Прозрачная ракета
Авиационный керосин (RP-1) окрашен в красный цвет, жидкий водород (LH2) - в оранжевый и жидкий кислород (LOX) - в синий цвет.
Авиационный керосин (RP-1) окрашен в красный цвет, жидкий водород (LH2) - в оранжевый и жидкий кислород (LOX) - в синий цвет.
Если Вам понравилась статья - поставьте лайк. Будем рады вашей подписке на нашу страницу в Пикабу и сообщество в ВК, а также сообщество в Пикабу "Все о космосе".
Такую задачу поставил Little.Bit пикабушникам. И на его призыв откликнулись PILOTMISHA, MorGott и Lei Radna. Поэтому теперь вы знаете, как сделать игру, скрафтить косплей, написать историю и посадить самолет. А если еще не знаете, то смотрите и учитесь.
9 ноября 1967 года с площадки А стартового комплекса 39 на космодроме им. Джона Кеннеди стартовала сверхтяжёлая ракета-носитель «Сатурн-5». Она вывела на орбиту космический корабль «Аполлон-4» и макет лунного модуля в качестве полезной нагрузки. Запуск был беспилотным и предназначался для лётных испытаний как ракеты-носителя, так и корабля.
Всего у стартового комплекса три площадки — A, B и C. Первые две — ровесницы, существуют с 1960-х годов для пусков ракет-носителей семейства «Сатурн». А вот площадка C появилась сильно позже, хотя в середине 1960-х обсуждалась постройка минимум пяти пусковых установок. LC-39C построили в 2015 году для пусков малых коммерческих ракет-носителей. Её пока не использовали для космических пусков — к ноябрю 2022 года с неё ни разу не стартовали ракеты.
После завершения лунной программы «Сатурн-Аполлон» площадки A и B долгое время не использовались. Почти шесть лет прошло со старта «Союз—Аполлон» 15 июля 1975 и до первого запуска шаттла 12 апреля 1981 года. Вплоть до закрытия программы «Спейс шаттл» в 2011 году стартовый комплекс 39 был предназначен только для космических запусков шаттлов. Кроме единственного пуска ракеты-носителя «Арес-1» по суборбитальной траектории (программу «Арес» была свёрнута в 2010 году).
Ну а после того, как перестали летать шаттлы, площадку LC-39A облюбовал Илон Маск — именно с неё стартуют ракеты-носители Falcon 9 с различной полезной нагрузкой и кораблями Dragon. При этом, площадка LC-39B не используется с 2009 года (пуск «Арес-1»), а в космос с неё стартовал крайний раз шаттл «Дискавери» 10 декабря 2006 года.
Сейчас площадка LC-39B ждёт своего часа — именно с неё должна стартовать ракета-носитель SLS.
В сентябре 2022 года Роскосмос и Росатом заключили соглашение, включающее создание инфраструктуры и поставку водорода для космодрома Восточный. Сейчас на нём создаётся стартовый комплекс под ракеты-носители семейства «Ангара», включая «Ангару А5В» с третьей водородной ступенью и с водородным разгонным блоком КВТК. Ракеты с водородно-кислородной ступенью используют в Китае («Чанчжэн-5»), после трёхлетнего перерыва носитель с этим топливом запустила Индия (LMV-3) и в США готовится старт сверхтяжёлой SLS с той же топливной парой. Возвращается ли в ракетостроении тренд на использование водородного топливо, нужно ли оно России и готова ли наша страна к его применению?
Мы участвовали в передаче с экспертами из Роскосмоса, Росатома и ассоциации «Цифровой транспорт и логистика» и попытались вместе разобраться. Кроме ракет на водороде мы поговорили про АЭС, электролиз воды, применение водорода в металлургии и нефтехимии. По мотивам видео написали для вас обзорную статью — наслаждайтесь.
Задолго до «Энергии»
Водород как компонент ракетного топлива рассматривался Сергеем Королёвым ещё в начале 60-х годов. Это был один из вариантов топлива для Лунной программы СССР, однако главный ракетный двигателист Валентин Глушко отказался делать водородные двигатели. Он считал, что более достижимой стала бы ракета Владимира Челомея на паре гептил-амил, который предлагал построить этакий «Протон на стероидах». Если «Протон-М» выводит на орбиту чуть более 20 тонн, то ракета УР-700 с двигателями Глушко должна была обладать грузоподъемностью в 140 тонн!
Был выбран третий вариант — Сергей Королёв построил ракету Н-1 на керосин-кислородных двигателях Николая Кузнецова. К сожалению, Королёв не застал старты Н-1, а без него «довести до ума» ракету-носитель уже не удалось — она не смогла даже выйти на орбиту, и проект был свёрнут.
История не даёт сохраниться, как видеоигре, и переиграть ситуацию. Мы уже не узнаем, удалось бы вовремя построить ракету на другом топливе и высадиться на Луну? Но интересно, что, став генеральным конструктором, Валентин Глушко для своей сверхтяжёлой ракеты всё-таки построил кислород-водородные двигатели. Его сверхтяжёлая ракета «Энергия» в 1987—1988 годах совершила два успешных старта, но после этого нагрузки для неё уже не нашлось, и проект забросили. Стоит ли возвращаться к идее водород-кислородных двигателей?
Теоретические преимущества и недостатки водорода известны. Но удаётся ли реализовать первые и обойти вторые на практике? Топливная пара водород-кислород позволяет получать на современных двигателях удельный импульс более 450 секунд. В то время как у керосин-кислородных двигателей он получается примерно на 40% меньше. Это позволяет в ракете на водород-кислородном топливе увеличить массу полезной нагрузки практически вдвое по сравнению с керосин-кислородной ракетой той же массы.
На практике сказываются особенности водорода, которые делают его применение не таким очевидным. Во-первых — жидкий водород имеет гораздо более низкую плотность, чем керосин — приходится значительно увеличивать объёмы баков с топливом. Если вы видели старт Space Shuttle, то обратите внимание, что огромный оранжевый корпус — это бак, а не ракета, у него нет собственных двигателей. Это плата за использование водородного топлива на всех этапах полёта.
Водород не только лёгкий, его молекулы столь малы, что проникают в малейшие щели, которые оставили бы без внимания кислород или керосин. Температура его перехода в жидкое состояние очень низка — это -253°C против -173°C у кислорода. В результате, материалы, которые используют для транспортировки, наполнения и хранения кислорода не легко сделать ещё и не пропускающими водород и не теряющими своих качеств при столь низких температурах.
Проблемы эти можно решить. Это показывает и создание в России опытных образцов двигателей, и создание разгонного блока на водороде для Индии, и текущие испытания двигателя для разгонного блока Ангары на водороде — КВТК.
Теоретические преимущества и недостатки использования водорода понятны. Но задолго до полёта встают вопросы добычи, логистики и запуска. Сейчас нет задач в космосе, которые можно решить только с помощью водородного топлива. Его применение должно быть коммерчески оправдано, желательно, чтобы при этом учитывались интересы экологии и технологического развития России.
Например, при решении о переходе на новое топливо сейчас важна не только технологическая, но и экономическая составляющая. Например, ракеты используют слишком малый объём водорода, чтобы ради водородных модификаций строить отдельное производства. Зато водород — отличное зелёное топливо. А получать его можно, например, на АЭС. Лучше всего атомные станции работают при постоянном уровне генерации. А вот потребители, наоборот, по-разному расходуют энергию — например, ночью её меньше надо и населению, и производству. В эти периоды «затишья» атомные электростанции могли бы тратить электричество, разлагая воду на водород и кислород, а в пики потребления получать её обратно, сжигая водород.
Эти и другие вопросы возвращения России к использованию водородного топлива обсудили в «Разборе полётов»:
— Мирон Боргулёв, руководитель направления Частного учреждения «Наука и инновации» (входит в Госкорпорацию «Росатом»)
— Дмитрий Пена, главный конструктор комплекса водородно-кислородных разгонных блоков и перспективных изделий Центра Хруничева (входит в Госкорпорацию «Роскосмос»)
— Андрей Ионин, к.т.н., независимый эксперт, главный аналитик ассоциации «Цифровой транспорт и логистика»
— Александр Баулин, главный редактор медиа Pro Космос.
Расход топлива Сатурна V против космического шаттла.
Красным цветом = Керосин RP-1
Оранжевым цветом = Жидкий водород LH2
Синим цветом = Жидкий кислород LOX.
Пройдя этот тест, вы узнаете, сколько нужно сосисок, чтобы спуститься по ним на дно Марианской впадины. А еще сколько их можно съесть, пока длится самый долгий в мире поцелуй. Не пропустите!
Формула ракетного двигателя
АВТОР: MIXAIL · 30 СЕНТЯБРЯ, 2020
«Космонавтика имеет безграничное будущее, и её перспективы беспредельны, как и сама Вселенная»
Сергей Павлович Королёв
Испытания жидкостного ракетного двигателя РД-108А
Начало XX века
В начале XX века (1902) на свет выходит кино «Путешествие на Луну«, французского режиссера Жоржа Мельеса. В то время люди по разному представляли способы добраться до Луны. От большого ядра до ракет — идей было масса.
Кадр из фильма «Путешествие на Луну»
(1902 год)
Константин Эдуардович Циолковский ввел формулы, по которым летают ракеты и спутники. Реактивное ускорение, конструктивная характеристика, относительная начальная масса, реактивное движение ракеты — всё это я подробно постараюсь объяснить в этой статье.
Начнем с легкого — реактивного ускорения
В данной формуле масса представлена в некотором моменте времени, например на 20-й секунде полета. Масса с каждой секундой уменьшается, следовательно увеличивается и реактивное ускорение. На ракету, кроме силы тяги, действует еще: притяжение Земли, сопротивление атмосферы, световое давление и т.д.
Сила тяги (F) находится по формуле: F=a*m.
Сила тяги двигателя — упрощенная формула
Теперь рассмотрим силу тяги двигателя (F), изучим две формулы.
qg — весовой структурный расход
l-удельный импульс двигателя
Начнем расчеты…
За основу я взял характеристики ракеты Сатурн-5 и двигателя F-1.
Нашли скорость исчерпания вещества (w)
Не водород, а керосин
Финальные решения 1 формулы
Ответ полученный решение первой формулой
Более сложная формула
2 формула
После того, как вы узнали эту замечательную формулу, у нас всё равно не получится найти силу тяги двигателя, так как нам не известна величина w. Найти w, благо, очень просто.
Удельный импульс (l) умножаем на ускорение свободного падения (g).
W- скорость исчерпания вещества
Скорость испарения вещества
Начнем расчеты
Можете свериться с 1 формулой.
Спасибо за прочтение статьи, надеюсь вы поняли принцип нахождения силы тяги двигателя. Попробуйте это применить к другим ракетам. Если, вам понравилась идея,то я дальше буду разбирать формулы.