НАСА поставило перед собой амбициозную цель вернуться на Луну к 2025 году. После многих проблем и проволочек ему наконец удалось отправить в космос мощную ракету SLS (Space Launch System), которая является одной из крупнейших когда-либо построенных. Давайте поближе познакомимся с этим и подобными рукотворными сооружениями.
Космические ракеты предназначены в первую очередь для запуска грузов на орбиту или в космос. Это может быть зонд, космический шаттл или корабль, а также предметы снабжения или части объектов, построенных на орбите, таких как телескопы. Однако первая ракета, запущенная в космос, не предназначалась ни для одной из этих целей. Третий рейх проверил возможности баллистической ракеты Фау-2, которой удалось пересечь линию Кармана (высота 100 километров). По размерам она точно не может конкурировать с ракетами, используемыми в пилотируемых миссиях.
При проектировании ракет учитывается, куда они собираются лететь и насколько тяжелой будет полезная нагрузка. По этой причине подготовлен соответствующий раздел, с которым стоит ознакомиться, прежде чем мы перейдем к самим ракетам. Это выглядит следующим образом:
- суборбитальный - выходит в открытый космос, но после пересечения атмосферы его траектория уменьшается, что делает невозможным осуществление орбитального вращения и достижение космической скорости,
- LEO – достигает высоты до 2 тыс. км и обращается вокруг Земли с периодом обращения до 128 минут,
- ССО - достигает высоты примерно 600 - 800 км над Землей и обращается по орбите с наклонением ~98 градусов или от полюса к полюсу для сохранения постоянного солнечного времени,
- ГТО - ракеты выводятся на высокоэллиптическую орбиту, приближающуюся к НОО и не превышающую 35 000. 786 км над уровнем моря,
- TLI - Запущен для достижения Луны на среднем расстоянии 384 000 км. 400 км от Земли.
Особенно бурное развитие космических ракет наблюдалось в годы холодной войны, хотя и после ее окончания были весьма интересные проекты.
V-2 – 14,26 m
Начнем с уже упомянутой ракеты Фау-2, первой перешагнувшей границу космоса. В конструкции, разработанной Третьим рейхом, использовалась смесь 75 процентов. этанола и 25 проц. вода в качестве топлива и жидкий кислород в качестве окислителя. Вода была необходима, так как действовала как охлаждающая жидкость, а пар увеличивал тягу. Фау-2 был в первую очередь ракетой, поэтому его трудно сравнивать напрямую с типичными космическими ракетами. С другой стороны, современные ракеты создавались в основном благодаря опыту производства последовательных вариантов модели Фау-2.
Авангард – 23 м
Это первая американская ракета-носитель на базе гражданских атмосферных ракет Viking. Это была крайне ненадежная конструкция, что также означало, что она не использовалась для запуска первого американского искусственного спутника и ракеты Юпитер С. Авангард представлял собой трехступенчатую ракету без оперения. Его способность поднимать всего 9 кг на высоту до 200 км.
Юнона II - 23 м
Американская ракета-носитель, построенная на основе элементов ракет БРСД «Юпитер». Это была четырехсекционная ракета, первая из которых несла ракету «Юпитер», вторая — набор из одиннадцати твердотопливных ракет «Сержант», третья — три ракеты «Сержант», а четвертая — одиночная ракета «Сержант» уменьшенной длины и веса. Из 10 пусков только 4 были успешными.
Спутник 8К71ПС – 30 м
Одна из первых ракет-носителей, созданных Советским Союзом. Она использовалась только в двух пусках - для запуска искусственных спутников "Спутник-1" и "Спутник-2". По конструкции она была практически копией баллистической ракеты Р-7. Главной ступенью был двигатель «Спутник» 8К71ПС, который сопровождали четыре ускорителя 8К71ПС-0. В обоих случаях в качестве топлива использовалась смесь керосина и жидкого кислорода.
Восток - 31 м
Ракета-носитель представляет собой модифицированный вариант ракеты «Луна» 8К72 на базе баллистической ракеты Р-7. «Восток» использовался для запуска прототипов первого советского одноименного пилотируемого космического корабля. Именно на этой ракете был запущен первый человек в космос Юрий Гагарин.
H-IIA - 53 м
Чрезвычайно надежная японская ракета-носитель с вероятностью успеха более 97%. H-IIA предназначен для доставки полезной нагрузки до 15 т на НОО и до 6 т на GTO. Это двухступенчатая конструкция, и каждая ступень имеет один двигатель - первый - ЛЭ-7А, а второй - ЛЭ-5Б. Оба питаются от смеси жидкого кислорода и жидкого водорода. Мощность ракеты можно увеличить, добавив до четырех ускорителей.
Протон – 53 м
Советская ракета-носитель способна достигать до 23 тыс. 700 кг на НОО и до 6000 кг 300 кг на ГЕО. Первая модель была принята на вооружение еще в 1965 году, а последний полет последней версии «Протона-М» состоялся в декабре 2021 года. Отличительной чертой ракеты является использование двигателей, работающих на крайне токсичных асимметричных диметилгидразине и азоте. тетроксид, которые воспламеняются без использования системы зажигания.
Великий поход 5 – 56,97 м
Китайская тяжелая ракета-носитель способна выводить до 25 тонн полезной нагрузки на НОО и до 14 тонн на орбиту GTO. Стандартная конструкция имеет три ступени, последняя из которых не используется на LEO. Первый полет Long March 5 состоялся в ноябре 2016 года, а последний — в июле 2022 года, когда в космос был запущен экспериментальный модуль Ventian.
Энергия – 58 м
ГУРкен / Викисклад
Советская ракета-носитель использовалась всего дважды. Работа над «Энергией» началась вскоре после неудачных экспериментов с ракетой Н1. Конструкция могла выводить до 100 т на НОО, до 32 т на TLI и до 20 т на ГСО. Ракета приводилась в движение четырьмя навесными ускорителями с керосино-кислородными двигателями РД-170. В центральной ступени находились четыре однокамерных двигателя РД-0120, работающие на жидком кислороде и жидком водороде.
Atlas V – 58,3 m
Двухступенчатая одноразовая ракета, разработанная Lockhead Martin и Boeing. Первая ступень оснащена российским керосино-кислородным двигателем РД-180. Во втором, верхнем, предусмотрено место для одного или двух двигателей RL10 на жидком водороде и жидком кислороде. В одной из миссий также использовалась третья ступень Star 48 с твердотопливным двигателем. Он использовался только один раз на третьем этапе миссии New Horizons.
Ариан 4 – 58,72 м
Французская ракета-носитель, разработанная для ЕКА компаниями ArianeGroup и Arianespace. Устройство было доступно в нескольких конфигурациях, из которых самая большая 44LP могла отправить до 4000 штук. Полезная нагрузка 300 кг на орбиту GTO. В период своего расцвета Ariane 4 использовался для выполнения более 50 процентов всех работ. все коммерческие рейсы. Ariane 4 состоял из трех модулей, в большинстве из которых использовались двигатели Viking.
Зенит – 59,6 м
Трехсегментная ракета-носитель, используемая консорциумом Sea Launch и запускаемая с плавучей стартовой площадки Ocean Odyssey. Все члены конструкции оснащены двигателями на жидком кислороде и керосине РП-1. Ракета используется для вывода спутников на орбиту, и по этой причине ее стартовая мощность не является подавляющей — для геостационарной орбиты она составляет всего 5250 кг.
Сатурн IB – 68,3 м
Развитие ракеты «Сатурн-1», разработанной в 1962 году для программы «Аполлон». Блок состоит из двух частей. В первом размещалось 8 двигателей Rocketdyne H-1 на керосине и жидком кислороде, а во втором - один двигатель Rocketdyne J-2, работающий на жидком кислороде и жидком гелии. Было проведено девять пусков ракеты, все из которых были успешными. Благодаря доработкам к концу службы Saturn IB смог дойти до 21 000. кг груза.
Сокол 9 – 70 м
Базовый вариант ракеты Falcon 9, рассчитанный на многократное использование. Это двухступенчатая конструкция, оснащенная двигателями Merlin 1, работающими на теплом кислороде и керосине (RP-1). Ракета очень часто используется как в коммерческих, так и в правительственных миссиях. Достаточно упомянуть, что только в 2021 году был проведен аж 31 пуск, все они были успешными, и только один раз возникла проблема с посадкой разгонных блоков.
Фалкон Хэви – 70 м
Многоразовая сверхтяжелая ракета-носитель, разработанная SpaceX. В настоящее время это конструкция, способная доставить в космос самую большую полезную нагрузку. Орбитальная грузоподъемность LEO составляет 63,8 т, а GTO — 26,7 т. Интересно, что компания Маска также заявляет, что Falcon Heavy сможет доставить до 16,8 т полезной нагрузки на Марс и 3,5 т на Плутон.
Дельта IV Тяжелая - 72 м
Ракета-носитель, построенная для нужд армии США со второй по грузоподъемности, в настоящее время находится на вооружении. Он позволяет вывести в космос до 28 000 LEO. 760 кг груза, а в ГТО до 14 тыс. 220 кг. На борту находились три двигателя РС-68 на теплом водороде и жидком кислороде. Это самые большие двигатели на этом виде топлива, когда-либо использовавшиеся в космических кораблях. Ракета должна быть выведена из эксплуатации в 2024 году. Отчасти причина заключается в высокой стоимости ее запуска, которая до четырех раз превышает стоимость отправки полезной нагрузки с помощью Falcon Heavy.
N1 – 105 м
Советская ракета, предназначенная для доставки космонавтов на Луну. Однако это не была удачная конструкция, поскольку испытательный полет так и не удалось провести. Все четыре попытки запуска закончились катастрофами, а последняя, имевшая, по словам инженеров, шансы на успех, не была осуществлена. По предположениям, она должна была быть до 90 т на НОО и до 23,5 т полезной нагрузки на ТЛИ. Программа была прекращена в 1974 году, а месяц спустя американцы свернули свою программу «Аполлон».
Saturn V – 110,6 m
Ракета была разработана для поддержки пилотируемых космических полетов «Аполлон». Он позволил экипажу «Аполлона-11» достичь Луны, а также успешно использовался в 12 других миссиях. Его грузоподъемность для НОО равнялась 118 т. «Сатурн-5» — трехступенчатая ракета, и разделение конкретных ступеней происходило после запуска малых зарядов. Первый S-IC имел 5 двигателей F-1, второй — 5 двигателей J-2, а третий — один двигатель J-2.
SLS Block II Cargo – 111,25 м
Это уникальная сверхтяжелая ракета-носитель, разработанная НАСА. Предполагалось, что конструкция заимствована у космического корабля "Шаттл" и является самой мощной ракетой, когда-либо разработанной американским агентством. Вся система SLS подготовлена для программы Artemis, и, в зависимости от версии, аппарат отправит на Луну экипаж или до 27 тонн грузов. НАСА говорит, что по мере развития проекта ожидается увеличение мощности, и он сможет нести еще более тяжелые полезные нагрузки.
Звездолет – 120 м
Самая большая в мире ракета-носитель, построенная компанией SpaceX, принадлежащей Илону Маску. Его полезная нагрузка на околоземную орбиту составляет более 100 т, а на орбиту GTO — до 21 т. Starship разработан как многоразовая ракета и состоит из двух уровней. Первый будет оснащен 33 двигателями Raptor, работающими на теплом метане и жидком кислороде. Второй этап будет включать в себя еще три двигателя Raptor, используемых в вакууме, и еще три, используемых в атмосфере. Starship должен использоваться, например. в пилотируемых лунных миссиях в рамках программы Artemis.