Vuonna avaruusmatkojen , joka on raketti on ajoneuvo ohjaa suuritehoinen rakettimoottorien jonka avulla se liikkua lähellä tilaa, ja erityisesti sijoittaa hyötykuorma ( keinotekoinen satelliitti ) vuonna kiertoradalle tai jopa paeta. Maanpäällisen vetovoima vierailla eri taivaankappaleita . Avaruusrakettien ampuessa on yleensä useita vaiheita . Suuremmilla rakenteilla, kuten Saturn V , voidaan sijoittaa jopa 150 tonnia matalalle kiertoradalle .
Rakettitiedettä teoretisoitiin Venäjän Konstantin Tsiolkovski vuoden lopulla XIX : nnen vuosisadan ja käytännössä vuonna 1935 Hermann Oberth , sitten saksalaiset tiedemiehet aikana toisen maailmansodan , suunnittelun ensimmäinen ballististen ohjusten V2 . 1950-luvun lopulta lähtien raketteja käytettiin satelliittien kiertämiseen kaupallisissa, sotilaallisissa, telekommunikaatio- tai tutkimustarkoituksissa ja avaruuskoettimien lähettämiseen muille aurinkokunnan planeetoille tai ihmisille lähellä avaruutta sekä Kuuhun.
Raketti käyttää vastavuoroisen toiminnan periaatetta kiihdyttääkseen työntämällä materiaalia sen taakse käyttämällä yhtä (tai useampaa) rakettimoottoria . Intuitiivinen tapa selittää suihkumoottori on herättää sisäinen paine, joka kohdistuu seinää vastapäätä olevalla puolella sitä kohtaa kohti, jossa ulostuloaukko (suutin) sijaitsee, ja havaita, että vastakkainen seinä ei kompensoi tämän sisäisen paineen vaikutusta. (tätä vastakkaista seinää ei enää ole suuttimen olemassaolon vuoksi). Tämä epätasapaino saa sitten raketin rungon liikkumaan.
Itse asiassa tämä intuitiivinen tapa selittää reaktio kuvaa esimerkiksi vesiraketille vain puolet propulsiovoimasta (tälle liikemäärien säilyttämisen avulla laskettu propulsiovoima on hyvin lähellä eikä , joka on poistoaukon pinta-ala ja moottorissa oleva staattinen paine).
Samoin kiinteiden rakettirakettien propulsiovoima on yli 1,6 kertaa vahvempi kuin yllä olevalla intuitiivisella menetelmällä määritetty voima . Sillä Ariane 5 Vulcain 2 moottori (nestemäistä polttoainetta moottorin), voimme laskea, että työntövoima on 1,96 kertaa voima luoma sisäinen paine moottori vastakkaista aluetta, alueelle kaulan suuttimen. Tämä erittäin hyvä määrä johtuu pääasiassa suuttimen toisistaan poikkeavan osan (kuuluisan "munakupin") tehokkuudesta. Tällä hetkellä ilmoitetut numerot ( 2 , 1,6 ja 1,96 ) edustavat moottorin työntövoiman kerrointa . Siksi tämä kerroin määritellään tuotteen todellisen työntövoiman osamääränä .
Klassisessa tapauksessa lämpökemialliset raketti moottorit, rakettimoottorin käyttövoima perustuu, kuten bensiinin auton moottori, energia vapautuu palamisen polttoainetta , jossa on hapetin (ponneaineita). Rakettimoottorissa on kaksi olennaista komponenttia: palotila ja suutin . Ponneaineet poltetaan polttokammiossa : tämä kemiallinen reaktio, johon osallistuvat pelkistävä aine (polttoaine) ja hapettava aine (hapetin), on erittäin eksoterminen, toisin sanoen se vapauttaa lämpöä ja kuljettaa poltossa syntyviä kaasuja useita tuhansia asteita. Tuotetut kaasut poistuvat polttokammiosta suhteellisen kapean aukon kautta. Rakettimoottorin tapauksessa (mutta tämä ei ole ilotulitusnäytön tapaus) tämä aukko on varustettu Laval-suuttimella, jolle on tunnusomaista erityinen muoto (konvergoiva sitten erottuva kartio), mikä mahdollistaa kaasujen nopeuden huomattavan kasvamisen karkotettu: kiertämällä suuttimessa kaasun paine ja lämpötila laskevat samalla kun sen nopeus kasvaa. Lämpöenergia Palamisen muuttuu liike-energiaksi . Kaasujen poistaminen suurella nopeudella (välillä 2000 - 4500 m / s riippuen käytetyistä ponneaineista ja rakettimoottorin hyötysuhteesta) tuottaa työntövoiman rakettiin vastakkaiseen suuntaan sovellettaessa liikkeen määrän säilyttämislakia . Raketin nopeus kasvaa.
Raketin nopeuden vahvistusta säätelee liikemäärän säilymislaki : Nopeuden muutos tietyllä ajanjaksolla on verrannollinen tämän ajanjakson aikana poistetun kaasun massan luonnolliseen logaritmiin jaettuna raketin kokonaismassalla raportointikauden alusta. Nopeuden muutos on myös verrannollinen kaasunpoiston nopeuteen.
Laki sanotaan tarkemmin seuraavasti:
jossa :
Tämä yhtälö muodostetaan integroimalla työntövaiheen alun ja lopun välisen impulssin säilytysyhtälö seuraaviin oletuksiin:
Impulssin (yleisesti merkitty I sp ) on osamäärä työntövoima on ponneainetta , jonka tuote massavirran ponneainetta normaalin arvo kiihtyvyyden ja painovoiman (tai virtauksen-paino ulos ponneaineen ). Tasaisella työntövoimalla, mitä suurempi on potkurin I sp , sitä vähemmän ponneaineita se kuluttaa . Erityisiä impulssi, homogeeninen on aika , ilmaistaan aikayksikköinä (useimmiten sekuntia ). Se ilmaisee ajan, jonka aikana kilogramma ja ponneaineen tuottaa työntövoima 1 kilopondi , toisin sanoen 9,81 N:
F: llä työntövoima, q kaasunpoiston massavirta ja g 0 painovoiman kiihtyvyys.Eniten käytettyjen tai tutkittujen ponneaineiden spesifiset impulssit:
Propulsiotila | I sp (s) | Kommentit |
---|---|---|
LO 2 . LH 2 | 435 | L = neste |
LO 2 kerosiini | 320 | |
N 2 O- 4 - UDMH | 305 | UDMH (epäsymmetrinen dimetyylihydratsiini) erittäin myrkyllinen |
Ydinreaktori / lämmönvaihdin | ~ 800 | Ei vielä toiminnassa |
Sähköinen potkuri | 1500 - 2000 | Energiatehokkuusongelma (pitkäaikainen ratkaisu) |
On osoitettu, että yhdestä vaiheesta koostuva raketti ei voi laittaa hyötykuormaa kiertoradalle, vaikka se käyttää tehokkaimpia ponneaineita ja sen rakentava indeksi on erityisen alhainen. Raketit, joiden on kuljettava hyötykuorma suurella etäisyydellä, ovat siis monivaiheisia: jokaisella vaiheella on oma rakettimoottori (t), ja se vapautuu polttoaineen loppuessa. Seuraavan vaiheen moottori kytketään sitten päälle.
Nykyaikaisten kantorakettien ensimmäinen vaihe koostuu usein pääporrasta, jota reunustavat potkuripotkurit, joiden tehtävänä on tarjota lisäpainetta ensimmäisen lennon minuutin aikana. Näillä kiihdyttimillä, jotka ovat yleensä jauhepohjaisia, voi olla työntövoima suurempi kuin ensimmäisen vaiheen (Ariane 5) varsinainen, mutta ne vapautetaan kauan ennen kuin ensimmäinen vaihe on kuluttanut polttoainettaan.
Perinteisesti, tila kantorakettien on 3 vaihetta (Ariane 1 ja 4, Saturn V) tai 2 vaihetta + kiihdyttimiä kiinnitetty 1 st vaiheessa (Ariane 5 ...). Viimeinen käyttövaihe välittää satelliitille tärkeimmän osan vaakanopeudesta. Sen suorituskyvyn lisäämiseksi valitaan usein kryogeeninen käyttövoima. Tämä vaihe kehittyneimmissä kantoraketeissa voidaan kytkeä pois päältä ja päälle useita kertoja, mikä antaa enemmän joustavuutta sijoittaa hyötykuormat kiertoradoilleen.
Ensimmäiset modernit raketit ( Goddard , Winkler ) tuottivat ensin "etupyörän" raketteja (suutin, joka loi potkurin, joka sijaitsi raketin yläosassa ja sen säiliöt tämän suuttimen alla, päinvastoin): He ajattelivat, että "näin raketti olisi vakaa, säiliöt pystyisivät vain seuraamaan moottoria, kun aura seuraa härkeä.
Se ei ollut. Yksi ensimmäisistä, Goddard ymmärsi, että tämä muotoilu (auraa vetävän härän mallin mukaan) oli väärä (voidaan ajatella takana olevien moottoreiden hienoisesta tien vakaudesta) ja että se oli toiminta taistelukärjessä olevasta ilmasta (pääasiassa), joka sai raketin pyörimään (kuten ilmapallo täytettiin ja vapautettiin). Jotta raketti olisi vakaa, se yksinkertaisesti vaatii, että sen massakeskus on riittävän "eteenpäin" (tai "ylöspäin nousevaa rakettia varten") aerodynaamisen paineen keskuksestaan. Kuitenkin keinoja yksinkertaisesti määrittää raketin aerodynaamisen paineen keskipisteen sijainti ei vielä ollut olemassa. Se oli raportti James ja Judith Barrowman , joista nämä välineet.
Planète Sciences , ainoa yhdistys, jolla on Ranskassa lupa käynnistää raketteja CNES: n alaisuudessa, teksti Le Vol de la Fusée perustuu Barrowmanin työhön, ainakin sen "staattisen vakauden" osiossa.
Rakettimiehet erottavat raketin vakauden kahdesta muodosta:
Staattinen vakaus (raketin kyky palata "tietyssä ajassa" nollaan aerodynaamiseen ilmaantumiseen häiriön jälkeen - raketin ylittämän ilman turbulenssi -). On huomattava, että kyseessä olevaa "tiettyä aikaa" ei anneta staattisissa vakauslaskelmissa. Dynaaminen vakaus: Päinvastoin, tämä dynaaminen vakaus koskee aikaa, joka kuluu raketin palaamiseen nollaan aerodynaamiseen esiintymiseen häiriön jälkeen. Käytännössä ja parhaimmassa tapauksessa tämä paluu raketin "neutraaliin" häiriön jälkeen tapahtuu tietyn määrän vaimennettuja akselin värähtelyjä liikeradan yleisen suunnan ympäri.Nykyaikaiset kaupalliset raketit, kuten Ariane 5 tai Ariane 6 , Soyuz jne., Ovat aerodynaamisesti epävakaita. Siksi heitä on ohjattava aktiivisesti tiettyjen moottoreiden nopealla ohjauksella , jotta he eivät joutuisi tuhoavien poikkeamien uhreiksi ( katso alla oleva lentäminen ). Näin oli jo Moon Saturn V : n valloittamiseen tarkoitetun raketin kohdalla : Sen pohjassa oli vain pienet evät, jotka antoivat miehistön aikaa hylätä se moottorivian sattuessa (koska ilman moottoreita, ei aktiivista vakautusta , siis menetystä ja tuhoisa liikkuminen). Entisen Neuvostoliiton N1-kuuraketilla oli myös pohjassa samasta syystä turvata miehistö, vakauttamalla solupaneelit .
Raketin käyttövoima johtuu useimmissa tapauksissa jommastakummasta seuraavista rakettimoottorityypeistä :
Rakettimoottori sisältää:
Polttokammio on paikka, jossa ponneaineet palavat . Rakettimoottorin koon ja siten painon pienentämiseksi polttokammiossa olevan paineen on oltava mahdollisimman korkea. Yleensä ponneaineet ruiskutetaan suhteissa, jotka varmistavat täydellisen palamisen ( stökiömetrinen seos ), mikä olettaa, että seos on homogeeninen. Polttoainetta ja hapetinta polttokammioon lähettävä suutin on eri muodoissa moottorimalleista riippuen: suihkupään suutin (yhdensuuntaiset suihkut), samanaikaiset suihkut jne. Yksi vakavimmista ja yleisimmistä raketteihin vaikuttavista ongelmista on palamisen epävakaus.
Jos se ei ole hypergolinen, seos on sytytettävä laitteella, jonka luotettavuus on olennainen kriteeri. Seoksen syttyminen voidaan laukaista lisäämällä hypergolinen tuote toisen ponneaineen kanssa, suuritehoisella virralla kulkeva vastus, katalyytti, pieni pyrotekninen varaus, sytytyskammio, joka on yhteydessä palotilaan.
SuutinSuutin antaa mahdollisuuden kiihdyttää erittäin korkeisiin paineisiin ja lämpötiloihin saatetuista palamisista johtuvia kaasuja antamalla niille nopeuden moottorin akselia pitkin. Suutin on muodoltaan konvergoituva kartio ja sitten divergenttisen pinnan muoto, joka sallii kaasujen ylittää äänen nopeuden: kurkusta ylävirtaan kaasun nopeus on ali- ja alavirran yliääninen. Ilmakehän läsnä ollessa työntövoima on optimaalinen, kun kaasujen paine suuttimen ulostulossa on yhtä suuri kuin ympäristön paine. Ensimmäisen vaiheen suuttimet ovat siis lyhyempiä kuin niiden vaiheiden suuttimet, joiden on toimittava tyhjössä. Suurimman osan rajoittamiseksi ylemmän tason rakettimoottoreiden suutin voi olla osittain käytettävissä.
JäähdytysjärjestelmäPolttokammion ja suuttimen seinät saatetaan erittäin korkeisiin lämpötiloihin (useita tuhansia asteita) ja ne on jäähdytettävä. Yleisin menetelmä on yhden ponneaineen kiertäminen seinässä, joka tätä tarkoitusta varten ontto tai koostuu vierekkäisistä putkista. Jäähdytykseen käytetty neste voidaan palauttaa polttokammioon (jäähdytys kiertävän ponneaineen avulla) tai vähemmän tehokas voidaan työntää suuttimen päähän (jäähdytys menetetyllä nesteellä).
Kiinteän polttoaineen moottoreilla on erilaiset ominaisuudet ja toimintatapa kuin nestemäisillä moottoreilla . Polttoaine ja hapetin varastoidaan kiinteässä muodossa hyvin sekoitettuna. Säiliö on samalla polttokammio: se sijaitsee jauhelohkon keskelle poratussa kanavassa koko pituudeltaan. Palamisen edetessä kanava laajenee. Jauhelohkon halkaisija määrää palamisen keston. Palamiselle alttiina oleva alue määrittää työntövoiman. Antamalla kanavalle tietyn geometrian (usein tähtimäinen) voimme luoda kasvavan, laskevan tai jatkuvan työntövoiman (puhumme progressiivisesta, laskevasta tai neutraalista lohkosta).
Moottori sytytetään sytytysjärjestelmällä, joka on sijoitettu kanavan alaosaan. Palamisesta johtuvat kaasut poistuvat kohti alapäätä: säiliön päässä suutin kanavoi ja kiihdyttää palaneet kaasut. Suutin voi olla suunnattu tunkeilla työntöakselin muuttamiseksi. Joissakin raketeissa käytetään toista suuntausjärjestelmää, joka perustuu kaasusuihkun ruiskuttamiseen suuttimeen.
Kiinteä rakettimoottori on yksinkertainen, koska siinä ei ole liikkuvia osia. Ponneaineita voidaan varastoida pitkään ilman erityisiä varotoimia ja niitä voidaan käyttää nopeasti, mikä tarkoittaa, että niitä käytetään järjestelmällisesti ballistisiin ohjuksiin. Toisin kuin nestemäiset moottorit, on suhteellisen helppo suunnitella moottori, jolla on erittäin suuri työntövoima (avaruussukkula ja Ariane 5 -kiihdyttimet). Suorituskyky (ISP) on kuitenkin paljon heikompi: ammoniumperkloraatti / alumiini / polybutadieeniseos (sideaine), jota käytetään 90 prosentissa tapauksista, ominaisimpulssi on 273 s . Lisäksi lattian vaippa, johon kohdistuu voimakkaita lämpöjännityksiä, on oltava valmistettu teräksestä, mikä lisää rakenteen massaa. Kiinteän polttoaineen sytytettyä moottoria ei voida enää sammuttaa ja käynnistää uudelleen. Joskus on työntövoiman pysäytyslaite. Jäähtymättömän suuttimen on oltava valmistettu korkeita lämpötiloja kestävistä materiaaleista.
Tärkeimmät elementit nestemäistä polttoainetta raketti ovat:
Raketin rakenneindeksi on rakettivaiheen tyhjän massan (säiliöt, rakenne, moottori jne.) Ja sen lentoonlähtömassan suhde. Mitä matalampi tämä indeksi, sitä tehokkaampi raketti. Tämän saavuttamiseksi raketti rakennetaan kevyistä materiaaleista ja rakenne optimoidaan erityisesti rakennesäiliöiden avulla.
Samanaikaisesti päävaiheiden säiliöiden sivuseinä muodostaa raketin rakenteen. Nestemäisen ponneainevaiheen tapauksessa säiliöt koostuvat useista ohuista säiliöistä (2 mm Ariane 5 -raketin kryogeenistä vaihetta varten ), jotka on hitsattu yhteen. Mekaanisten voimien kestävyys varmistetaan suurelta osin paineistamalla säiliöitä. Raketin paineistamattomat osat (välivaiheet, säiliöiden väliset ja moottorikiinnikkeet) koostuvat jäykistyneistä rakenteista ja siten raskaammista.
Tärkeimmät materiaalit, joita käytetään rakentamisessa raketti ovat seokset ja alumiini , joilla on hyvät mekaaniset ominaisuudet, ovat suhteellisen kevyt, edullinen ja suhteellisen helppo työskennellä. Teräs seokset , huolimatta niiden erittäin epäedullinen tiheys, käytetään pääasiassa kotelon jauheen ponneaineita, jotka joutuvat alttiiksi korkeille paineille; teräksen käytöstä saadaan korkea rakenneindeksi (11,5% Ariane 5 -jauhepotkurilla ja 7,3% kryogeenivaiheella). Kalliimmilla komposiiteilla (hiilikuidut, Kevlar, lasi) on erinomaiset mekaaniset ominaisuudet ja niitä käytetään raketin yläosassa päällystykseen, kantavaan rakenteeseen ja pieniin säiliöihin.
Raketilla on erilaiset järjestelmät, jotka saavat sen toimimaan. Näiden järjestelmien ohjausyksiköt on ryhmitelty laitetilaan, joka yleensä sijaitsee juuri hyötykuorman alla renkaan kehällä, joka muodostaa liitoksen käyttövaiheiden kanssa. Anturit, toimilaitteet, pyrotekniset varaukset jaetaan koko raketille.
Hyötykuorma on sijoitettu raketin yläosaan kaikkien käyttövaiheiden yläpuolelle. Se koostuu yhdestä tai useammasta satelliitista, jotka on peitetty aerodynaamisesti muotoillulla korkilla, joka suojaa niitä niin kauan kuin raketti kulkee ilmakehän läpi ja joka myöhemmin vapautetaan kuljettavan massan vähentämiseksi.
Kun raketti kuljettaa astronautteja, sen on kyettävä säilyttämään henkensä, jos lento menee pieleen. Jos tietyn korkeuden yläpuolella riittää, että matkustajia kuljettava kapseli erottuu raketista pyroteknisillä panoksilla ja aloittaa sitten paluumatkalle alun perin suunnitellun laskeutumisvaiheen, tämä laite ei voi toimia, kun raketti on liian matala.
Laukaisimen yläosaan sijoitettu pelastustorni sisältää pyroteknisiä panoksia (usein "etuvetoisia"), jotka ongelman sattuessa syttyvät ja repivät kapselin raketin rungosta siirtäen sen pois raketin liikerata samalla kun se saa riittävän korkean, jotta laskuvarjo voi riittävästi jarruttaa avaruusalusta ennen kuin se saavuttaa maan. Aluksi ensimmäisten miehitettyjen avaruuslentojen (Gemini, Vostok) miehistön pelastaminen rakettiräjähdyksessä oli annettu tehtäväksi työntöistuimelle. Tämä laite oli raskas (ylikuormitus säilyy koko lennon ajan), eikä se mahdollistanut kosmonauttien riittävää poistamista vaara-alueelta, kun raketti käytti hypergolisia polttoaineita (happea / vetyä).
Raketti seuraa tarkkaa liikerataa, jonka pitäisi antaa sen sijoittaa hyötykuorma laskettuun kiertoradalle, joka sopii tehtäväänsä. Tämän liikeradan on täytettävä useita rajoituksia, mukaan lukien kriittinen polttoaineenkulutus. Aluksen ohjausjärjestelmä laskee raketin sijainnin ja asennon reaaliajassa, korjaa hitaasti sen suunnan ja laukaisee sen vaiheet. Pilotoinnin on sen sijaan korjattava (ja hyvin nopeasti) raketin taipumuksia päästä tielle (esimerkiksi aerodynaamisista syistä), koska tällainen ylitys johtaisi raketin tuhoutumiseen. Opastuksen ja ohjaamisen eron muistamiseksi voidaan ajatella hevosen käyttäytymistä: Ratsastaja ohjaa hevosta varovasti kohti päämääräänsä (oppaiden kanssa): se on opastus; toisaalta tämä sama hevonen "ohjaa" itseään (ts. se säilyttää tasapainonsa polun sudenkuopista huolimatta). Lapsi, joka ei tunne pyöräilyä, ohjaa polkupyörää (koska hän tietää kolmipyörällä), mutta hän ei tunne ajamista .
Ennen raketin nousua lasketaan ns. Nimellinen lentorata, jotta hyötykuorma voidaan sijoittaa halutulle kiertoradalle (vaakanopeus, suunta). Tämä liikerata optimoi polttoaineenkulutuksen ja reagoi lukuisiin muihin rajoituksiin.
Todellinen lentorata eroaa nimellisestä radasta useista syistä:
Ohjausjärjestelmä varmistaa, että nimellistä liikerataa noudatetaan. Hänen on korjattava poikkeamat suuntaamalla raketti uudelleen ja mahdollisesti pidentämällä vaiheiden palamisaikaa.
Ohjausjärjestelmä määrittää poikkeaman nimellispolusta kiihtyvyysmittareilla, jotka mittaavat kiihtyvyyksiä, ja gyrometreillä, jotka mittaavat kulman pyörimisnopeuksia. Se lähettää ohjeet luotsausjärjestelmälle.
Ohjausjärjestelmä korjaa lentoradan poikkeamat muuttamalla moottorin (moottoreiden) työntövoiman suuntaa muutamalla asteella, mikä saa kantoraketin kääntymään massakeskipisteensä ympäri . Suurinta osaa rakettimoottoreita ( nestemäistä ponneainetta ) voidaan ohjata sähköpistokkeilla (pienet, muutaman kilon painoiset moottorit) tai hydraulisilla tunkeilla. Pilotointi on orja, ts. Että korjausten tulos tarkistetaan jatkuvasti ja mahdollisesti korjataan uudelleen.
Johdon on otettava huomioon seuraavat ilmiöt:
Tarkkuus liikeradan saatiin tällä pilotointi voidaan sitten olla pienempi kuin 1 m / s ja muutaman sadan metrin Perigeum on Ariane 5 (yli 10000 m / s , näin ollen tarkkuus 10 -4 ).
Raketin laukaisukampanja koostuu seuraavista vaiheista:
Leveyttä on laukaisupaikan on merkittävä vaikutus kiertoradalla, joka pääsee kohdistetun kuorman:
Näistä kahdesta syystä, käynnistää emäkset sijaitsee lähellä päiväntasaajaa on etu käynnistää geostationaarisia satelliitteja verrattuna tilaan emästä sijaitsee enemmän pohjoisilla leveysasteilla (at alkuperä päätös käynnistää Soyuz raketit tilan pohja). Kourou ) .
Kantoraketti sijoittaa hyötykuorman alkuradalle, joka riippuu useista parametreista:
Käynnistysaika on siksi usein tärkeä tekijä. Joidenkin aurinkosynkronisten satelliittien laukaisuikkuna lyhenee muutamaan minuuttiin päivässä. Muut kriteerit voidaan ottaa huomioon, erityisesti auringon sijainti, kun hyötykuorma alkaa kiertoradaltaan: tämä vaikuttaa suuntauksen ohjausta ohjaaviin antureihin ja aurinkopaneelien valaistukseen.
Avaruussondille, joka on asetettava kiertoradalle tai lentävä toisen planeetan yli, on otettava huomioon maan ja kohdeplaneetan suhteelliset sijainnit: kustannussyistä nämä koettimet on yleensä suunniteltu kuljettamaan tietty määrä polttoainetta suotuisimpia kokoonpanoja. Nämä voivat näkyä vain kaukana (noin kahdeksan kuukautta joka toinen vuosi maaliskuussa ). Satelliitin tuotantoaikataulu ottaa ilmeisesti huomioon ampumisikkunan, mutta kehityksen viivästymisen tai kantoraketin ongelmien seurauksena on käynyt niin, että ampumisikkunan ohittamatta laukaisua lykättiin useita kuukausia - ellei useita vuosia.
Raketin liikerata on aluksi pystysuora 10 - 20 sekuntia vapauttaakseen raketin maasta.
Ilmakehän läpi kulkiessaan raketti kallistuu tulevan kiertoradansa tasolle kulmassa, jonka on minimoitava sen rakenteeseen kohdistuvat mekaaniset voimat ja samalla pienennettävä aerodynaaminen paine minimiin. Tässä vaiheessa tuulenpuuskat on vaimennettava. Tämän vaiheen aikana aerodynaaminen paine , joka on riippuvainen ilmakehän nopeudesta ja tiheydestä, kulkee maksimin (max PD tai max Q ) läpi. Laukaisurakenteen on oltava kooltaan sellainen, että se kestää nämä voimat. Ariane 5 -raketin osalta suurin PD saavutetaan 13,5 km : n korkeudessa, kun raketti on suhteellisen nopeudella noin Mach 2.
Lattiat erotetaan pyroteknisillä panoksilla . Joissakin kantoraketeissa on pienet erotusraketit, jotka hidastavat pudotettua vaihetta estääkseen sitä osumasta muuhun rakettiin, koska pudotetun vaiheen moottori ei yleensä ole täysin sammunut ( työntövoima ). Kun taas seuraavan kerroksen sytytys ei ole välitön. Erottamisen jälkeen pienitehoiset ulostuloraketit voidaan sytyttää painamaan nestemäiset ponneaineet säiliön pohjaan ja sallimaan päämoottoreiden käynnistys käynnistyksen yhteydessä painottomuudesta huolimatta. Jos aluksella on miehistö, pelastustorni, joka on merkittävä kuollut paino, vapautetaan heti, kun saavutettu korkeus antaa avaruusaluksen pysäyttää lennon täysin turvallisesti.
50 km: n jälkeen ilmakehä on riittävän harvinainen, jotta aerodynaaminen paine tulisi melkein nollaksi: työntövoiman suunnassa ei enää ole rajoituksia. Jos lento on satelliittien laukaisu, joka saapui korkeudelle, joka sijaitsee kantorakettien mukaan 100-200 km : n korkeudessa, suojus, jonka paino heikentää kantoraketin suorituskykyä, vapautetaan, koska hyötykuorma vain altistuu '' erittäin matala aerodynaaminen paine.
Lähetystyypistä riippuen kantoraketti sijoittaa hyötykuorman välittömästi lopulliselle kiertoradalleen (matalalla kiertoradalla olevat satelliitit) tai valmiustilaan tai siirtoradalle (geostationaarinen satelliitti, toiselle planeetalle tarkoitettu avaruuskoetin). Kantoraketti ottaa lentoonlähdön jälkeen atsimuutin niin, että nopeusvektori tulee mahdollisimman lähelle kohdekiertotasoa, kun kantoraketin moottorit sammutetaan.
Kun kantoraketin moottori sammuu, hyötykuorma alkaa ensimmäisen kiertoradansa: tämä on ruiskutuspiste. Jos kiertoradan osittaisen vian seurauksena kiertoradan nopeutta ei saavuteta, hyötykuorma suorittaa ballistisen lennon ja putoaa takaisin maahan. Jos nopeuden pystysuora komponentti maan suhteen on nolla ruiskutuspisteessä, jälkimmäinen sulautuu kiertoradan perigeettiin, muuten perigee on matalammassa korkeudessa. Kohderadalla (dispersiot) on aina pieniä poikkeamia, jotka korjataan seuraavissa vaiheissa.
Ennen hyötykuorman vapauttamista kantoraketti muuttaa suuntaansa jälkimmäisen tarpeiden mukaisesti. Kantoraketti antaa enemmän tai vähemmän tärkeän kiertonopeuden hyötykuormalle, jotta se saisi tietyn vakauden. Tämä erottuu sitten kantoraketista. Kantoraketti voi toistaa tämän operaation useita kertoja, jos se on useita käynnistyksiä. vapautunut hyötykuorma ottaa aurinkopaneelit käyttöön ottamalla ne tarvittaessa käyttöön (liikkuminen voi joskus aiheuttaa vikoja). Se käyttää antureitaan määrittelemään suunnan avaruudessa ja korjaa tämän asennemoottoreiden avulla osoittamaan aurinkopaneelit ja instrumentit oikeaan suuntaan.
Rata lasketaan siten, että erottamisen jälkeen lattiat putoavat takaisin alueelle, josta puuttuu koteja. Näitä sääntöjä ei aina noudateta Venäjällä ja Kiinassa .
Kuuluva raketti on raketti, joka kuvaa subbitaalista liikerataa, joka mahdollistaa mittausten ja kokeiden suorittamisen. Pystysuorassa laukaistuna kuulostava raketti voi kuljettaa satoja kiloja instrumentteja tai tieteellisiä kokeita sadasta tuhanteen kilometrin korkeudesta mallista riippuen. Sen hyötykuorma, joka on sijoitettu koneen kärkeen, otetaan takaisin laskuvarjolla. Luotaavien rakettien tutkimuksessa keskitytään pääasiassa kahteen teemaan:
Ballistinen ohjus on raketti, jolla on yleensä ydinsotilaallinen panos ja jonka liikerata on ballistinen. Ballistista vaihetta edeltää kiihdytysvaihe, jota käyttää rakettimoottori, joka antaa koneelle tarvittavan sysäyksen tavoitteen saavuttamiseen.
Erotamme:
Kokeellinen raketti on raketti, jolla ei ole hyötykuormaa, ja se on tarkoitettu kokeilemaan lopullisen raketin eri komponentteja tai hankkimaan tai täydentämään raketin toteuttamiseen tarvittavaa tietoa.
Kehittäminen ensimmäisen rakettien liittyy suoraan löytö musta jauhe , joka on seos, hiilen , salpietari ja rikki , joilla on korkea räjähtävää voimaa. Tämä löydös, jonka useimmat historioitsijat ovat antaneet Kiinalle, juontaa juurensa ehkä XI - luvulle, mutta mikään kirjallinen asiakirja ei todista sitä. Ensimmäinen dokumentoitu käyttö raketteja liittyy taistelussa, joka tapahtui 1232 : piirityksen aikana Kaifeng jonka mongolit , The Kiinan työnnetään takaisin heidän vihollisensa avulla "lentävät nuolet tulen". Tuolloin käytetyt raketit, vaikkakaan eivät yksinään olleet kovin tuhoisia, mahdollistivat vastustajan armeijan järjestäytymisen aiheuttamalla paniikkia hevosissaan. Tämä innovaatio leviää nopeasti. Kaifengin taistelun jälkeen mongolit tuottivat omat rakettinsa, ja tämä tieto levisi nopeasti ihmisille, joita he hyökkäsivät: japanilaisille, korealaisille, intiaaneille. In Englannissa , Englanti munkki Roger Bacon antaa kaava mustaa ruutia on työ, joka todennäköisesti on peräisin 1240-luvulla. Arabit olisi ollut tietoinen raketteja sen ottamisen jälkeen Bagdadin mongolit vuonna 1258. Arabian käsikirjoitus Kitab al- furussia wal munassab al-harbiya, joka on kirjoitettu todennäköisesti vuosien 1285 ja 1295 välillä, mainitsee tämäntyyppisen aseen. Välillä XIII : nnen ja XV th vuosisatojen hajallaan raportit raketteja mainitaan useissa kirjoissa mainita niiden käyttöä raketteja aikana taisteluissa. Arabit ovat saattaneet käyttää niitä seitsemännen ristiretken aikana kuningas Saint Louisin joukkoja vastaan . Nämä raketit kuljettivat räjähtävää hyötykuormaa jauhepussin muodossa. Ensimmäinen käyttö Euroopassa merkittävissä taisteluissa tapahtuu Venetsian ja Genovan välisessä konfliktissa, jossa raketit pommittavat Chioggan kaupungin tornia.
Raketteja aseena olisi käytetty Normandiassa englanteja vastaan noin vuonna 1450 . In France , Jean Froissart huomasi, että tarkkuutta näiden aseiden parannettiin jos ne laukaistu putkista (tämä on esi sinko ). In Italy , Joanes de Fontana suunnitellut raketti pinnan Torpedo jonka tarkoituksena oli asettaa vihollisen aluksia tulessa . Tällä XVI : nnen vuosisadan , raketit joutui epäsuosioon, koska qu'engins sota (osittain siksi, että parantamisen voima ja tarkkuus tykistön), vaikka ne edelleen käytettäväksi ilotulitus. Vuoden lopulla XVIII E luvulla hallitsija valtion Mysore vuonna Intiassa käyttää vastaan Englanti maahanhyökkääjä elin artificers aseistettu raketteja käsittää teräs takki The raketit Mysore . Tämä esimerkki innoitti englantilaista William Congrevea, joka kehitti samanimisen raketin, jota käytettiin vaihtelevalla menestyksellä useissa Napoleonin sotien aikana käydyissä meri- tai maataisteluissa. Saksalainen artificer , Johann Schmidlap , keksii pesiviä raketti, monivaiheinen koneen valaistu peräkkäin ja antamalla ilotulitteet saavuttaa suurempaa korkeutta. Se on nykyisin käytettyjen monivaiheisten rakettien esi-isä. Ensimmäisessä maailmansodassa raketit nousivat esiin yhdessä rakettien esi-isien kanssa, joita lentäjät käyttivät vihollisen havaintopallojen osumiseen.
Välillä lopulla XIX : nnen vuosisadan ja toisen maailmansodan suurimmat edistysaskeleet teoriassa johtuvat Venäjän Konstantin Tsiolkovski . Jälkimmäinen kuvailee Jet Enginesin teoksessa The Exploration of Cosmic Space (1903), nestepotkurirakettia (vety / happi), joka olisi riittävän tehokas vapautuakseen maapallon vetovoimasta ja saavuttaakseen muut planeetat. Hän tutkii ponneaineita, joita voidaan käyttää rakettien kuljettamiseen, polttokammion muotoa , sen jäähdytystä polttoaineen kierrätyksellä, liikeradan ohjaamista liikuttamalla kaasusuihkuun asetettuja pintoja, raketin gyroskooppista vakauttamista , periaatteita, jotka otetaan myöhemmin. Hän kirjoitti massasuhteen perustavan lain, joka käsitti raketin jakamisen useisiin vaiheisiin. Se laskee myös astronautian eri nopeudet ja tunnetaan kosmisina nopeuksina . Hän kuvaa planeettojen välistä asemaa, joka koostuisi useista erillisistä elementeistä ja jonka kiertorata voitaisiin muuttaa.
Tekniikan kehitys jatkui sotien välisenä aikana useiden tienraivaajien, kuten ensimmäisen nestepotkurimoottorin valmistajan Pedro Pauletin , ensimmäisen vaiheistetun raketin käynnistäneen Louis Damblancin ja rakettimoottorien kehittämisen asiantuntijan Robert Goddardin ansiosta.
Alussa XX : nnen vuosisadan kehitystä raketteja rauhanomaisiin tarkoituksiin interplanetaarisia matkustaminen on motivaation lähde tutkijoita. Mutta armeija osallistuu viime kädessä rakettien kehittämiseen rahoittamalla työtä, joka johtaa käytännön sovelluksiin, kuten raketteihin, lentokoneiden lentoonlähtöapujärjestelmiin, rakettikoneisiin ja pitkän kantaman ohjuksiin. Erityisesti saksalaiset Werner von Braunin , kuuluisan V2: n kanssa . Sodan jälkeen Yhdysvallat ja Neuvostoliitto keräsivät saksalaisia laitteita ja insinöörejä yksin (ks. Operation Paperclip ). Ensimmäinen "V2" USA , joka toimi von Braun, lähti lentoon 14. maaliskuuta 1946. "V2" Neuvostoliitto, hän lähti 18. lokakuuta 1947 Sergei Korolyovin ja Valentin Glushkon johdolla . Kilpailu avaruuteen oli käynnissä.
Koosta riippumatta kaksi parametria ovat käytännössä riittäviä raketin suorituskyvyn määrittelemiseksi:
Launcher | Rakentaja | Päivämäärä 1 kpl lento |
Kapasiteetti (tonnia) matala kiertorata |
Kapasiteetti (tonnia) geostationaarinen kiertorata |
Massa (tonnia) |
Korkeus (metriä) | Onnistuneiden lentojen määrä |
Huomautukset | Tila |
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
Angara A5 | Venäjä | 2013 | 24.5 | 4.5 | 759 | 55.4 | 0 | Kehityksessä | |
Falcon Heavy | Yhdysvallat | 2018 | 63.8 | 26.7 | 1421 | 70 | 3 | Sen ensimmäinen vaihe ja sivutehostimet laskeutuvat erikseen joko proomulla avomerellä tai kuivalla maalla lähellä lähtöpaikkojaan käytettäväksi uudelleen | Toiminnassa |
Ares V | Yhdysvallat | 188 | - | ? | 116 | 0 | Kehitys hylätty vuonna 2010 | Hylätty kehitys | |
Ares I | Yhdysvallat | 2009 | 25 | - | ? | 94 | 1 | Alun perin omistettu miehitetyille lennoille, sen kehittämisestä luovuttiin vuonna 2010 | Hylätty kehitys |
Ariane 5 tilintarkastustuomioistuin | Euroopassa | 2002 | 21 | 9.6 | 780 | 56 | 90/94 | Toiminnassa | |
Atlas V 400 | Yhdysvallat | 2002 | 12.5 | 7,6 (GTO) | 546 | 58.3 | 8/8 | Toiminnassa | |
Delta II | Yhdysvallat | 1989 | 2.7-6.1 | 0,9-2,17 (GTO) | 152-232 | 39 | 151/153 | Toiminnassa | |
Delta IV Heavy | Yhdysvallat | 2004 | 25.8 | 6.3 | 733 | 77.2 | 10/11 | Toiminnassa | |
Falcon 9 | Yhdysvallat | 2009 | 9.9 | 4.9 (GTO) | 325 | 70 | 47/49 | Ensimmäinen raketti, jonka ensimmäinen vaihe laskeutuu joko proomulle avomerellä tai kuivaan maahan lähellä lähtöpaikkaansa käytettäväksi uudelleen | Toiminnassa |
GSLV | Intia | 2001 | 5 | 2,5 (GTO) | 402 | 49 | 4/5 | Toiminnassa | |
H2A 204 | Japani | 2006 | 15 | 6 (GTO) | 445 | 53 | 1/1 | H2A-sarja sisältää muita malleja Ensimmäinen julkaisu 2001 14 onnistunutta julkaisua 15: stä |
Toiminnassa |
Pitkä maaliskuu 2F | Kiina | 1999 | 8.4 | - | 464 | 62 | 7/7 | Omistettu miehitetyille lennoille | Toiminnassa |
PSLV | Intia | 1993 | 3.2 | 1.4 (GTO) | 294 | 44 | 18/20 | Toiminnassa | |
Protoni | Venäjä | 1965 | 22 | 6 (GTO) | 694 | 62 | 294/335 | Toiminnassa | |
Avaruussukkula | Yhdysvallat | yhdeksäntoista kahdeksankymmentäyksi | 24.4 | 3.8 (GTO) | 2040 | 56 | 124/125 | Miehitetyt lennot | Pidätetty |
Saturnus V | Yhdysvallat | 1967 | 118 | 47 | 3039 | 110 | 13/13 | Pidätetty | |
Soija- FG | Venäjä | 2001 | 7.1 | - | 305 | 49.5 | 17/17 | Sarjan ensimmäiset lennot vuonna 1966 (yli 1700 lentoa) |
Toiminnassa |
Titan IV B | Yhdysvallat | 1997 | 21.7 | 5.8 | 943 | 44 | 15/17 | Pidätetty | |
Vega | Euroopassa | 2012 | 1.5 | - | 137 | 30 | 14/15 | Toiminnassa | |
Zenit | Ukraina | 1999 | - | 5.3 | 462 | 59.6 | 26/29 | Käynnistettiin mobiilialustalta merellä | Toiminnassa |
Polttoaine | Hapettava aine | sekoittamalla suhde |
Seoksen keskimääräinen tiheys |
poltto- lämpötila |
Työnnönopeus | Edut ja haitat |
käyttää | ||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
Nimitys | Kiehumislämpötila | Tiheys | Ominaisuudet | Nimitys | Kiehumislämpötila | Tiheys | Ominaisuudet | ||||||
Kerosiini | 80 ° C ja 150 ° C: seen | 0.8 | Happi | -183 ° C | 1.14 | 2.4 | 1.02 | 3400 ° C | 3000 m / s | kryogeeninen | |||
UDMH | 63 ° C | 0.8 | Happi | 1.7 | 0,97 | 3200 ° C | 3200 m / s | kryogeeninen | |||||
Vety | -253 ° C | 0,07 | Happi | 4 | 0,28 | 2700 ° C | 4300 m / s | kryogeeninen | |||||
UDMH | Typpitetraoksidi | 21 ° C | 1.45 | 2.7 | 1.17 | 2800 ° C | 2900 m / s | hypergolinen varastoitava myrkyllinen | |||||
Kerosiini | Typpihappo | 86 ° C | 1.52 | 4.8 | 1.35 | 2950 ° C | 2600 m / s | ei kryogeeninen | |||||
Hydratsiini | 114 ° C | 1.01 | Fluori | -188 ° C | 1.54 | 2 | 1.30 | 4300 ° C | 3700 m / s | kryogeeninen | |||
Vety | Fluori | 8 | 0,46 | 3700 ° C | 4500 m / s | hypergolinen |
Raketit ovat erityisen läsnä tieteiskirjallisuuden alalla, jossa ne liittyvät avaruuslentoon. Muistamme erityisesti sarjakuvalehden On Marche sur la Lune, jossa belgialainen kirjailija Hergé asetti miehistönsä Tintinin johdolla asettamaan jalan Kuuhun vuonna 1954 , viisitoista vuotta ennen Neil Armstrongia . Heillä oli raketti, joka on pysynyt kuuluisa.