Космос и Ракеты - 2
Продолжение. Начало - тут: https://komprendre.livejournal.com/1585.html
Я попытаюсь в несколько абзацев втиснуть азы того что называется rocket science и является универсальным названием чего-то невероятно сложного и запутанного. Учитывая анекдотическую неподъемность данной задачи, надеюсь на вашу снисходительность и на конструктивность неизбежной критики.
Перед моей попыткой, могу горячо порекомендовать прочитать замечательное вводное-же эссе настоящего астронавта. Далее я во многом дублирую, и явно хуже притом.
Итак мы хотим закинуть полезную нагрузку (спутник или космический корабль) с поверхности на орбиту земли. Оная орбита начинается примерно с двухсот километров над землей (ниже сильно тормозит атмосфера) и двигаться на ней надо, чтоб не упасть, в 27 раз быстрее скорости звука. Так что основная задача это не подняться наверх, а скорее как набрать эту супер-скорость: при том что атмосфера на подъеме тормозит, а гравитация - пока нужная скорость еще не набрана - тянет вниз.
Из невероятного множества идей по решению этой задачи, практически единственный работающий метод so far это многоступенчатые химические ракеты. Они состоят из ступеней (duh!) которые бывают двух видов: твердые или жидкие.
Твердые ступени это грубо говоря небольшие (но тяжелые) цилиндры с плотным твердым горючим. Оно дает большую мощность, крайне просто в обслуживании (очень популярно поэтому в военных ракетах) но быстро кончается. Поэтому их чаще всего используют в начальном этапе полета, когда надо быстро промахнуть плотные слои атмосферы. Так как они маленькие и зачастую физически меньше чем следующая ступень, их делят на 2-4-6 “ускорителя” и прикрепляют к ней по бокам. На продвинутых и финальных этапах вывода на орбиту, твердое топливо обычно существенно менее эффективно чем жидкое.
Говоря про жидкие ступени, проще всего представлять себе лунную Saturn V. Четыре ступени, каждая стоит на предыдущих, в каждой из них внизу двигатель, а над ним два бака с топливом и окислителем (обычно кислород, но не всегда).
Так как каждая ступень вынуждена нести на своей тяге все последующие, ее запасы горючего должны быть намного больше у тех. Такой процесс увеличения масштабов, повторенный четыре раза и приводит к тому, что чтоб довезти до цели трех человек в емкости размером в автомобиль, нужна ракета ростом в 30 этажей, и весом в 3 тысячи тонн.
Далее эти жидкие ступени делятся по виду топлива - расскажем здесь о самых распространенных:
Т1. Гиперголическая реакция несимметричного ди-метил-гидразина и азотного тетраоксида (UDMH+N2O4), сокращенно гептил.
Плюсы: хранится при комнатной температуре, самозажигается - упрощает и облегчает двигатель. Широко используется в “больших” военных ракетах, верхних ступенях и самих спутниках.
Минусы: Очень токсичен. Что неприятно и при перевозке, и при испытаниях, и при обычных запусках, и тем более аварийных.
T2. Высокочищенный керосин + жидкий кислород
Плюсы и минусы: так как это “основное” топливо что в истории что сейчас, плюсов и минусов у него нет - у всех остальных топлив они считаются относительно него.
Т3. Жидкий водород + жидкий кислород
Плюсы: с отрывом самое мощное топливо, в пересчете на вес*.
Поэтому его очень стараются использовать в верхних ступенях, где каждый кг на счету.
Минусы: Даже жидкий, водород очень неплотный. И требует огромных емкостей. И еще куча больших сложностей при хранении. Что зачастую либо убивает все плюсы либо страшно удорожает двигатели и ступени.
Т4. Жидкий метан + жидкий кислород
Плюсы: Мощнее керосина, дешевле, чище, и позволяет многократное включение двигателя.
Минусы: Пока нет ни одного работающего двигателя - все только в разработке.
В следующих постах я опишу имеющиеся и планируемые ракеты, их грузоподъемность, и их ступенчатый состав. Так как это всё невпихуемо в один пост, он будет разбит на несколько частей. Stay tuned :)