Баллистические и космические ракеты
По заявке от city_rat. Вроде бы, никто ничего не писал ещё. Не чувствую в себе сил полноценно ответить на вопросы; но, может быть, кому будет интересно прочитать вкратце.
Немцы в конце Второй Мировой, усиленно начали развивать ракетную технику. Без преувеличения можно сказать, что от них пошла вся будущая ракетно-космическая отрасль в СССР и США (кто сколько успел урвать). Под руководством Фон Брауна была разработана первая одноступенчатая баллистическая ракета (про её низкую эффективность умолчим, не это главное).
Вообще что такое ступень? Грубо говоря -- в случае с жидким топливом -- блок баков горючего и окислителя. Когда топливо закончилось, ракета вынуждена тащить за собой фактически бесполезный металл. Поэтому топливо распределяют по ступеням. Когда одна отрабатывает -- лишний груз отделяют и включают двигатели следующей ступени. При таком подходе можно использовать различные типы топлива и двигателей на ступенях одной ракеты. Циолковский -- отец советской космонавтики -- доказал, что только многоступенчатая ракета способна вывести груз на орбиту Земли.
По поводу космодромов. Как известно, чтобы объекту выйти на орбиту нашей планеты, ему необходимо иметь скорость порядка 8 километров в секунду (1-я космическая скорость). Но планета тоже вращается -- вокруг своей оси. Это вращение можно использовать чтобы "подтолкнуть" ракету. Чем ближе к экватору расположена точка пуска, тем большую добавочную скорость будем мы иметь (на экваторе расстояние от поверхности планеты до оси вращения максимально -- значит и ускорение больше). Поэтому расположение космодрома в Казахстане позволяет использовать более лёгкие ракеты для вывода аналогичного количества груза, чем если бы космодром был расположен ближе к полюсам. Проще говоря, с Байконура -- только из-за его географического положения -- гораздо дешевле осуществлять пуски, чем с той же Аляски или Плесецка. Малонаселённая степь вокруг играет роль "зоны отчуждения", куда падают отработанные ступени.
Красной кнопки как таковой у ракет нет. От командования приходит приказ на пуск и шифр. Далее расчёт, согласно установленной инструкции запускает ракету. Только таким образом возможен пуск. Куда лететь уже "вбито" в "мозги" ракеты. Оператор этого знать и не обязан.
Что происходит после запуска? Гироскопы внутри ракеты чётко определяют её положение относительно пространства. Зная точку пуска и точку "доставки" -- математически расчитывается трактория полёта (в какие секунды включать/отключать маршевые, поворотные двигатели и т. п.). Эта траектория и забита в ракете. Даже мобильные комплексы не могут пустить ракету "абы откуда", без привязки себя к местоположению.
Ступени ракеты отрабатывают довольно быстро. Большую часть пути летит лишь головная часть -- чисто по баллистической траектории. Внутри головной части могут находиться несколько боевых блоков и болванки для отвлечения сил ПРО, которые в процессе полёта раскидываются по целям. Сейчас, вроде бы, по условиям международных договоров, головная часть может содержать лишь один боевой блок -- что сильно упрощает задачу ПРО.
Дополнение 1.
Дальность и точность баллистических ракет.
Пришли в голову ещё некоторые моменты.
Эти две характеристики взаимоисключаемы. Запас топлива ограничен, а потери его весьма ощутимы. В первую очередь, конечно, оно расходуется в маршевых двигателях. Здесь стоит отметить два момента -- потери гравитационные -- когда ракета слишком долго летит вертикально вверх. Вектор силы тяжести в этом случае направлен в сторону противоположную ускорению ракеты и максимально затрудняет подъём. Необходимо менять угол атаки (угол между горизонтом и вектором движения), чтобы получить более пологую траекторию и гравитация не тормозила ракету.
Второй момент связан с устройством самого двигателя. Чем выше поднимается ракета, тем разреженнее становится воздух -- тем большую тягу может двигатель развивать. Поэтому потери на тягу в атмосфере тоже нужно учитывать.
Следующая группа -- потери тяги на управление. Если на борту находится вычислительные комплекс -- он на ходу интегрирует уравнения движения ракеты -- увеличивая таким образом точность баллистических расчётов. Отсюда и возникает дилемма -- либо мы часто корректируем курс, чтобы достичь высокой точности попадания, либо экономим топливо, увеличивая дальность полёта.
Немаловажный фактор -- внешние воздействия. Например, ветровая нагрузка. Для противодействия ей необходимо постоянно корректировать курс.
Сейчас попробую провести одну аналогию -- представьте себе шарик, который катается по поверхности стола. Пока он находится на столе, параметры движения тоже находятся в допустимом для нас корридоре значений. Но вот он подкатывается к краю -- и мы легонько толкаем его рукой в противоположную сторону (корректирующий импульс управляющего двигателя). Под действием толчка шарик катится к другому краю. Мы опять отталкиваем его. Так же и система управления вынуждена постоянно жечь топливо, компенсируя внешние и свои собственные импульсы.
Немцы в конце Второй Мировой, усиленно начали развивать ракетную технику. Без преувеличения можно сказать, что от них пошла вся будущая ракетно-космическая отрасль в СССР и США (кто сколько успел урвать). Под руководством Фон Брауна была разработана первая одноступенчатая баллистическая ракета (про её низкую эффективность умолчим, не это главное).
Вообще что такое ступень? Грубо говоря -- в случае с жидким топливом -- блок баков горючего и окислителя. Когда топливо закончилось, ракета вынуждена тащить за собой фактически бесполезный металл. Поэтому топливо распределяют по ступеням. Когда одна отрабатывает -- лишний груз отделяют и включают двигатели следующей ступени. При таком подходе можно использовать различные типы топлива и двигателей на ступенях одной ракеты. Циолковский -- отец советской космонавтики -- доказал, что только многоступенчатая ракета способна вывести груз на орбиту Земли.
По поводу космодромов. Как известно, чтобы объекту выйти на орбиту нашей планеты, ему необходимо иметь скорость порядка 8 километров в секунду (1-я космическая скорость). Но планета тоже вращается -- вокруг своей оси. Это вращение можно использовать чтобы "подтолкнуть" ракету. Чем ближе к экватору расположена точка пуска, тем большую добавочную скорость будем мы иметь (на экваторе расстояние от поверхности планеты до оси вращения максимально -- значит и ускорение больше). Поэтому расположение космодрома в Казахстане позволяет использовать более лёгкие ракеты для вывода аналогичного количества груза, чем если бы космодром был расположен ближе к полюсам. Проще говоря, с Байконура -- только из-за его географического положения -- гораздо дешевле осуществлять пуски, чем с той же Аляски или Плесецка. Малонаселённая степь вокруг играет роль "зоны отчуждения", куда падают отработанные ступени.
Красной кнопки как таковой у ракет нет. От командования приходит приказ на пуск и шифр. Далее расчёт, согласно установленной инструкции запускает ракету. Только таким образом возможен пуск. Куда лететь уже "вбито" в "мозги" ракеты. Оператор этого знать и не обязан.
Что происходит после запуска? Гироскопы внутри ракеты чётко определяют её положение относительно пространства. Зная точку пуска и точку "доставки" -- математически расчитывается трактория полёта (в какие секунды включать/отключать маршевые, поворотные двигатели и т. п.). Эта траектория и забита в ракете. Даже мобильные комплексы не могут пустить ракету "абы откуда", без привязки себя к местоположению.
Ступени ракеты отрабатывают довольно быстро. Большую часть пути летит лишь головная часть -- чисто по баллистической траектории. Внутри головной части могут находиться несколько боевых блоков и болванки для отвлечения сил ПРО, которые в процессе полёта раскидываются по целям. Сейчас, вроде бы, по условиям международных договоров, головная часть может содержать лишь один боевой блок -- что сильно упрощает задачу ПРО.
Дополнение 1.
Дальность и точность баллистических ракет.
Пришли в голову ещё некоторые моменты.
Эти две характеристики взаимоисключаемы. Запас топлива ограничен, а потери его весьма ощутимы. В первую очередь, конечно, оно расходуется в маршевых двигателях. Здесь стоит отметить два момента -- потери гравитационные -- когда ракета слишком долго летит вертикально вверх. Вектор силы тяжести в этом случае направлен в сторону противоположную ускорению ракеты и максимально затрудняет подъём. Необходимо менять угол атаки (угол между горизонтом и вектором движения), чтобы получить более пологую траекторию и гравитация не тормозила ракету.
Второй момент связан с устройством самого двигателя. Чем выше поднимается ракета, тем разреженнее становится воздух -- тем большую тягу может двигатель развивать. Поэтому потери на тягу в атмосфере тоже нужно учитывать.
Следующая группа -- потери тяги на управление. Если на борту находится вычислительные комплекс -- он на ходу интегрирует уравнения движения ракеты -- увеличивая таким образом точность баллистических расчётов. Отсюда и возникает дилемма -- либо мы часто корректируем курс, чтобы достичь высокой точности попадания, либо экономим топливо, увеличивая дальность полёта.
Немаловажный фактор -- внешние воздействия. Например, ветровая нагрузка. Для противодействия ей необходимо постоянно корректировать курс.
Сейчас попробую провести одну аналогию -- представьте себе шарик, который катается по поверхности стола. Пока он находится на столе, параметры движения тоже находятся в допустимом для нас корридоре значений. Но вот он подкатывается к краю -- и мы легонько толкаем его рукой в противоположную сторону (корректирующий импульс управляющего двигателя). Под действием толчка шарик катится к другому краю. Мы опять отталкиваем его. Так же и система управления вынуждена постоянно жечь топливо, компенсируя внешние и свои собственные импульсы.