лекция 8_конспект

Формулы реактивного движения

1.Скорость ракеты-носителя

2.Начальная скорость движения точки старта

3.Формула Циолковского

Энергетические параметры РКН должны обеспечивать конечную скорость движения

орбитального блока, соответствующую скорости на опорной орбите. Поскольку движение

осуществляется под действием силы реактив ной тяги, силы тяжести и силы сопротивления

атмосферы, а также начинается с вращающейся поверхности Земли, скорость (VРН),

которую приобретает орбитальный блок после окончания работы ракеты-носителя,

складывается из начальной скорости (VН) движжения стартовой позиции относительно центра

Земли, скорости ( VРН), сообщённой орбитальному блоку двигателями РН и скорости (ΔVП),

которую бы дополнительно набрал орбитальный блок, если бы на РКН не действовали сила

тяжести и сила сопротивления атмосферы.

Формула Циолковского впервые выведена К.Э. Циолковским в его рукописи «Ракета» в 1897 году. Из неё следует, что существует логарифмическая зависимость между конечной скоростью ракеты и отношением начальной массы к конечной. Из графика логарифмической функции видно, что наибольшее приращение скорости можно получить при небольшом превышении массы заправленной ракеты над массой ракеты после израсходования топлива. Для того, чтобы эффективно расходовать топливо, ракета должна быть многоступенчатой – в этом случае для каждой ступени начальная масса будет ненамного больше массы конечной.

11

Параметры оптимизации многоступенчатой РН

При проектировании многоступеенчатой РН необходимо оптимизировать весовые соотношения между ступенями РН и по каждой ступени, используя следующие показатели:

1. Характеристическая скорость

2. Коэффициент весовых затрат

3. Массовое число (число Циолковского)

4. Коэффициент весового соотнош ения между ступенями РН

5. Конструктивный коэффициент i –й ступени

Всоответствии с формулой Циолковского, наиболее эффективной будет являться ракета

снаибольшим возможным количеством ступеней. Расчёты это подтверждают – РН тяжёлого класса более эффективны, чем РН среднего и, тем более, лёгкого классов. Однако тут возникает два противоречия:

1.Поскольку большинство ракет в качестве топлива используют жидкие горючее и окислитель, для каждой ступени требуется отдельный турбонасосный агрегат, который увеличивает условно «бесполезную» массу ступени;

2.Надёжность любой сложной системы обратно пропорциональна количеству её элементов. Например, лом сломать очень трудно. Разрезной лом с резьбовым соединением – легче. Лом с электронной системой управления – ещё легче, и т.д. Поэтому оптимизация ракеты по массе за счёт увеличения количества ступеней может привести к недопустимому снижению надёжжности её работы.

Поэтому РН лёгкого класса стремятся сделать максимум двухступенчатыми – чтобы добиться максимальной надёжности, что, в своою очередь, позволяет таким РН претендовать на коммерческую успешность. РН тяжёлого класса решают несколько другие задачи – доставить на орбиту максимально возможный груз с минимально возможными затратами, в том числе на конструкцию стартовых площадок, поэтому для таких РН увеличение количества ступеней оправдано, даже в ущерб надёжности.

12

Космодром Байконур

Начало эксплуатации – 1957 год.

Ракеты-носители: «Стрела»

«Рокот»

«Космос»

«Днепр»

«Циклон-2» «Восток»

«Союз-У»

«Союз-ФГ»

«Зенит-2» «Протон»

«Энергия» Н-1

13

Космодром Плесецк

Начало эксплуатации – 1966 год.

Ракеты-носители:

«Космос-3М»

«Рокот»

«Циклон-3» «Молния»

«Союз-У»

«Союз-2» «Зенит-2» «Ангара-А1.2» «Ангара-А5»

14

Космодромы «одной РН»

Капустин Яр

Эксплуатация – 1962-2008 гг.

Ракета-носитель:

«Космос»

Свободный

Эксплуатация – 1997-2006 гг.

Ракета-носитель:

«Старт»

Домбаровсккий (Ясный)

Начало эксплуатации - 2006 год Ракета-носитель:

«Днепр»

15

Космодром Восточный

Космодром Восточный строится рядом с нефункционирующим космодромом Свободный.

Начало строительства – 2012 год, первый пуск – 2016 год.

Основной задачей космодрома Восточный является замена в перспективе космодрома Байконур, который принадлежит Казахстану и эксплуатируется Россией на правах аренды.

В качестве ракет-носителей, которые будут стартовать с космодрома, выбраны РН «Союз-2» и РН «Ангара».

16

Ракета-носитель «Протон»

Полезная нагрузка

а) выводимая на ГСО:

•«Протон-К» с РБ ДМ – 2300 кг;

•«Протон-М» с РБ «Бриз-М» – 3250 кг;

б) выводимая на СКО:

•«Протон-К» с РБ ДМ – 4500 кг;

•«Протон-М» с РБ «Бриз-М» – 5050 кг;

в) выводимая на ГПО:

• «Протон-М» с РБ «Бриз-М» – 6150 кг.

Начало эксплуатации – 1965 год

Изготовитель: ГКНПЦ им. М.В. Хруничева, Москва

Топливная пара:

Несимметричный диметилгидразин (НДМГ)+азотный тетраоксид (АТ)

Общее количество пусков:

407

Количество успешный пусков

365

17

Семейство ракет-носителей «Ангара»

Первый пуск РН «Ангара-А1.2» осуществлён 9 июля 2014 года, РН «Ангара-А5» – 23

декабря 2014 года. Оба запуска производиллись с космодрома Плесецк. Разработчик –

ГКНПЦ им. М.В. Хруничева, Москва.	18

Семейство ракет-носителей Delta

Начало эксплуатации РН Delta II – 1989 год

Изготовитель: Boeing

Топливная пара:

Керосин-кислород (1 ступень)

НДМГ+ АТ (2 ступень)

Общее количество пусков: 166

Количество успешный пусков

163

19

Семейство ракет-носителей Atlas

Начало эксплуатации РН Atlas 2 – 1991 год

Изготовитель: Lockheed Martin

Топливная пара:

Керосин + кислород (1 ступень)

Водород + кислород (2 ступень)

Общее количество пусков: 131

Количество успешный пусков

130

20