Космічні пускові установки - як працює ракета
Визначення пускової установки
У "Словнику астрономії та космосу" Філіппа де ла Котардьєра та Жана-П'єра Пено визначення слова "пускова установка", яке він дає, є таким: "Енергетичний аерокосмічний апарат, здатний відправити корисний вантаж у космос". Словом, це не більше і не менше, ніж засіб доступу до простору. На відміну від інших видів транспорту, таких як човен, вантажівка чи інший літак, космічна пускова установка відрізняється тим, що вона не є багаторазовою або тому є частково.
Теоретично принцип дії пускової установки дуже простий. Двигуни черпають свої паливні речовини з величезних надтонкостінних танків, які утворюють основну конструкцію пускової установки. Потужність, що видається двигунами, викликає протилежну, але однакову силу, яка рухає її по повітрю, дотримуючись рівняння, встановленого Ньютоном "дія = реакція". Піднімаючись у небо, він буде збільшувати свою швидкість, поки не досягне швидкості, що дозволяє йому залишатися в космосі, або 7,9 км/с. Це називається швидкістю орбіти. Нижче цієї швидкості, будь-який об'єкт, випущений у космос, падає назад, перш ніж завершити повне коло навколо нашої планети.
На практиці принцип дії ракети дуже складний, і для успішного розміщення супутника на орбіті необхідно враховувати багато параметрів. Найголовніше - це надрукувати необхідну швидкість, і для цього є кілька основних правил, які застосовуються до будь-якої ракети. Один - якнайшвидше вийти з атмосфери, а інший - якнайшвидше і максимально полегшити. Ми знаємо, що сама структура ракети складається з резервуарів, наповнених ракетним паливом. У міру польоту вони спорожняються, створюючи мертву вагу, караючи зусилля, спрямовані на досягнення цієї знаменитої швидкості. Геніальна ідея постановочних ракет приписується російському провидцю Костянтину Ціолкоському. Він пояснює, що краще рухатись до фази руху. Для цього ракета буде складатися вже не з однієї ступені, яка буде служити від зльоту до орбіти, а з декількох ступенів, які будуть слідувати одна за одною, поки не буде виведена на орбіту. Таким чином, можна скидати мертву вагу протягом повного польоту.
Атмосфера Землі є одним з найбільш руйнівних елементів для ракети. Складається з мільярдів частинок на м2, він генерує аеродинамічні сили, які можуть його зруйнувати, якщо він не дотримується дуже точної траєкторії. Ця сама сила є причиною значного нагрівання конструкції, але також і уповільнення. Тому вкрай необхідно швидко вийти з цього середовища. Поза атмосферою траєкторія руху ракети буде певним чином слідувати за кривизною Землі, поки вона не досягне швидкості орбіти. У цій точці зустрічі двигун вимикається, і супутник відокремлюється від ракети. Протягом усього проходження через атмосферу нагрівання відбувається на незахищених частинах пускової установки, головним чином на обтічнику, де розміщується корисне навантаження. Він служить не тільки для захисту супутників від невідворотного перегріву, але і для підтримки аеродинаміки ракети. Поза атмосферою він стає марним і випадає. У випадку з Ariane 5 втрата ваги становить близько 2 тонн.
Підтримання бажаної траєкторії протягом польоту вимагає значних обчислювальних потужностей. Ця робота доручена коробці обладнання. Останній включає цілий набір комп’ютерів, які визначатимуть фактичне положення пускової установки та порівнюватимуть його з положенням, бажаним програмою польоту. Різниця миттєво виправляється програмою польоту, яка надсилає команди двигунам, які впливатимуть на рух крену, похиту та висоти тону. Ми граємо на потужності двигунів, а також на їх орієнтації. У більшості пускових установок двигуни можуть обертатися на кілька градусів. Додаючи потужність та орієнтацію того чи іншого двигуна, а то й кількох одночасно, можна дати будь-який напрямок пусковій установці.
На ракеті є також невеликі форсунки, що використовуються для підтримання мінімального прискорення, коли ступені відокремлені для того, щоб притиснути пропеленти до дна резервуарів, інші маленькі форсунки для орієнтації ступенів у просторі, антени для передачі телеметрії, система самознищення при необхідності.