Приветствую вас!
Большинство ракет-носителей, начиная от знаменитых Р-7 и "Сатурн-5", до современных, таких как Falcon 9, New Glenn, или "Ангара окрашены в белый цвет. Так почему же они белые?
Ракеты преимущественно окрашиваются в белый цвет, чтобы криогенное топливо и окислитель внутри топливных баков не нагревались под воздействием солнечного излучения, на стартовой площадке, и после старта во время полета ракеты через нижние слои атмосферы.
Большинство ракет-носителей используют чрезвычайно холодные виды топлива и окислителя. За исключением жидкого керосина, используемого на первых ступенях многих ракет, почти все остальные виды топлива и окислитель в виде жидкого кислорода, являются криогенными веществами которые необходимо хранить при отрицательных температурах, чтобы они оставались в жидком состоянии.
Например, жидкий водород, используемый во многих верхних ступенях ракет, необходимо охлаждать до температуры ниже -253° по Цельсию. Жидкий кислород - окислитель, используемый с большинством видов ракетного топлива, необходимо охлаждать до -183° по Цельсию.
После того, как эти виды топлива и окислитель поступают в баки ракет-носителей, нет никакой возможности их активного охлаждения, поэтому они начинают нагреваться. Тот факт, что некоторые стартовые комплексы расположены в регионах, близких к экватору, с их теплым тропическим климатом, ускоряет процесс нагрева.
В результате, разработчики в процессе проектирования ракет используют несколько методов, чтобы гарантировать то, что топливо и окислитель останутся максимально холодным перед стартом на стартовой площадке, а также внутри ракеты, до и во время запуска.
Из всех цветов видимого спектра, белый цвет наиболее эффективно отражает тепло от солнечного излучения, и не поглощает его. Любой из вас, кто находился в солнечный день в белой, а не в темной одежде, не раз замечал это.
Само собой разумеется что инженеры были хорошо осведомлены об этом и понимали, что окраска ракеты-носителя в белый цвет - это относительно недорогой способ замедлить нагрев криогенного топлива и окислителя в баках ракеты.
Ракета «Сатурн-1», одна из первых ракет, использовавшихся в ходе программы «Аполлон», имела черно-белые полосы на первой ступени, клетчатый черно-белый рисунок адаптера и полностью белую вторую ступень.
Проблема с широким использованием черного цвета на ракете очень быстро стала очевидной. Способность черного цвета поглощать и проводить тепло привела к тому, что топливные баки, стали испытывать температурные перепады, в результате чего топливо становилось опасно теплым.
В результате на ракете "Сатурн-5" количество черной краски было значительно сокращено, при этом наиболее заметные черные полосы были видны на межступенчатых адаптерах ракеты, которые не содержали никакого топлива. Криогенная третья ступень ракеты была полностью белой.
Сегодня большинство современных ракет-носителей, таких как Falcon 9, New Glеnn, и другие, имеют преимущественно белый цвет, что позволяет реализовать опыт, полученный в первые годы освоения космоса, и избежать ненужного испарения криогенного топлива.
Утверждение, что ракета окрашена в белый цвет, не всегда верно. Хотя, во многих случаях, используется белая краска, белое покрытие часто представляет собой специальный материал белого цвета. Это так называемые белые бета-ткани, которые широко используются для теплоизоляции.
Такой тканью, к примеру, был покрыт Спейс Шаттл. Помимо черных кварцевых плиток, защищавших нижнюю часть космического челнока от экстремально высоких температур, которым он подвергался во время входа в атмосферу, для защиты других частей корабля также использовались белые плитки. Большая часть видимых белых секций космического челнока не была окрашена, а представляла собой комбинацию бета-ткани и плиток.
Другим распространенным явлением является то, что участки поверхности ракеты-носителя, которые не являются белыми, кажутся белыми из-за образования льда на поверхности, когда криогенные температуры топлива и окислителя охлаждают корпус носителя. Этот эффект наглядно виден при заправке космической системы "Старшип" компании SpaceX, перед стартом.
Если учесть, что множество ракет используют жидкий кислород в качестве окислителя для разных видов топлива, включая жидкий водород и метан, то становится ясно, что участки белого цвета являются результатом образования льда.
Окраска ступеней ракет по-прежнему регулярно используется, но это может увеличить массу самого носителя. Например, внешний топливный бак космического челнока, для первых двух полетов, был окрашен в белый цвет, чтобы защитить топливо от солнечного нагрева. Позже было обнаружено, что его окраска была не нужна, а знакомая всем оранжевая изоляция могла поддерживать жидкий водород и кислород в холодном состоянии. Это привело к экономии массы примерно на 272 кг, что обеспечило дополнительную грузоподъемность.
Вероятно, самой известной и знаковой ракетой в истории космических полетов является ракета «Сатурн-5», которая запомнилась не только своими огромными размерами, но и своей узнаваемой черно-белой окраской.
Практика размещения черных квадратов и прямоугольников, на преимущественно белом фоне ракеты, восходит к временам Второй мировой войны, когда Вернер фон Браун и его коллеги использовали такую окраску на ракете V2 (Фау-2).
На поверхности ракеты были нанесены характерные черно-белые элементы. Для чего же это было сделано? Контрастная черно-белая окраска позволяла инженерам на земле лучше отслеживать и регистрировать полет ракеты, в частности величину ее крена.
Это дало ценную и точную информацию о поведении ракеты в полете. Этот метод, известный как фотограмметрия, также был реализован группой бывших немецких инженеров, которые работали над ракетами "Сатурн" во время программы "Аполлон". Даже сегодня на современных ракетах, таких как Space Launch System (SLS) НАСА, используются черно-белые элементы разного размера, для точного отслеживания и регистрации данных о полете ракеты.
Такая маркировка предназначена не только для непосредственного наблюдения за рекой инженерами на земле, но и для наблюдения с помощью многочисленных камер, расположенных вокруг места запуска, а также на самом носителе. Она помогает увидеть, как ракета ведет себя в реальных условиях полета, по сравнению с компьютерными моделями и симуляциями.
Использование белого цвета в качестве преобладающего на поверхности ракеты-носителя помогает эффективно снизить степень нагрева криогенного топлива и окислителя в ее баках, а также объема его испарения. Белый цвет, который можно увидеть на многих ракетах, не обязательно является результатом покраски, а знакомые черно-белые клетчатые элементы, служат важной цели при запуске ракеты.