Ракета(или ракета-носитель)(далее РН) предназначена для выведения полезной нагрузки(далее ПН) в космос или для исследования атмосферы.
Полезной нагрузкой может быть что угодно: космические корабли с людьми, модули космических станций, спутники, роверы или спускаемые аппараты для исследования атмосферы и поверхности небесных тел, боеголовки и просто научное оборудование. Всё перечисленное не вся ПН которую могут нести ракеты.
Виды ракет по массе выводимой ПН на орбиту
Важной характеристикой РН является масса ПН выводимой на низкую околоземную орбиту(НОО)(высота от 160 км) дополнительно может быть масса выводимой ПН на другие более высокие орбиты, на планеты и спутники в Солнечной системе, но об орбитах позже.
- Сверхлёгкая РН - несколько десятков кг
- Легкая РН - до 5 тонн
- РН среднего класса - от 5 до 20 тонн
- Тяжёлая РН - от 20 до 50 или до 100 тонн(по класификациям разных стран)
- Сверхтяжёлая РН - более 50 или 100 тонн
На данный момент не было построено ракет, способных превзойти Сатурн-5 в массе ПН выводимой на НОО.
Количество ступеней
Бывают в зависимости от количества ступеней одноступенчатые и многоступенчатые РН. В настоящее время не существует одноступенчатых ракет способных вывести ПН на орбиту.
Орбитальный и суборбитальный полёты
Полёты бывают разные. Сейчас расскажу чем они отличаются.
Орбитальный полёт - обеспечивает длительное пребывание ПН на орбите(в следующей части расскажу о ней подробнее). Полёт как правило проходит на высоте выше 100 км(линия Кармана) и на первой космической скорости(7.91 км/с), которая не позволяет упасть аппарату.
Суборбитальный полёт - может проходить как ниже линии Кармана так и выше неё, но без выхода на устойчивую орбиту. Ясно, что без крыльев(и с ними тоже) долго так летать вы не сможете.
Орбита
Орбита представляет из себя траекторию движения некоторой материальной точки, где координаты её движения в пространственной системе координат заданы наперёд. Я думаю, что после просмотра этого видео вы немного больше станете понимать орбитальную механику.
По рисунку видно, что орбита бывает круговой, эллиптической, параболической и гиперболической. Также различают следующие виды орбит:
Низкая околоземная(опорная) орбита - НОО.
Синхронная орбита - когда период вращения космического аппарата(далее КА) равен периоду вращения главного тела.
Геостационарная орбита(ГСО) - это когда орбита расположена над экватором и угловая скорость вращения КА равна угловой скорости вращения главного тела вокруг своей оси.
Геопереходная орбита(ГПО) - переходная орбита между НОО и ГСО.
Солнечно-синхронная орбита - КА на такой орбите проходит над любой точкой поверхности примерно в одно и то же местное солнечное время.
Полярная орбита - имеет наклонение относительно экватора - 90°. Т.е. проходит над полюсами небесного тела.
Орбита захоронения - орбита, на которую выводится КА после того, как закончил свою работу.
Высоты орбит относительны, например высота НОО Земли находится в диапазоне от 160 до 2000 км, на Марсе совсем другая, а у Меркурия вообще отсутствует ГСО.
Ракетный двигатель
Существует несколько видов ракетных двигателей(далее РД): химические(работающие на химическом ракетном топливе) - наиболее распространённые РД, к ним относятся жидкостный ракетный двигатель(ЖРД)(ЖРД бывают нескольких видов, я о них расскажу в другой статье) и ракетный двигатель твёрдого топлива(РДТТ).
Далее идут ядерные ракетные двигатели(ЯРД) - невероятно эффективные в вакууме. Во времена СССР был разработан проект, где должен был использоваться ЯРД для полётов на Марс всего за 45 дней! Когда обычно лететь туда приходится около 9 месяцев.
Электрические ракетные двигатели(ЭРД). Для создания тяги используется электрическая энергия.
Плазменные ракетные двигатели - ЭРД, в котором рабочее тело ускоряется находясь в состоянии плазмы.
Ракетное топливо
Для жидкого топлива обычно используется пара - горючее - окислитель.
Горючее - горит, а окислитель поддерживает горение, причём интенсивное даже в вакууме. На Земле окислителем является кислород находящийся в воздухе.
В ракетах всё серьёзнее. Итак, тут будут некоторые топливные пары:
Для ЖРД:
- Керосин - жидкий кислород
- Водород - жидкий кислород
- Гидразин(гептил) - тетраоксид диазота(амил)
Для РДТТ:
- Нитроцеллюлоза
- Нитроглицерин
- Металлы как горючее
- Карамельное ракетное топливо(используется в любительских ракетах)
Повторное использование
До недавнего времени все ракеты были одноразовыми. Т.е. уже отработавшие ступени нельзя было использовать повторно потому что они падали на Землю и разбивались. Пока генеральный директор SpaceX вместе со своей командой не посадил первую ступень РН. Сначала на поверхность, а потом на плавучую баржу. Вот некоторые посадки:
Это позволило экономить миллионы долларов на запуске, а следовательно существенно снизилась цена для заказчиков.