что такое ракетная ступень
РАКЕТНАЯ СТУПЕНЬ
отделяемая часть составной ракеты, обеспечивающая её разгон на определ. этапе активного участка. Осн. элементы: топливный отсек с запасом топлива, ракетная двигат. установка, система подачи топлива, органы и аппаратура управления, элементы конструкции и оборудования (система разделения ступеней, хвостовой или переходный отсек и др.). Последняя ступень ракеты несёт полезный груз (напр., космич. корабль). После иэрасходования запаса топлива на Р. с. и окончания работы её двигателя она отделяется от последующих ступеней, продолжающих полёт.
Конструктиавая схема двухступенчатой ракеты
Смотреть что такое «РАКЕТНАЯ СТУПЕНЬ» в других словарях:
Ракетная ступень — отделяемая часть составной ракеты (См. Составная ракета), обеспечивающая благодаря работе своих двигателей разгон ракеты на определённом участке траектории полёта. Р. с. представляет собой одноступенчатую ракету, для которой остальная… … Большая советская энциклопедия
Ракетная программа КНДР — Работы по созданию различных типов ракетной техники КНДР ведет с конца 1960 годов. Работы по ракетно космической программе начались в середине 70 х годов и проводились с использованием советских технологий. На основе ракетных комплексов… … Энциклопедия ньюсмейкеров
Список искусственных объектов на Луне — Карта Луны, на которой изображены места прилунения аппаратов Список искусственных объектов, которые достигли поверхности Луны. Общая масса всех искусственных объектов, достигших поверхности, составляет бо … Википедия
Радужные коды — «Радужные» коды серия кодовых названий различных Британских военных научных проектов начиная со Второй мировой войны до 1958 года, когда они были заменены более привычной цифро буквенной системой. Британское Министерство снабжения впервые… … Википедия
S-IVB — Ступень S IVB 206, использованная в миссии Скайлэб 2 … Википедия
SA-5 (Аполлон) — SA 5 (Apollo) Эмблема … Википедия
S-II — Ступень S II, использованная в миссии Аполлон … Википедия
Первый китайский искусственный спутник Земли «Дунфанхун-1» — 24 апреля 1970 года был выведен на орбиту первый китайский спутник Дунфанхун 1 (Dongfanghong 1, DFH 1) ракетоносителем Чанчжэн 1 (Chang Zheng 1, CZ 1), стартовавшем с космодрома Цзюцюань. Достижения китайской космонавтики связаны с ученым Цянь… … Энциклопедия ньюсмейкеров
S-IC — Ступень S IC, использованная в миссии А … Википедия
РАКЕТА — (нем. Rakete, от итал.госсЬе11а, уменьшит. от госса веретено) летат. аппарат, движущийся под действием реактивной силы, возникающей при отбрасывании части собств. массы. Р. осн. вид ЛА, полёт к poro не требует обязат. наличия атмосферы, что… … Большой энциклопедический политехнический словарь
Ракетная ступень
Смотреть что такое «Ракетная ступень» в других словарях:
РАКЕТНАЯ СТУПЕНЬ — отделяемая часть составной ракеты, обеспечивающая её разгон на определ. этапе активного участка. Осн. элементы: топливный отсек с запасом топлива, ракетная двигат. установка, система подачи топлива, органы и аппаратура управления, элементы… … Большой энциклопедический политехнический словарь
Ракетная программа КНДР — Работы по созданию различных типов ракетной техники КНДР ведет с конца 1960 годов. Работы по ракетно космической программе начались в середине 70 х годов и проводились с использованием советских технологий. На основе ракетных комплексов… … Энциклопедия ньюсмейкеров
Список искусственных объектов на Луне — Карта Луны, на которой изображены места прилунения аппаратов Список искусственных объектов, которые достигли поверхности Луны. Общая масса всех искусственных объектов, достигших поверхности, составляет бо … Википедия
Радужные коды — «Радужные» коды серия кодовых названий различных Британских военных научных проектов начиная со Второй мировой войны до 1958 года, когда они были заменены более привычной цифро буквенной системой. Британское Министерство снабжения впервые… … Википедия
S-IVB — Ступень S IVB 206, использованная в миссии Скайлэб 2 … Википедия
SA-5 (Аполлон) — SA 5 (Apollo) Эмблема … Википедия
S-II — Ступень S II, использованная в миссии Аполлон … Википедия
Первый китайский искусственный спутник Земли «Дунфанхун-1» — 24 апреля 1970 года был выведен на орбиту первый китайский спутник Дунфанхун 1 (Dongfanghong 1, DFH 1) ракетоносителем Чанчжэн 1 (Chang Zheng 1, CZ 1), стартовавшем с космодрома Цзюцюань. Достижения китайской космонавтики связаны с ученым Цянь… … Энциклопедия ньюсмейкеров
S-IC — Ступень S IC, использованная в миссии А … Википедия
РАКЕТА — (нем. Rakete, от итал.госсЬе11а, уменьшит. от госса веретено) летат. аппарат, движущийся под действием реактивной силы, возникающей при отбрасывании части собств. массы. Р. осн. вид ЛА, полёт к poro не требует обязат. наличия атмосферы, что… … Большой энциклопедический политехнический словарь
Многоступенчатая ракета
Многоступе́нчатая раке́та — летательный аппарат, состоящий из двух или более механически соединённых ракет, называемых ступенями, разделяющихся в полёте. Многоступенчатая ракета позволяет достигнуть скорости большей, чем каждая из её ступеней в отдельности.
Содержание
История
Один из первых рисунков с изображением ракет был опубликован в труде военного инженера и генерала от артиллерии Казимира Семеновича, уроженца Витебского воеводства Речи Посполитой, «Artis Magnae Artilleriae pars prima» (лат. «Великое искусство артиллерии часть первая»), напечатанном в 1650 году в Амстердаме, Нидерланды. На нём — трехступенчатая ракета, в которой третья ступень вложена во вторую, а обе они вместе — в первую ступень. В головной части помещался состав для фейерверка. Ракеты были начинены твёрдым топливом — порохом. Это изобретение интересно тем, что оно более трёхсот лет назад предвосхитило направление, по которому пошла современная ракетная техника.
Впервые идея использования многоступенчатых ракет была выдвинута американским инженером Робертом Годдардом в 1914 году, и был получен патент на изобретение. В 1929 г. К.Э. Циолковский выпустил в свет свою новую книгу под заглавием «Космические ракетные поезда». Этим термином К. Циолковский назвал составные ракеты или, вернее, агрегат ракет, делающих разбег по земле, потом в воздухе и, наконец, в космическом пространстве. Поезд, составленный, например, из 5 ракет, ведётся сначала первой — головной ракетой; по использовании её горючего, она отцепляется и сбрасывается на землю. Далее, таким же образом, начинает работать вторая, затем третья, четвёртая и, наконец, пятая, скорость которой будет к тому времени достаточно велика, чтобы унестись в межпланетное пространство. Последовательность работы с головной ракеты вызвана стремлением заставить материалы ракет работать не на сжатие, а на растяжение, что позволит облегчить конструкцию. По Циолковскому, длина каждой ракеты — 30 метров. Диаметры — 3 метра. Газы из сопел вырываются косвенно к оси ракет, чтобы не давить на следующие ракеты. Длина разбега по земле — несколько сот километров.
Несмотря на то, что в технических деталях ракетостроение пошло во многом по другому пути (современные ракеты, например, не «разбегаются» по земле, а взлетают вертикально, и порядок работы ступеней современной ракеты — обратный, по отношению к тому, о котором говорил Циолковкий), сама идея многоступенчатой ракеты и сегодня остаётся актуальной.
В 1935 году Циолковский написал работу «Наибольшая скорость ракеты», в которой утверждал, что при уровне технологии того времени достичь первой космической скорости (на Земле) можно только с помощью многоступенчатой ракеты. Это утверждение сохраняет свою справедливость и сегодня: все современные носители космических аппаратов — многоступенчатые. Первым рукотворным объектом, пересекшим линию Кармана и вышедшим в космос, была одноступенчатая немецкая ракета Фау-2. Высота полётов достигала 188 км.
Принцип действия многоступенчатой ракеты
Ракета является весьма «затратным» транспортным средством. Ракеты-носители космических аппаратов «транспортируют», главным образом, топливо, необходимое для работы их двигателей, и собственную конструкцию, состоящую в основном из топливных контейнеров и двигательной установки. На долю полезной нагрузки приходится лишь малая часть (1,5-2,0%) стартовой массы ракеты.
Составная ракета позволяет более рационально использовать ресурсы за счёт того, что в полёте ступень, выработавшая своё топливо, отделяется, и остальное топливо ракеты не тратится на ускорение конструкции отработавшей ступени, ставшей ненужной для продолжения полёта. Пример расчёта, подтверждающего эти соображения, приводится в статье Формула Циолковского.
Конструктивно многоступенчатые ракеты выполняются c поперечным или продольным разделением ступеней.
При поперечном разделении ступени размещаются одна над другой и работают последовательно друг за другом, включаясь только после отделения предыдущей ступени. Такая схема даёт возможность создавать системы, в принципе, с любым количеством ступеней. Недостаток её заключается в том, что ресурсы последующих ступеней не могут быть использованы при работе предыдущей, являясь для неё пассивным грузом.
При продольном разделении первая ступень состоит из нескольких одинаковых ракет (на практике, от 2-х до 8-и), работающих одновременно и располагающихся вокруг корпуса второй ступени симметрично, чтобы равнодействующая сил тяги двигателей первой ступени была направлена по оси симметрии второй. Такая схема позволяет работать двигателю второй ступени одновременно с двигателями первой, увеличивая, таким образом, суммарную тягу, что особенно нужно во время работы первой ступени, когда масса ракеты максимальна. Но ракета с продольным разделением ступеней может быть только двухступенчатой. [1]
Существует и комбинированная схема разделения — продольно-поперечная, позволяющая совместить преимущества обеих схем, при которой первая ступень разделяется со второй продольно, а разделение всех последующих ступеней происходит поперечно. Пример такого подхода — отечественный носитель Союз.
Уникальную схему двухступенчатой ракеты с продольным разделением имеет космический корабль Спейс Шаттл, первая ступень которого состоит из двух боковых твёрдотопливных ускорителей, а на второй ступени часть топлива содержится в баках орбитера (собственно многоразового корабля), а большая часть — в отделяемом внешнем топливном баке. Сначала двигательная установка орбитера расходует топливо из внешнего бака, а когда оно будет исчерпано, внешний бак сбрасывается и двигатели продолжают работу на том топливе, которое содержится в баках орбитера. Такая схема позволяет максимально использовать двигательную установку орбитера, которая работает на всём протяжении вывода корабля на орбиту.
Увеличение числа ступеней даёт положительный эффект только до определённого предела. Чем больше ступеней — тем больше суммарная масса переходников, а также двигателей, работающих лишь на одном участке полёта, и, в какой-то момент, дальнейшее увеличение числа ступеней становится контрпродуктивным. В современной практике ракетостроения более четырёх ступеней, как правило, не делается.
При выборе числа ступеней важное значение имеют также вопросы надёжности. Пироболты и вспомогательные РДТТ — элементы одноразового действия, проверить функционирование которых до старта ракеты невозможно. Между тем, отказ только одного пироболта может привести к аварийному завершению полёта ракеты. Увеличение числа одноразовых элементов, не подлежащих проверке функционирования, снижает надёжность всей ракеты в целом. Это также заставляет конструкторов воздерживаться от слишком большого количества ступеней.
Ступень ракеты
Смотреть что такое «Ступень ракеты» в других словарях:
Ступень ракеты — СТУПЕНЬ, и, мн. и, ей и ей, ж. Толковый словарь Ожегова. С.И. Ожегов, Н.Ю. Шведова. 1949 1992 … Толковый словарь Ожегова
ступень ракеты — raketos pakopa statusas T sritis Gynyba apibrėžtis Daugiapakopės raketos dalis, užtikrinanti jos skriejimą tam tikrame aktyviojo trajektorijos ruožo etape. Raketos pakopą sudaro raketinis variklis, talpykla su raketinio kuro atsargomis, kuro… … Artilerijos terminų žodynas
ступень ракеты — raketos pakopa statusas T sritis apsauga nuo naikinimo priemonių apibrėžtis Daugiapakopės raketos dalis, užtikrinanti jos skriejimą tam tikrame aktyviojo trajektorijos ruožo etape. Raketos pakopą sudaro raketinis variklis, talpykla su raketinio… … Apsaugos nuo naikinimo priemonių enciklopedinis žodynas
ступень ракеты-носителя — 74 ступень ракеты носителя: Отделяемая часть ракеты носителя, состоящая из одного или нескольких ракетных блоков и обеспечивающая полет ракеты космического назначения или ракеты носителя на определенных участках траектории. Примечание Ступени… … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации
Боевая ступень ракеты стратегического назначения — Отделяющаяся в полете составная часть ракеты, включающая один или несколько боевых блоков, системы и устройства, предназначенные для обеспечения функционирования боевых блоков ракеты, разведения их в заданные точки прицеливания или преодоления… … Энциклопедия РВСН
СТУПЕНЬ — СТУПЕНЬ, и, мн. и, ей и ей, жен. 1. (ей). Один из выступов, составляющих лестницу, а также поперечная плита, доска, на к рую ступают при подъёме или спуске. Подняться на две ступени. 2. (ей), перен. Уровень в развитии чего н. Поднять работу на… … Толковый словарь Ожегова
ступень — 3.16 ступень: Простейшее средство доступа, состоящее из ровной плоской поверхности. Источник: ГОСТ Р 53487 2009: Безопасность аттракционов. Оборудование надувное игровое. Требования безопасности. Методы испытаний … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации
Ступень разведения — Автономный блок разведения ракеты LGM 30G с установленными на его платформе тремя боевыми блоками W78 … Википедия
СТУПЕНЬ — (1) часть компрессора, турбины, совокупность устройств тепловых машин и двигателей, обеспечивающие требуемый уровень перепада давления, развития скорости, передачи мощности и т. п.; (2) С. ракеты отделяемая часть многоступенчатой (см.),… … Большая политехническая энциклопедия
Ступень — Ступень: Ступень в архитектуре часть лестницы. Ступень в музыке один из звуков звукоряда Ступень в технике грузонесущий элемент лестничного полотна эскалатора. Ступень в физике твёрдого тела место открытого нижнего слоя… … Википедия
О ступенях ракет 2.
Пакетное (параллельное) соединение ступеней или правильнее говорить РН с продольным разделением ступеней. Почему именно так?
Дело в том, что идея «пакетных» ракет в реалии пока еще не применяется и скорее всего применятся не будет. При пакетном соединении блоков (ракет) ступени в идеале подача топлива к двигателю блока ступени осуществляется не из бака этого самого блока, а из баков, наиболее удаленных от двигателя данного блока ступени.
Все блоки пакетной ступени запускаются на старте одновременно. В случае, если мы имеем 4 блока ступени выполненных в пакетном соединении, подача топлива к 1 блоку будет осуществляться транзитом через блоки 2 и 3 от блока 4 (это как пример). После того, как 4 блок опустеет, он отделяется, и подача топлива к 1 блоку транзитом через 2 будет реализовываться от 3 блока. И так по цепочке.
Реализация такой схемы технически крайне сложна ввиду необходимости правильной постановки симметрии блоков ступени, их зеркального отражения относительно друг друга, монтаж системы подачи топлива. Помимо этого, не синхронное отделение блоков ступени будет вызывать вращение РН и ее отклонение от заданного курса вывода на орбиту, поэтому так же необходимо разрабатывать гибкую систему стабилизации РН и монтаж дополнительного блока маневровых двигателей.
Но частично такая схема все же может быть и будет реализована на РН «Тяжелый Сокол» (Falcon Heavy)
Изначально планировалась возможность установки уникальной системы перекрёстной подачи топлива (cross-feed propellant system), позволяющей двигателям центрального блока использовать топливо из боковых ускорителей в первые минуты после старта. Это давало бы возможность сохранить больше топлива в центральном блоке для более продолжительной его работы после отделения боковых блоков, и, как следствие, увеличить максимальную массу выводимой полезной нагрузки. Впоследствии приоритет разработки данной системы был снижен из-за нежелания дополнительно усложнять конструкцию, а также из-за отсутствия на рынке спроса на столь тяжёлую полезную нагрузку, но работа над разработкой данной системы продолжается.
Разработчиком такой системы можно смело назвать Михаила Клавдиевича Тихонравова, который в 1947 году разработал такой вариант разделения ступеней с названием «ракетные пакеты».
Михаил Клавдиевич, хорошо зная труды Циолковского, предложил исследования составных ракет. В отделе стали разрабатываться приемлемые способы расчёта траекторий полёта составных ракет пакетной схемы, отыскания оптимальных конструктивно-баллистических параметров ракет.
Работы шли достаточно быстро и уже в начале 1948 года при ОКБ С.П. Королева был получен ряд результатов, свидетельствующих о возможности создания составных ракет в недалёком будущем. Михаил Клавдиевич сообщил об этом С. П. Королёву и собственно благодаря этому и началась разработка изначально межконтинентальных баллистических ракет (МБР) серии Р-7 (семёрка).
Р-7 – это целое семейство РН, созданное на основе межконтинентальной баллистической ракеты в результате долгого процесса ее модернизации. Семерка была создана конструкторами куйбышевского, а сегодня самарского «ЦСКБ-Прогресс». И по сей день, начиная с 1958 года эта ракета уже в лице серии «Союз» так и производится на «Прогрессе».
На сегодня все пилотируемые запуски бывшего СССР и сегодняшней РФ осуществлены ракетами этой серии, а ввиду того, что массово используемыми образцами Р-7 являются РН серии «Союз» ошибочно «Союзом» часто называют все семейство Р-7.
Рассмотрим пример вывода на орбиту ТМА-18 с помощью РН «Союз-ФГ».
После отрыва РН от стартового комплекса (контакт подъема) на 113 секунде полета происходит отделение двигательной установки системы аварийного спасения (САС).
После, на 118 секунде полета происходит отделение первой ступени от второй. Система отделения боковых блоков первой ступени заслуживает отдельного внимания.
Система состоит из верхнего узла связи бокового блока (Б. В, Г, Д) с центральным блоком (А). Узел представляет собой шаровою опору, которая передает усилие от бокового блока на центральный. Шаровая конструкция позволяет боковому блоку разворачиваться в узле связи, но при этом конструкция предотвращает вращения бокового блока по продольной оси. На шаровой опоре расположены по три (не точно) датчика отрыва шарнира. Датчик фиксирует смещение опоры в предел на 5 мм. Если опора смещается из узла связи более, чем на 5 мм, датчик подает команду в систему управления процессом отделения бокового блока.
На боковом блоке в верхней части бака окислителя выполнено реактивное сопло. Стравливание газа из бака наддува приводит к отведению носовой части бокового блока от центрального блока.
Ниже, почти в центральной части бокового блока выполнено реактивное сопло бака горючего, которое создает дополнительную тягу и отводит боковой блок от центрального.
В нижней части бокового блока выполнен замок силовых связей с центральным блоком РН, который собственно отделяет отработавшие боковые блоки.
Алгоритм работы системы отделения боковых блоков первой ступени выглядит так (может быть не совсем точно):
РН достигла заданной скорости (определяется программой управления) >
Система управления (СУ) подает команду снижения тяги маршевого двигателя бокового блока до 75% >
Отключение рулевой камеры и двигательной установки бокового блока >
Одновременно с командой от СУ на снижение и разрыв связи верхнего узла подается команда на замок нижних силовых связей (происходит освобождение хвостовой части бокового блока. Из-за небольшого эксцентриситета тяги маршевого двигателя бокового блока к верхнему узлу связи, происходит разворот бокового блока вверх) >
Подача команды на отключение маршевого двигателя бокового блока (тяга падает до уровня, при котором боковой блок начинает отставать от центрального, и носовая часть бокового блока, шаровая опора выходит из узла связи) >
Датчик фиксирует разрыв шарнира верхнего узла связи (в результате выхода шарнирной опоры из узла связи более, чем на 5мм) >
Подача команды на открытие реактивного сопла бака окислителя (носовая часть бокового блока отводится от центрального блока) >
Подача команды на открытие сопла бака горючего (создается дополнительная тяга, которая тормозит и разворачивает боковой блок).
И боковые блоки феерично уходят от РН и падают на землю.
По поводу того, что куда падает, и кто кому за это платит можно делать отдельный пост.
Далее на 157 секунде полета происходит отделение створок головного обтекателя, который защищает полезную нагрузку (КА) в нижних слоях атмосферы от перегрузок и разрушения, а также придает конструкции РН аэродинамическую обтекаемость, что очень важно в нижних слоях атмосферы.
Затем на 285 секунде подается команда на отделение второй ступени и на 287 секунде происходит отделение второй ступени от третей.
На 297 секунде происходит сброс хвостового отсека третей ступени и запуск двигателей третей ступени.
Затем на 524 секунде полета подается команда на отделение КА от третей ступени и на 528 секунде происходит само отделение (контакт отделения).
На протяжении всего полета РН в режиме реального времени на наземные пункты контроля поступают данные телеметрии РН. В настоящее время телеметрию РН принимают на комплекс МКА-9 с антенной «Ромашка»:
Первая ступень – боковые блоки (Б,В,Г,Д);
Вторая ступень – центральный блок А;
Третья ступень – блок И.
Полезная нагрузка и дополнительные разгонные блоки для нее не являются ступенями РН.
В составе первой ступени у РН «Союз-ФГ» применяются двигатели РД 107А в количестве 4х штук на каждый блок.
Вторя ступень оснащена двигателями РД-108А
Третья ступень двигателем РД-0110.
Вывод КА на орбиту с помощью РН автоматический. На каждый полет составляется циклограмма полета, на основании которой строится программа полета РН и вносятся коррективы в систему управления.
И в заключение этого поста небольшая такая заминка. При СГАУ (Самарский Государственный Аэрокосмический Университет) в качестве методического материала применялось пособие (не знаю применяется ли сейчас) «Основы устройства ракет» в редакции гражданина Александра Ивановича Шулепова. Не имею ничего против данной методички, материал довольно неплохой, компактный, но есть там один интересный момент, а именно:
Методичка в качестве примера строения ракет приводит вот такие иллюстрации
То есть дает понять, что вся РН в данном случае на этапе старта с СК (стартовый комплекс) является первой ступенью, в состав первой ступени входят вторая и третья ступени. При том в качестве второй ступени выступают боковые блоки, которые априори «поджигаются» первыми. Но не суть.
В целом такой подход имеет место быть, если рассматривать РН, не как техническое устройство, а как процесс выведения полезного груза куда – либо. То есть в момент отрыва РН от СК она как процесс являет собой работу первой ступени, затем, после отделения боковых блоков она уже является второй ступенью. В этом случае такой подход к описанию РН можно применить, но никак не в случае, если РН рассматривается, как устройство, аппарат.
Ввиду этого, как я понял, в свет вышли студенты, которые теперь будут утверждать, что вся РН – это и есть первая ступень. Только вот как процесс РН в период ее вывода КА на орбиту не рассматривается, а рассматривается именно как устройство.
Диспетчер согласно циклограмме, рапортует строго какая ступень работает, какая отделилась, двигатели какой ступени работают в данный момент времени не забывая сообщать об параметрах систем РН в целом.
На этом, думаю, пост можно закрывать. В следующем посте предлагаю поболтать об системе зажигания ракетного двигателя, особенно разобрать систему зажигания «Союзов».