Ракеты-носители — назначение, устройство и классификация, космические запуски, история создания и развития, современные представители, Союз, Falcon

Что такое космические ракеты

Ракета-носитель — это тип баллистической ракеты, способной запускать полезную нагрузку за пределы атмосферы планеты. Как правило, ракеты-носители имеют несколько ступеней; Для их запуска используется вертикальный или воздушный старт. Космические ракеты могут запускать полезную нагрузку на низкоскоростные, геопереходные и геостационарные (ГСО.

Полезная нагрузка, доставленная на орбиту, составляет лишь небольшую долю (незначительные 1,5-2,0%) от общего веса ракеты. Его основная масса состоит из конструктивных элементов, а также окислителя и горючего. Получается, что ракета-носитель в первую очередь поднимает себя и лишь в небольшой степени полезный груз.

Ракета «Ангара» — надежда российской космонавтики. Он заменит заслуженные, но уже устаревшие «Протоны»

Для повышения эффективности ракеты состоят из нескольких ступеней, каждая из которых имеет топливный бак и двигатель и фактически является самостоятельной ракетой. Ступени включаются одна за другой, работают до полной выработки топлива, а затем сбрасываются, уменьшая общий вес ракеты-носителя. Одноступенчатая ракета тоже способна выйти в космос, как доказал немецкий Фау-2, но она не может выйти на устойчивую орбиту планетарного спутника или отправить на него полезную нагрузку.

Возможны два варианта конструкции ракеты-носителя: с поперечным и продольным разделением ступеней. В первом случае их ставят друг за другом и включают поочередно. Подобная схема использовалась, например, на «соколах» Маска. Во втором несколько небольших ракет первой ступени симметрично расположены вокруг корпуса второй ступени и работают одновременно.

Также используется комбинированная форма. Например, он используется на российских «Союзах» и «Протонах». При этом первая и вторая ступени разъединяются поперечно, а после их разделения начинает работать третья ступень.

Важнейшим элементом ракеты-носителя является двигатель. Он выбрасывает горячее вещество и в соответствии с третьим законом Ньютона толкает аппарат в обратном направлении. В зависимости от вида используемого топлива РН составляет:

• жидкость (ЖРД);
• твердотопливный (РДТТ);
• комбинированный.

Двигатели на твердом топливе просты по конструкции и дешевы, но, как правило, на космических ракетах используются двигатели на жидком топливе. Они позволяют регулировать тягу в широком диапазоне, а также включать и выключать несколько раз. Последняя функция особенно важна при маневрировании на орбите. Существует множество типов ЖРД: открытого и закрытого цикла, с частичной и полной газификацией топлива.

Ракета-носитель «Электрон» предназначена для вывода на орбиту легких и сверхлегких спутников. Эти ракеты разрабатываются Rocket Lab

В качестве топлива для ЖРД используется керосин, гептил, жидкий водород и метан, гидразин. Наиболее распространенными окислителями являются соединения жидкого кислорода и азота.

Важнейшей характеристикой любой ракеты-носителя является масса полезной нагрузки, которую она способна выводить на низкую околоземную орбиту (НОО). Исходя из этого, выделяют следующие классы РН:

• Сверхлегкий. Выходная нагрузка не превышает нескольких десятков килограмм;
• Легкий. РН может запускать массу до 5 тонн;
• Средний от 5 до 20 тонн;
• Тяжелый. К этому классу относятся ракеты, способные поднимать на НОО от 20 до 100 тонн;
• Супер тяжелый. Полезная нагрузка превышает 100 тонн.

Самой мощной и полезной нагрузкой из когда-либо построенных является американская сверхтяжелая ракета-носитель «Сатурн-5». Он использовался в программе «Аполлон» и мог доставлять на НОО 140 тонн.

Модернизация

Ракета полностью модернизирована, здесь создана принципиально иная цифровая система управления, разработанная на новой отечественной элементной базе, с быстродействующей бортовой цифровой вычислительной машиной с гораздо большим объемом оперативной памяти. Цифровая система управления обеспечивает ракете высокоточный запуск полезной нагрузки.

Кроме того, были установлены двигатели, на которых были усовершенствованы головки форсунок первой и второй ступеней. Работает еще одна система телеметрии. Таким образом, повысилась точность пуска ракеты, ее устойчивость и, конечно же, управляемость. Масса космической ракеты не увеличилась, а полезная нагрузка увеличилась на триста килограммов.

Как они работают

Хотя принцип работы космических ракет сложен, он такой же, как у первых пороховых ракет, известных нам с 1232 года. Он фигурирует в некоторых записях об обороне столицы провинции Хэнань в XNUMX-м веке век. Позднее ракеты были завезены в Европу арабами в XNUMX-м и XNUMX-м веках, но они использовались в качестве огнестрельного оружия по всему континенту, пока не исчезли в XNUMX-м веке.

Космические ракеты в основном следуют третьему закону Ньютона, принципу действия и противодействия. По сути, они используют двигатель внутреннего сгорания для выработки кинетической энергии, необходимой для расширения газа.

Возникающее в результате химическое сгорание является очень мощным и толкает воздух вниз с огромной силой, что определяется третьим законом Ньютона: каждая сила равна другой силе той же величины в противоположном направлении. Другими словами, воздух толкает ракету с той же силой, что и падающая вниз сила газа. Когда газ выбрасывается, энергия, вырабатываемая в процессе, вызывает реакцию, которая не только поднимает ракету, но и позволяет ей развивать очень высокие скорости.

Немного истории

Первыми ракеты построили китайцы во II веке до нашей эры, эти «устройства» начиняли порохом и использовали для фейерверков и других развлечений. Они неоднократно пытались использовать ракеты в военном деле, но без особого успеха. Лишь в начале XIX века полковнику Конгреву удалось создать более-менее эффективные боевые ракеты для британской армии. Позднее они были приняты в Пруссии, России, Швеции, Саксонии.

Впервые идею использования ракет для освоения космоса высказал Константин Циолковский в начале 20 века, он же предложил многоступенчатую схему с ракетами-носителями.

Отцом современного ракетостроения принято считать американца Роберта Годдарда, которого, в отличие от Циолковского, больше интересовала практическая сторона дела. Он первым в мире изготовил плавучую ракету и испытал ее. Это произошло в 1926 году — изделие Годдарда поднялось на колоссальные 12,5 метров!
Немецкий конструктор Вернер фон Браун. Создатель Фау-2 и Сатурн-5, доставивших человека на Луну

Ракетостроение активно развивалось в Германии. В 1930-е годы в этой стране появилось множество ракетных клубов и научно-исследовательских институтов. Результатом этого бума стала первая боевая баллистическая ракета Фау-2, которую гениальный конструктор Вернер фон Браун создал для Гитлера. Позже он сыграл ключевую роль в развитии космической программы США.

После окончания войны ракетная техника Третьего рейха попала в руки союзников. Началась холодная война, и ракеты рассматривались в первую очередь как эффективное средство доставки ядерного оружия — космос был на втором месте. В Советском Союзе ракетной программой руководил Сергей Королев. Ему удалось в кратчайшие сроки создать первую межконтинентальную ракету Р-7, гражданская модификация которой вывела на орбиту первый спутник.

В 1961 году на ракете «Восток» совершил полет Юрий Гагарин. Он мог доставить на НОО полезную нагрузку массой 4,72 тонны. Эти исторические запуски были осуществлены с космодрома Байконур в Казахстане.

Местью Америки стала программа «Аполлон», в рамках которой на Луну было доставлено несколько миссий, а человек впервые ступил на поверхность другого небесного тела. Этот триумф был бы невозможен без уникальной ракеты «Сатурн-5», характеристики которой остаются непревзойденными и сегодня.

Очень интересным американским проектом был космический шаттл. Его идея заключалась в создании многоразовой системы для доставки грузов и космонавтов на орбиту. Он состоял из космического корабля, похожего на самолет, двух ускорителей и огромного топливного бака. «Шаттл» взлетел вертикально, а приземлился на штатную полосу, как самолет. Используя эту конструкцию, разработчики надеялись значительно снизить стоимость одного запуска. Однако эти ожидания не оправдались — стоимость доставки килограмма на орбиту для шаттла оказалась даже выше, чем для огромного «Сатурна-5».
Запуск ракеты-носителя «Энергия» и многоразового космического корабля «Буран». Самый технологичный проект в Советском Союзе

Советским ответом на «шаттл» стал многоразовый шаттл «Буран». Он был выведен на орбиту сверхтяжелой ракетой-носителем класса «Энергия», способной доставить на НОО до 100 тонн груза. «Буран» совершил единственный беспилотный полет в 1988 г., в 1993 г. — программа была закрыта.

США и СССР недолго оставались единственными «космическими державами». Еще в 1971 году собственные ракеты-носители успели создать еще пять стран: Франция, Япония, Италия, Китай и Великобритания. В дальнейшем число продолжало расти. В последние годы частный бизнес активно участвует в космических запусках; можно сказать, что он вдохнул новую жизнь в ракетостроение.

3. Плазменная ракета

плазменная двигательная установка 1961 года. Авторы и права: НАСА

В плазменном двигателе тяга создается из квазинейтральной плазмы (где ионы и электроны упакованы в равных количествах). Это тип электродвигателя, который использует токи и потенциалы (вырабатываемые в плазме) для ускорения заряженных частиц в плазме.

За последние два десятилетия многие учреждения работали или в настоящее время работают над плазменными двигателями, включая Иранское космическое агентство, Австралийский национальный университет и Европейское космическое агентство.

Плазменные ракеты могут быть легко построены и использованы многократно благодаря их простой теории действия и дешевому топливу (в качестве топлива могут использоваться большие количества газов, а также их комбинации). В отличие от обычных химических ракет, плазменные ракеты не используют все топливо сразу, что позволяет легко использовать их в полете.

Однако самой большой проблемой плазменных ракет является выработка достаточного количества электроэнергии для превращения газов в плазму. А из-за относительно малой тяги они не подходят для запуска тяжелых спутников. В среднем плазменная ракета может производить около 1/2 килограмма тяги. Также при использовании плазменных двигателей всегда есть вероятность уничтожения ракеты.

VASIMR (импульсная магнитоплазменная ракета с переменной удельной мощностью) — это новейшие типы ракетных двигателей с плазменным питанием, которые ионизуют топливо в плазму с помощью радиоволн. Одним из многих преимуществ плазменного двигателя является его более высокий удельный импульс или Isp, чем у любого другого типа ракеты.

Хотя плазменные двигатели еще не использовались в коммерческих целях, несколько меньших версий уже были успешно развернуты и испытаны. В 2011 году НАСА заключило партнерское соглашение с компанией по производству двигателей из Массачусетса для запуска в космос экспериментального спутника Tacsat-2, первого в истории холловского двигателя (плазмы).

Система аварийного спасения

Ракету, выводящую на орбиту пилотируемый космический корабль, почти всегда можно отличить по внешнему виду от ракеты, выводящей грузовой корабль или космический корабль. Чтобы в случае возникновения аварийной ситуации на ракете-носителе экипаж пилотируемого космического корабля остался жив, используется система аварийного спасения (АСС). По сути, это еще одна (пусть и небольшая) ракета в головной части пусковой установки.

Со стороны SAS выглядит как башня необычной формы на вершине ракеты. Его задача состоит в том, чтобы в экстренной ситуации извлечь пилотируемый космический корабль и увезти его с места крушения.

В случае взрыва ракеты при старте или в начале полета маршевые двигатели в системе спасения отрывают часть ракеты, в которой находится пилотируемый корабль, и уводят ее с места аварии. После этого осуществляется парашютный спуск. В случае продолжения полета в штатном режиме после достижения безопасной высоты аварийно-спасательная система отделяется от ракеты-носителя. На больших высотах роль САС не так важна. Здесь экипаж уже может спастись благодаря отделению спускаемого аппарата корабля от ракеты.

Юрий Гагарин

12 апреля стало одним из самых знаменательных дней в нашей стране. Невозможно передать силу народного ликования, гордости, неподдельного счастья, когда было объявлено о первом в мире полете человека в космос. Юрий Гагарин не только стал национальным героем, ему рукоплескал весь мир. Так 12 апреля 1961 года, день, триумфально вошедший в историю, стал Днем космонавтики.

Американцы быстро попытались отреагировать на этот беспрецедентный шаг, чтобы разделить с нами мировую славу. Через месяц Алан Шепард взлетел, но корабль на орбиту не вышел, это был суборбитальный полет по дуге, а американский орбитальный не появлялся до 1962 года.

Гагарин полетел в космос на космическом корабле «Восток». Это особая машина, на которой Королев создал необычайно удачную космическую платформу, решающую множество различных практических задач. При этом в самом начале шестидесятых годов был разработан не только пилотируемый вариант космического путешествия, но и завершен проект фоторазведки. «Восток» вообще имел массу модификаций — более сорока.

И сегодня в эксплуатации находятся спутники серии «Бион» — это прямые потомки корабля, на котором был совершен первый полет человека в космос. В том же 1961 году у Германа Титова была гораздо более сложная экспедиция, которая провела в космосе целые сутки. Соединенные Штаты смогли повторить этот подвиг только в 1963 году.

Полезная нагрузка

Ракеты существуют для того, чтобы что-то отправлять в космос. Особенно космические корабли и космические корабли. В отечественной космонавтике это транспортно-грузовой корабль «Прогресс» и пилотируемый корабль «Союз», направляемые к МКС. Из космических аппаратов в этом году на российских ракетах-носителях американский КА Intelsat DLA2 и французский КА Eutelsat 9B, отечественное навигационное судно Глонасс-М №53 и, конечно же, КА ЭкзоМарс-2016, предназначенный для поиска метана в атмосфере Марса.

Ракеты имеют разные характеристики полезной нагрузки. Масса полезной нагрузки ракеты-носителя легкого класса «Рокот», предназначенной для выведения космических аппаратов на низкие околоземные орбиты (200 км), составляет 1,95 т. Ракета-носитель «Протон-М» относится к тяжелому классу. Он уже размещает 22,4 тонны на низкой орбите, 6,15 тонны на геопереходной орбите и 3,3 тонны на геостационарной орбите. В зависимости от модификации и космодрома «Союз-2» способен выводить от 7,5 до 8,7 т, на геопереходную орбиту — от 2,8 до 3 т и на геостационарную — от 1,3 до 1,5 т.

Ракета предназначена для пусков со всех площадок Роскосмоса: Восточный, Плесецк, Байконур и совместный российско-европейский проект. Ракета-носитель «Союз-ФГ», предназначенная для запуска транспортных и пилотируемых кораблей на МКС, имеет массу полезного груза от 7,2 тонны (с пилотируемым кораблем «Союз») до 7,4 тонны (с грузовым кораблем «Прогресс»). В настоящее время это единственная ракета, используемая для доставки космонавтов и астронавтов на МКС.

Полезная нагрузка обычно размещается в самом верху ракеты. Для преодоления аэродинамического сопротивления космический корабль или корабль помещают внутрь носовой оболочки ракеты, которая после прохождения плотных слоев атмосферы освобождается.

Вошедшие в историю слова Юрия Гагарина: «Я вижу Землю..какая красота!» им было сказано именно после сдувания головного корпуса ракеты «Восток».

Монтаж головного устройства ракеты-носителя «Протон-М», полезной нагрузки космических аппаратов «Экспресс-АТ1» и «Экспресс-АТ2»

«Восток»

На всех кораблях «Восток» для космонавтов было предусмотрено катапультное кресло. Это было мудрое решение, так как единое целое выполняло задачи как на взлете (аварийное спасение экипажа), так и на мягкой посадке спускаемого аппарата. Конструкторы сосредоточили свои усилия на разработке одного устройства, а не двух.

Это снизило технический риск; в авиации уже в то время была хорошо развита катапультная система. С другой стороны, огромный выигрыш во времени, чем если проектировать принципиально новое устройство. Ведь космическая гонка продолжалась, и Советский Союз выиграл ее с довольно большим отрывом.

Точно так же приземлился Титов. Ему посчастливилось прыгнуть с парашютом возле железной дороги, по которой шел поезд, и журналисты тут же его сфотографировали. Система посадки, ставшая самой надежной и мягкой, была разработана в 1965 году, в ней используется гамма-высотомер. Она и сегодня служит. У США не было этой технологии, поэтому все их спускаемые аппараты, даже новый Dragon SpaceX, не садятся, а приводняются.

Исключение составляют только шаттлы. А к 1962 году Советский Союз уже начал групповые полеты на кораблях «Восток-3» и «Восток-4». В 1963 году отдел советских космонавтов пополнился первой женщиной — Валентина Терешкова отправилась в космос и стала первой в мире. При этом Валерий Быковский установил рекорд продолжительности одиночного путешествия, который не побит до сих пор — он провел в космосе пять суток. В 1964 году появился многоместный корабль «Восход», а США отстали на целый год позже. А в 1965 году Алексей Леонов отправился в космос!

2. Ракета на жидком топливе

Как следует из названия, ракеты на жидком топливе используют жидкое топливо для создания тяги. В отличие от твердого топлива, жидкое топливо состоит из одного или двух химических веществ (битопливов). Жидкое топливо в значительной степени предпочтительнее твердого топлива из-за его высокой плотности и большого соотношения масс для ракеты.

Инертный газ хранится в баке двигателя под чрезвычайно высоким давлением, чтобы нагнетать топливо в камеру сгорания. Хотя двигатели имеют меньший коэффициент массы, они более надежны и поэтому в основном используются в спутниках для поддержания орбиты.

Жидкостные ракеты можно разделить на три группы: монотопливные ракеты (с одним топливом), двухтопливные ракеты (с двумя разными видами топлива) и более совершенные трехтопливные ракеты (с тремя видами топлива).

Наиболее популярны двухтопливные ракеты, работающие на жидком топливе (углеводород или жидкий водород) и жидком окислителе (жидком кислороде). Ракета также может использовать криогенный двигатель, где и окислителем, и горючим являются газы, превращающиеся в жидкость при низких температурах.

Первый зарегистрированный полет такой ракеты был в 1926 году, когда профессор Роберт Х. Годдард экспериментировал с устройством, которое использовало жидкий кислород и бензин в качестве топлива.

Разгонный блок

Может показаться, что как только ракета выходит в космос, цель достигнута. Но это не всегда так. Целевая траектория космического корабля или полезной нагрузки может быть намного выше линии, с которой начинается космос. Так, например, геостационарная орбита, на которой размещены телекоммуникационные спутники, находится на высоте 35 786 км над уровнем моря. Для этого предназначена верхняя ступень, которая на самом деле является еще одной ступенью ракеты. Космос начинается уже на высоте 100 км, там начинается невесомость, что является серьезной проблемой для обычных ракетных двигателей.

Одна из главных «рабочих лошадок» российской космонавтики ракета-носитель «Протон» совместно с разгонным блоком «Бриз-М» обеспечивает выведение на геостационарную орбиту полезных грузов массой до 3,3 тонны. Но изначально запуск осуществляется на низкую опорную орбиту (200 км). Хотя разгонный блок и называют одной из ступеней корабля, он отличается от обычной ступени двигателями.

РН «Протон-М» с РБ «Бриз-М» на сборке

Для вывода космического корабля или корабля на целевую орбиту или вывода его на стартовую или межпланетную орбиту разгонный блок должен иметь возможность выполнять один или несколько маневров, при которых изменяется скорость полета. А для этого приходится каждый раз включать двигатель. Также в периоды между маневрами двигатель выключается.

Таким образом, двигатель разгонного блока способен многократно включаться и выключаться, в отличие от двигателей других ступеней ракеты. Исключения составляют многоразовые Falcon 9 и New Shepard, у которых двигатели первой ступени используются для торможения при посадке на Землю.

Читайте также: 35 лет назад ЦК КПСС одобрил поворот сибирских и северных рек на юг

«Спутник» и «Луна»

В 1957 году первая космическая ракета — та же Р-7 — вывела на орбиту искусственный спутник-1. США позже решили повторить такой пуск. Но с первой попытки их космическая ракета в космос не пошла, она взорвалась на старте — еще живая. «Авангард» проектировался чисто американской командой, и он не оправдал ожиданий. Затем проект взял на себя Вернер фон Браун, и в феврале 1958 года запуск космической ракеты удался. Тем временем в СССР Р-7 модернизировали — к ней добавили третью ступень.

В результате скорость космической ракеты стала совсем другой — была достигнута вторая космическая ракета, благодаря которой появилась возможность уйти с орбиты Земли. Еще через несколько лет серия Р-7 модернизировалась и совершенствовалась. Меняли двигатели космических ракет, много экспериментировали с третьей ступенью. Следующие попытки были успешными. Скорость космической ракеты позволила не только покинуть орбиту Земли, но и задуматься об изучении других планет Солнечной системы.

Но сначала внимание человечества почти полностью было приковано к естественному спутнику Земли — Луне. В 1959 году к ней прилетела советская космическая станция «Луна-1», которая должна была совершить жесткую посадку на поверхность Луны. Однако из-за недостаточно точных расчетов аппарат прошел что-то (шесть тысяч километров) и устремился к солнцу, где вышел на орбиту. Вот и наш прибор получил свой первый искусственный спутник — случайный подарок.

Но наш естественный спутник недолго был один, и в том же 1959 году к нему прилетела Луна-2, вполне корректно выполнив задание. Через месяц «Луна-3» предоставила нам снимки задней части нашего ночного светильника. А в 1966 году «Луна-9» мягко приземлилась прямо в море штормов, и мы получили панорамный вид на поверхность Луны. Лунная программа продолжалась долго, до того момента, пока на нее не высадились американские астронавты.

Типы космических ракет

Существует несколько типов космических ракет, наиболее важными из которых являются:

• Если принять во внимание количество ступеней, мы найдем одноступенчатые ракеты, также называемые монолитными ракетами и многоступенчатыми ракетами. Как следует из названия, есть несколько стадий, которые происходят последовательно.
• Если рассматривать тип топлива, то мы найдем ракеты с твердым топливом, где окислитель и горючее смешиваются в твердом состоянии в камере сгорания, и ракеты с жидким топливом. Последний отличается тем, что окислитель и горючее хранятся вне камеры.

На протяжении всей истории ракеты играли важную роль, потому что с их помощью людям удавалось отправлять людей в космос. Мы имеем в виду следующее:

• Восток-К 8К72К — первая пилотируемая ракета. Он был произведен в России и сделал Юрия Гагарина первым человеком, достигшим космоса.
• Атлас ЛВ-3Б. Джон Гленн стал первой американской ракетой, вышедшей на орбиту Земли.
• Сатурн V, ракета, которая доставила Нила Армстронга, Майкла Коллинза и Базза Олдрина на Луну.

Пиротехнический элемент с пороховой трубкой также называют ракетой. В нижней части цилиндра есть предохранитель: при зажигании он сгорает и выпускает газ, который заставляет ракету подниматься с очень большой скоростью, пока она не взорвется в воздухе и не издаст громкий шум.

Какие ракеты-носители используются сегодня

В последние годы рынок запуска космических аппаратов быстро растет. Сегодня основными игроками в нем являются: США, Китай, Россия, ЕС.

Россия
Российская ракета-носитель «Протон»

В нашей стране выведением аппаратов на орбиту занимается государственная компания Роскосмос. И надо сказать, что дела у нее далеко не блестящие. Наживаясь на мощнейшем советском отстающем, РФ почти три десятилетия оставалась лидером по количеству пусков, но всему хорошему когда-нибудь приходит конец. В 2016 г на первое место вышли американцы, а в 2020 г. – Китай. Понятно, что российский ракетный парк нуждается в обновлении, а в управлении промышленностью нужны новые подходы. На сегодняшний день основными российскими ракетами-носителями являются:

• «Союз». Эту трехступенчатую ракету можно назвать «рабочей лошадкой» сначала советской, а затем и российской пилотируемой космонавтики. Он является продолжением концепций и идей, заложенных в «Роял Р-7» и «Восток». За эти годы было сделано множество модификаций «Союза». Все представители этого семейства работают на топливной паре керосина и жидкого кислорода. В настоящее время эксплуатируются «Союз-2» и «Союз-ФГ», последний является единственной ракетой-носителем, используемой для пилотируемых полетов к МКС. «Союз» считается одной из самых надежных ракет в мире. На базе последних модификаций ракеты-носителя планируется создать универсальную ракету-носитель. «Союз-2» способен выводить на НОО до 9200 кг полезной нагрузки. Также в строю находится легкая ракета-носитель «Союз-2.1в». Он может доставить на НОО 2800 кг груза;
• «Протон». Это тяжелая трехступенчатая ракета, способная выводить на геостационарную орбиту полезные нагрузки весом более трех тонн. Разработан в середине 60-х годов на базе боевой баллистической ракеты УР-500. Позднее было разработано несколько модификаций ракеты-носителя, самой совершенной из которых является «Протон-М». Все ракеты семейства работают на топливной паре из гидразина (гептила) и четырехокиси азота. С начала эксплуатации состоялось 423 пуска, из них 376 признаны успешными. Несмотря на такую ​​статистику, уже принято решение о прекращении производства протонов. В будущем эта пусковая установка должна быть заменена на Ангару. Стоимость запуска одного протона составляет около 65-70 миллионов долларов;
• «Ангара». Это перспективное семейство ракет-носителей с кислородно-керосиновыми двигателями, в которое войдут аппараты грузоподъемностью от 1,5 до 35 тонн. Пока эта ракета запускалась дважды в 2014 году. Планируется, что затраты на запуск тяжелой «Ангары» должны быть несколько дешевле, чем у Delta IV Heavy, но вдвое дороже, чем у «Протона».

Сегодня мировой тенденцией развития ракетостроения является активное вовлечение в эту сферу частного капитала. Россия с квалифицированными кадрами, инфраструктурой и богатейшей научной школой могла бы вырастить свои собственные «маски» и «безосы». Но для этого необходимо кардинально изменить подход к этой отрасли и избавить ее от власти невежественных и глупых чиновников.

США

Falcon Heavy и его создатель Илон Маск

В Соединенных Штатах частные компании разрабатывают и производят ракеты, и их число значительно выросло за последние годы. НАСА, Пентагон и другие госорганы просто заказывают у них новую ракету или покупают услуги по выводу аппаратов на орбиту. В настоящее время в США используются следующие типы ракет-носителей:

• Система космических запусков. Эта сверхтяжелая ракета разрабатывается специально для полетов за пределы низкой околоземной орбиты. Именно с помощью этой ракеты-носителя американцы планируют изучать Луну и другие планеты нашей системы. Грузоподъемность SLS на первом этапе составит 95 тонн (на НОО), в дальнейшем она будет увеличена до 130 тонн. Компания Боинг занимается созданием ракеты. Стоимость одного запуска оценивается примерно в $500 млн, но в целом программа обойдется американскому налогоплательщику в $35 млрд. SLS должен совершить свой первый полет в 2020 году, полет с экипажем запланирован на 2023 год;
• Дельта IV. Это семейство средних и тяжелых двухступенчатых ракет, работающих на жидком кислороде и водороде. Их разработчиком и производителем также является Боинг. Существует пять модификаций ракеты, их стоимость довольно высока: от 160 до 400 миллионов долларов. Первый запуск Delta состоялся в 2002 году;
• Falcon 9 и Falcon Heavy. Эти ракеты стали настоящим прорывом последнего десятилетия. Они являются результатом работы инженеров компании SpaceX, принадлежащей Илону Маску. Важнейшей особенностью этих ракет-носителей является их частичная многоразовость — первый шаг после возвращения миссии на Землю. После небольшого обслуживания его можно использовать повторно. Такая компоновка значительно снижает затраты на запуск. Falcon 9 может доставить 22,8 тонны на НОО и 3,7 тонны на ГСО. Эта ракета уже используется для снабжения МКС, а в 2020 году, вероятно, впервые доставит космонавтов на станцию. Стоимость Falcon 9 составляет 62 миллиона долларов. Falcon Heavy — это сверхтяжелая модульная ракета, состоящая из первых трех ступеней Falcon 9. Она стоит заказчикам примерно 90 миллионов долларов. Сейчас Falcon Heavy — самая грузоподъемная из всех существующих космических ракет;
• Нью Шепард и Нью Гленн. Еще одним энтузиастом ракетостроения и освоения космоса является основатель Amazon Джеффри Безос. Его компания Blue Origin занимается созданием сразу двух многоразовых космических ракет. Новая ракета-носитель Shepard предназначена для космического туризма. Она прошла 12 испытаний, но дата первого пилотируемого полета до сих пор неизвестна. New Glenn — тяжелая трехступенчатая ракета-носитель, способная доставить на НОО 45 тонн полезной нагрузки. Ее испытания запланированы на 2023 год.

Это далеко не полный список американских космических ракет и компаний-производителей, работающих в этой отрасли. Каждый год появляются новые компании и стартапы, занимающиеся космическими технологиями. Большинство из них разоряются, но те, что остаются на плаву, генерируют новые идеи и двигают человечество в космос.

Китай

Китайская ракета «Чанчжэн-5»

«Большое путешествие» Китай осваивает околоземное пространство с помощью ракет-носителей семейства «Чанчжэн». Включает в себя легкие, средние и тяжелые юниты. 27 декабря 2020 г был успешно запущен Long March 5Y3, способный вывести на НОО 25 тонн. В дальнейшем китайцы планируют использовать эту ракету для доставки грузов и астронавтов на Луну и Марс, а также построить собственную орбитальную станцию. Все ракеты-носители этой группы используют исключительно экологически чистое топливо: жидкий кислород, керосин и жидкий водород.

«Венера»

В 1966 году СССР начал межпланетные полеты. Космический корабль «Венера-3» совершил жесткую посадку на соседней планете и доставил туда земной шар и вымпел Советского Союза. В 1975 году «Венере-9» удалось совершить мягкую посадку и передать изображение поверхности планеты. А «Венера-13» делала цветные панорамные снимки и звукозаписи.

Серия АМС (Автоматические межпланетные станции) для изучения Венеры, а также окружающего космического пространства продолжает совершенствоваться и сейчас. На Венере условия суровые, и достоверной информации о них практически не было, разработчики ничего не знали о давлении или температуре на поверхности планеты, все это, естественно, усложняло исследование.

Первые серии спускаемых аппаратов даже умели плавать — на всякий случай. Тем не менее поначалу полеты не увенчались успехом, но впоследствии СССР настолько преуспел в венерианских странствиях, что эту планету стали называть Русской. «Венера-1» — первый в истории человечества космический корабль, предназначенный для полетов к другим планетам и их исследования. Запущенный в 1961 году, связь была потеряна через неделю из-за перегрева сенсора. Станция стала неуправляемой и смогла совершить лишь первый в мире близкий пролет Венеры (на расстоянии около ста тысяч километров).

Ступени

Полезная нагрузка, запускаемая в космос, составляет лишь малую часть массы ракеты. Ракеты-носители в основном «транспортируют» себя, то есть свою конструкцию: топливные баки и двигатели, а также необходимое для работы топливо. Топливные баки и ракетные двигатели находятся на разных этапах ракеты, и когда в них заканчивается топливо, они становятся ненужными. Чтобы не нести лишнюю нагрузку, они разделены. Кроме полноценных ступеней применяются и подвесные топливные баки, не оснащенные собственными двигателями. Во время полета они также сбрасываются.
Первая ступень ракеты-носителя «Протон-М»

Существуют две классические схемы построения многоступенчатых ракет: с поперечным и продольным разделением ступеней. В первом случае ступени располагаются одна над другой и включаются только после отделения предыдущей, нижней ступени. Во втором случае вокруг корпуса второй ступени размещено несколько одинаковых ступеней ракеты, которые включаются и выпускаются одновременно. В этом случае двигатель второй ступени также может работать при пуске. Но широко применяется и комбинированная продольно-поперечная схема.

Варианты компоновки ракеты

Ракета-носитель легкого класса «Рокот» была запущена в феврале этого года с космодрома в Плесецке и представляет собой трехступенчатую поперечную ступень разделения. А вот ракета-носитель «Союз-2», запущенная с нового космодрома Восточный в апреле этого года, представляет собой трехступенчатое продольно-поперечное разделение.

Интересной схемой двухступенчатой ​​ракеты с продольным разделением является система «Спейс шаттл». Вот в чем разница между американскими шаттлами и Бураном. Первая ступень системы космического челнока — боковые ускорители, вторая — сам шаттл (орбитальный аппарат) со съемным внешним топливным баком, по форме напоминающий ракету.

Во время запуска запускаются двигатели как шаттла, так и ракет-носителей. В системе «Энергия-Буран» двухступенчатая сверхтяжелая ракета-носитель «Энергия» являлась самостоятельным элементом и, помимо вывода в космос МТКК «Буран», могла использоваться и в других целях, например, для обеспечения автоматического и пилотируемого экспедиции на Луну и Марс.

По стопам

«Венера-4» помогла нам узнать, что на этой планете двести семьдесят один градус в тени (ночная сторона Венеры), давление до двадцати атмосфер, а сама атмосфера на девяносто процентов состоит из углекислого газа. Этот космический аппарат также открыл водородную корону. «Венера-5» и «Венера-6» многое рассказали нам о солнечном ветре (потоках плазмы) и его строении вблизи планеты. «Венера-7» уточнила данные о температуре и давлении в атмосфере.

Все оказалось еще сложнее: ближе к поверхности температура была 475 ± 20°С, а давление на порядок выше. Буквально все было переделано на следующем космическом корабле, и через сто семнадцать дней «Венера-8» мягко приземлилась на дневной стороне планеты. На этой станции был фотометр и множество дополнительных приборов. Главное была связь.

Оказалось, что освещение на ближайшем соседе почти не отличается от земного — как у нас в пасмурный день. Да, там не просто пасмурно, погода действительно прояснилась. Увиденное изображение техники просто парализовало землян. Кроме того, изучались почва и количество аммиака в атмосфере, измерялась скорость ветра. И «Венера-9» и «Венера-10» могли показать нам «соседку» по ТВ. Это первая в мире запись, отправленная с другой планеты.

А сами эти станции теперь являются искусственными спутниками Венеры. Последними к этой планете прилетели «Венера-15» и «Венера-16», которые также стали спутниками, подарив человечеству совершенно новые и нужные знания. В 1985 году программу продолжили «Вега-1» и «Вега-2», изучавшие не только Венеру, но и комету Галлея. Следующий полет запланирован на 2024 год.