Ступени ракет - носителей или о сосисках по чуть-чуть.⁠⁠

Поболтаем немного о конструкции ракет космического назначения.

Будучи немного огорченным из-за брошенного камня в мой огород на тему "ступени ракеты-носителя" в посту http://pikabu.ru/story/otdelenie_bokovyikh_blokov_raketyinositelya_4358814#comment_69629676 заливаю сей пост.

Исключительно в познавательных целях.

Для начала: ракета-носитель (далее РН) являет собой многоступенчатый (состоит из нескольких частей) аппарат (ракету), который своим существованием обязан выводить полезную нагрузку в космическое пространство.

Каждая ступень ракеты - это по своей сути отдельная ракета, которая сочленена с другой ступенью (ракетой).

Почему "многоступенчатая" ракета-носитель? Просто потому, что одноступенчатой ракеты-носителя, способной доставить полезную нагрузку на орбиту пока не изобрели.

Имеются проекты одноступенчатых РН на стадии разработки, но в эксплуатацию проекты по запуску одноступенчатых ракет так и не поступили (пока что) по причине их крайне малой эффективности.

Идея применять многоступенчатые ракеты появилась довольно давно. В 1650 году была опубликована книга польского артиллериста Казимира Сименовича "Первая книга великого искусства артиллерии".

В книге опубликовано изображение видения многоступенчатой ракеты Казимиром. В качестве топлива применялся порох, сама ракета несла в начинке фейерверк)

Изобретение такой ракеты повлияло на дальнейшие развитие ракетостроения.

Позже в 1929 году Циолковский выпустит книгу под названием «Космические ракетные поезда», в которой рассуждал на темы применения многоступенчатых ракет в целях освоения космоса.

Термином космический поезд Эдуард Константинович назвал агрегат ракет, выполняющих разгон по земле, потом в воздухе и, наконец, в космическом пространстве. Поезд, составленный, например, из 5 ракет, ведется сначала первой - головной ракетой; по использовании ее горючего, она отцепляется на землю. Далее, таким же образом, начинает работать вторая, затем третья, четвертая и, наконец, пятая, скорость которой будет к тому времени достаточно велика, чтобы выйти в космическое пространство. Последовательность работы с головной ракеты вызывается стремлением заставить материалы ракет работать не на сжатие, а на растяжение, с которым легче бороться.

Логика применения многоступенчатых ракет очевидна и мысли Константина Эдуардовича были правильными.

Современные ракеты-носители работают именно по этому принципу с той разницей, что естественно по земле они, как поезд не разгоняются, а стартуют вертикально с стартового комплекса.

Первая ступень поднимает до определенной высоты и разгонят всю РН, по мере расхода топлива масса первой ступени снижается и после выгорания всего топлива происходит отделение первой ступени. Далее включаются двигатели второй ступени, и она дополнительно сообщает нужное ускорение уже разогнанной РН для вывода третей ступени на необходимую высоту и сообщения ей необходимой скорости, аналогично первой ступени, вторая так же отделяется от РН после расхода топлива. Третья ступень уже разгоняет космический аппарат и выводит его на орбиту. Это упрощенная схема вывода КА (космического аппарата) на орбиту. В ряде случае к КА дополнительно сочленяется разгонный модуль, который сообщит КА дополнительное ускорение при выводе на более высокую орбиту.

По принципу сочленения ступеней ракеты-носители разделяют на тандемные и пакетные.

Тандемное сочленение – это последовательное соединение ступеней. Запуск двигателей ступеней происходит поочередно. В качестве одного из примеров выступает РН «SATURN-V», которая осуществляла «доставку» астронавтов модуля «Аполлон» на Луну.

Каждая ступень представляет собой отдельный блок – ракету. Запуск двигателей последующей ступени происходит только после отделения отработанной предшествующей ступени.

Всего ступени – 3. Не 4, ни 5, как часто думают многие, а именно 3 ступени и космический аппарат (КА) – «Аполлон».

Первая ступень (S-IC) имела 5 двигателей F1 компании Rocketdyne. Сама ступень производилась компанией «Боинг» на заводе Michoud Assembly Facility в Новом Орлеане в штате Луизиана. Прогон в аэродинамической трубе проходил в Сиэтле. Ступень была создана конструкторами из Космического центра Маршала, ведущего центра НАСА.

Вторая ступень (S-II) производилась компанией North American Aviation. В движение ступень приводилась пятью двигателям J-2 от компании Rocketdyne на жидком водороде и кислороде. Сборка производилась в Сил-Бич в штате Калифорния.

Третья ступень (S-IVB) производилась компанией Douglas Aircraft в Хантингтон-Бич в Калифорнии. Как и на второй, здесь стоял двигатель J-2, но один. Он работал на тех же водороде и кислороде. Третья ступень умещалась в самолёт Pregnant Guppy, а две другие приходилось доставлять на мыс Канаверал по воде

Полётом трёх ступеней управлял инструментальный модуль конструкции Космического центра Маршала и сборки IBM. Конструкторы решили разделить системы навигации корабля и ракеты по ряду причин. В их числе была надёжность. Решение спасло жизни: во время полёта «Аполлона-12» в ракету ударила молния. Компьютер «Аполлона» отключился, а «Сатурна-5» — нет.

Космический аппарат "Аполлон" (Apollo)

Сам же КА состоит из 3х основных частей:

Командный модуль с системой аварийного спасения – возвращаемая капсула. Именно в ней находится экипаж весь полет, за исключением спуска на Луну и в нем возвращается на Землю.

Сервисный модуль – по своей сути это разгонный модуль, несет в себе двигатели, топливо, системы жизнеобеспечения. Осуществляет транспортировку КА до Луны и обратно. После отделения командного модуля сгорает в атмосфере.

Лунный модуль – аппарат, спускаемый на поверхность Луны. При том сам лунный модуль состоит из двух ступеней. Посадочная/стартовая ступень – осуществляет спуск второй (взлетной) ступени на поверхность и возвращение ее на орбиту, где взлетная ступень стыкуется с сервисным модулем.

Продолжение поста размещаю в комментариях в течении 5 минут из-за лимита на картинки.