу в широких пределах, а также производить многократные включения и выключения. Последняя особенность особенно важна при маневрировании на орбите. Существует множество типов ЖРД: с открытым и закрытым циклом, с частичной и полной газификацией топлива.
Ракета-носитель Electron предназначен для вывода на орбиту легких и сверхлегких спутников. Созданием этих ракет занимается компания Rocket Lab
Важнейшая характеристика любой ракеты-носителя – вес полезной нагрузки, который она способна забросить на низкую околоземную орбиту (НОО). Исходя из нее, выделяют следующие классы РН:
Самой мощной и грузоподъемной из когда-либо построенных считается американская сверхтяжелая ракета-носитель «Сатурн-5». Она использовалась в программе «Аполлон» и могла вывести на НОО 140 тонн.
Немного истории
Впервые идею о применении ракет для исследования космического пространства высказал Константин Циолковский в начале XX столетия, он же предложил многоступенчатую схему ракет-носителей.
Реваншем США стала программа «Аполлон», в ходе которой на Луну были доставлены несколько миссий, и человек впервые ступил на поверхность другого небесного тела. Этот триумф был бы невозможен без уникальной ракеты «Сатурн-5», чьи характеристики остаются непревзойденными и сегодня.
Очень интересным американским проектом был «Спейс шаттл». Его идея заключалась в создании многоразовой системы для доставки на орбиту грузов и астронавтов. Она состояла из космического корабля, похожего на самолет, двух ускорителей и огромного топливного бака. «Шаттлы» взлетали вертикально, а садились на обычную взлетную полосу, по-самолетному. Применив такую конструкцию, разработчики надеялись существенно снизить цену одного пуска. Однако эти ожидания не оправдались – цена доставки килограмма на орбиту у «шаттла» оказалась даже выше, чем у огромного «Сатурна-5».
Ракета-носитель «Энергия» и многоразовый космический корабль «Буран». Самый технологичный проект Советского Союза
Советским ответом на «шаттл» стал многоразовый челнок «Буран». На орбиту его выводила ракета-носитель сверхтяжелого класса «Энергия», способная доставлять на НОО до 100 тонн груза. «Буран» совершил единственный полет в беспилотном режиме в 1988 году, в 1993 – программа была закрыта.
Какие ракеты-носители используются сегодня
Россия
Российская ракета-носитель «Протон»
Falcon Heavy и ее создатель Илон Маск
Это далеко не полный список американских космических ракет и компаний-производителей, работающих в данной отрасли. Каждый год появляются новые фирмы и стартапы, занимающиеся космической техникой. Большая часть из них разоряется, но оставшиеся на плаву генерируют новые идеи и двигают человечество в космос.
Китай
Китайская ракета «Чанчжэн-5»
«Великий поход». Китай покоряет околоземные пространства с помощью семейства ракет-носителей «Чанчжэн» («Великий поход»). Оно включает в себя легкие, средние и тяжелые аппараты. 27 декабря 2019 года был успешно запущен «Чанчжэн-5Y3», способный вывести на НОО 25 т. В будущем китайцы планируют с помощью этой ракеты доставлять грузы и космонавтов на Луну и Марс, а также строить собственную орбитальную станцию. Все РН этой группы используют исключительно экологически чистое топливо: жидкий кислород, керосин и жидкий водород.
Европа
«Ариан-5». Это тяжелая одноразовая ракета-носитель, предназначенная для вывода на НОО до 21 т полезного груза. Ее первый запуск состоялся еще в 1997 году, с тех пор ракета более ста раз выводила аппараты на орбиту планеты. Сегодня ведутся работы над созданием следующей модификации РН, старт которого намечен на 2023 год. «Ариан-5» – довольно дорогая ракета, каждый ее запуск обходится Европейскому космическому агентству в 160-220 млн долларов.