Dzisiaj każdy start rakiety, który pojawia się w wiadomościach, wydaje się być znajomą częścią życia. Zainteresowanie ze strony mieszczan z reguły pojawia się tylko wtedy, gdy dochodzi do wielkich projektów eksploracji kosmosu lub zdarzają się poważne wypadki. Jednak jeszcze nie tak dawno, na początku drugiej połowy ubiegłego wieku, każdy start rakiety powodował, że cały kraj na chwilę zamarzał, wszyscy śledzili sukcesy i wypadki. Było to również na początku ery kosmicznej w Stanach Zjednoczonych, a potem we wszystkich krajach, w których uruchomiono własne programy lotów do gwiazd. To właśnie sukcesy i porażki tamtych lat położyły podwaliny, na których wyrosła nauka o rakietach, a wraz z nią kosmodromy i coraz bardziej zaawansowane urządzenia. Jednym słowem, rakieta z jej historią, cechami konstrukcyjnymi i statystykami zasługuje na uwagę.
Podstawowe w skrócie
Samolot nośny to wariant wielostopniowego pocisku balistycznego, któregocelem jest wystrzelenie niektórych ładunków w przestrzeń kosmiczną. W zależności od misji wystrzelonego pojazdu rakieta może umieścić go na orbicie geocentrycznej lub przyspieszyć opuszczenie strefy grawitacyjnej Ziemi.
W przeważającej większości przypadków wystrzelenie rakiety następuje z jej pozycji pionowej. Bardzo rzadko stosowany jest rodzaj startu lotniczego, kiedy urządzenie jest najpierw dostarczane przez samolot lub inne podobne urządzenie na określoną wysokość, a następnie wystrzeliwane.
Wieloetapowy
Jednym ze sposobów klasyfikacji pojazdów nośnych jest liczba zawartych w nich etapów. Urządzenia, które zawierają tylko jeden taki poziom i są w stanie dostarczyć ładunek w kosmos, pozostają dziś tylko marzeniem projektantów i inżynierów. Główny bohater w kosmodromach świata to wielostopniowy aparat. W rzeczywistości jest to seria połączonych pocisków, które są kolejno włączane podczas lotu i odłączane po zakończeniu misji.
Potrzeba takiego projektu polega na trudności w pokonaniu grawitacji. Rakieta musi unieść z powierzchni własny ciężar, na który składają się głównie tony paliwa i napędu, a także ciężar ładunku. W ujęciu procentowym ta ostatnia stanowi zaledwie 1,5-2% masy startowej rakiety. Odłączanie zużytych etapów w locie ułatwia pozostałym i sprawia, że lot jest bardziej efektywny. Ta konstrukcja ma też wadę: prezentujespecjalne wymagania dla portów kosmicznych. Potrzebna jest strefa wolna od ludzi, gdzie spadną zużyte etapy.
Wielokrotnego użytku
Oczywiste jest, że w przypadku tego projektu wzmacniacza nie można użyć więcej niż raz. Jednak naukowcy cały czas pracują nad tworzeniem takich projektów. Rakieta w pełni wielokrotnego użytku nie istnieje dzisiaj ze względu na konieczność stosowania zaawansowanych technologii, które nie są jeszcze dostępne dla ludzi. Niemniej jednak wdrożono program urządzenia częściowo wielokrotnego użytku - jest to amerykański prom kosmiczny.
Należy zauważyć, że jednym z powodów, dla których deweloperzy starają się stworzyć rakietę wielokrotnego użytku, jest chęć obniżenia kosztów wystrzeliwania pojazdów. Wahadłowiec kosmiczny nie przyniósł jednak oczekiwanych rezultatów w tym sensie.
Pierwszy start rakiety
Jeśli cofniemy się do historii problemu, to pojawienie się rzeczywistych rakiet nośnych poprzedziło stworzenie rakiet balistycznych. Jeden z nich, niemiecki „V-2”, był używany przez Amerykanów do pierwszych prób „sięgania” w kosmos. Jeszcze przed końcem wojny, na początku 1944 roku, przeprowadzono kilka wodowań pionowych. Rakieta osiągnęła wysokość 188 km.
Bardziej znaczące wyniki osiągnięto pięć lat później. Wystrzelono rakietę w Stanach Zjednoczonych na poligonie testowym White Sands. Składał się z dwóch etapów: rakiet V-2 i VAK-Kapral i był w stanie osiągnąć wysokość 402 km.
Pierwszy wzmacniacz
Jednak rok 1957 jest uważany za początek ery kosmicznej. Następnie wypuszczono pierwszy prawdziwy pojazd startowy pod każdym względem, radziecki Sputnik. Start odbył się w kosmodromie Bajkonur. Rakieta z powodzeniem poradziła sobie z zadaniem - wystrzeliła na orbitę pierwszego sztucznego satelitę Ziemi.
Wystrzelenie rakiety Sputnik i jej modyfikacji Sputnik-3 przeprowadzono w sumie cztery razy, z czego trzy zakończyły się sukcesem. Następnie na bazie tego urządzenia powstała cała rodzina rakiet nośnych, wyróżniających się zwiększonymi wartościami mocy i kilkoma innymi cechami.
Wystrzelenie rakiety w kosmos, wykonanej w 1957 roku, było pod wieloma względami przełomowym wydarzeniem. To zapoczątkowało nowy etap ludzkiej eksploracji otaczającej przestrzeni, właściwie otworzyło erę kosmosu, wskazało możliwości i ograniczenia ówczesnej technologii, a także dało ZSRR zauważalną przewagę nad Ameryką w wyścigu kosmicznym.
Nowoczesna scena
Dzisiaj rosyjskie pojazdy nośne Proton-M, amerykański Delta-IV Heavy i europejski Ariane-5 są uważane za najpotężniejsze. Wystrzelenie rakiety tego typu umożliwia wystrzelenie ładunku o masie do 25 ton na niską orbitę okołoziemską na wysokości 200 km. Takie urządzenia są w stanie przenieść około 6-10 ton na orbitę geostacjonarną i 3-6 ton na orbitę geostacjonarną.
Warto zatrzymać się przy pojazdach nośnych Proton. Odegrał znaczącą rolę w sowieckiej i rosyjskiej eksploracji kosmosu. Był używany dorealizacja różnych programów załogowych, m.in. do wysyłania modułów na stację orbitalną Mir. Z jego pomocą Zarya i Zvezda, najważniejsze bloki ISS, zostały dostarczone w kosmos. Pomimo faktu, że nie wszystkie ostatnie starty rakiet tego typu zakończyły się sukcesem, Proton pozostaje najpopularniejszym pojazdem startowym: rocznie wykonuje się około 10-12 jego startów.
Zagraniczni koledzy
"Ariane-5" jest odpowiednikiem "Protonu". Ten pojazd nośny ma wiele różnic w stosunku do rosyjskiego, w szczególności jego uruchomienie jest znacznie droższe, ale ma również dużą ładowność. Ariane-5 jest w stanie wystrzelić jednocześnie dwa satelity na orbitę geopośrednią. To właśnie wystrzelenie rakiety kosmicznej tego typu stało się początkiem misji słynnej sondy Rosetta, która po dziesięciu latach lotu stała się satelitą komety Czuriumow-Gierasimienko.
„Delta-IV” rozpoczęła swoją „karierę” w 2002 roku. Jedna z jego modyfikacji, Delta IV Heavy, według 2012 r. miała największą ładowność wśród pojazdów nośnych na świecie.
Składniki sukcesu
Udany start rakiety opiera się nie tylko na idealnych parametrach technicznych aparatu. Wiele zależy od wyboru punktu wyjścia. Lokalizacja kosmodromu odgrywa znaczącą rolę w powodzeniu misji rakiety nośnej.
Koszty energii potrzebne do wystrzelenia satelity na orbitę ulegają zmniejszeniu, jeśli kąt jego nachylenia odpowiada szerokości geograficznej obszaru, na którym odbywa się wystrzelenie. Najważniejsze jest uwzględnienie tych parametrów przy wystrzeliwaniu pojazdów dostarczanych na orbitę geostacjonarną. Idealne miejsce na początektakich rakiet jest równik. Odchylenie o stopień od równika przekłada się na konieczność zwiększenia prędkości o 100 m/s więcej. Według tego parametru, spośród ponad 20 kosmodromów na świecie, najkorzystniejszą pozycję zajmuje europejski Kourou, położony na 5º szerokości geograficznej, brazylijska Alcantara (2,2º) oraz pływający port kosmiczny Sea Launch. które mogą wystrzeliwać rakiety bezpośrednio z równika.
Kierunek ma znaczenie
Kolejny punkt jest związany z rotacją planety. Rakiety wystrzeliwane z równika natychmiast uzyskują dość imponującą prędkość w kierunku wschodnim, co wiąże się właśnie z obrotem Ziemi. W związku z tym wszystkie tory lotu z reguły układane są w kierunku wschodnim. Izrael ma pod tym względem pecha. Musi wysłać pociski na zachód, podejmując dodatkowe wysiłki, aby przezwyciężyć rotację Ziemi, ponieważ na wschodzie kraju znajdują się wrogie państwa.
Pole upuszczania
Jak już wspomniano, zużyte stopnie rakietowe spadają na Ziemię, dlatego w pobliżu kosmodromu powinna znajdować się odpowiednia strefa. Świetną opcją jest ocean. Większość kosmodromów i dlatego znajduje się na wybrzeżu. Dobrym przykładem jest przylądek Canaveral i znajdujący się tutaj amerykański port kosmiczny.
Rosyjskie lokalizacje startowe
Porty kosmiczne naszego kraju powstały podczas zimnej wojny i dlatego nie mogły znajdować się na Kaukazie Północnym ani na Dalekim Wschodzie. Pierwszym miejscem testowym wystrzeliwania pocisków był Bajkonur w Kazachstanie. Niewielka aktywność sejsmiczna, dobra pogoda przez większość roku. Ewentualny upadek elementów rakietowych na kraje azjatyckie pozostawia pewien ślad na pracy poligonu testowego. W Bajkonurze istnieje potrzeba dokładnego rozplanowania toru lotu, aby zużyte odcinki nie trafiły do obszarów mieszkalnych, a pociski nie wpadły w chińską przestrzeń powietrzną.
Kosmodrom Svobodny, położony na Dalekim Wschodzie, ma najbardziej udane rozmieszczenie pól jesiennych: spadają one na ocean. Innym portem kosmicznym, w którym często można zobaczyć start rakiety, jest Plesieck. Znajduje się na północ od wszystkich innych podobnych miejsc na świecie i jest idealnym miejscem do wysyłania pojazdów na orbity polarne.
Statystyki startów rakiet
Ogólnie rzecz biorąc, od początku stulecia aktywność w kosmodromach świata znacznie spadła. Jeśli porównamy dwa wiodące kraje w tej branży, Stany Zjednoczone i Rosję, to ten pierwszy produkuje znacznie mniej startów rocznie niż drugi. W latach 2004-2010 włącznie z amerykańskich portów kosmicznych wystrzelono 102 rakiety, które z powodzeniem wykonały swoje zadanie. Ponadto doszło do pięciu nieudanych startów. W naszym kraju pomyślnie ukończono 166 startów, a osiem zakończyło się wypadkiem.
Wśród nieudanych uruchomień urządzeń w Rosji wypadki Proton-M wyróżniają się. W latach 2010-2014 w wyniku takich awarii utracono nie tylko rakiety nośne, ale także kilka rosyjskich satelitów, a także jedno urządzenie zagraniczne. Podobna sytuacja z jedną z najpotężniejszych rakiet nośnych nie pozostała niezauważona: urzędnicy zostali zwolnieni,zaangażowanych w wystąpienie tych niepowodzeń, zaczęto rozwijać projekty mające na celu modernizację przemysłu kosmicznego naszego kraju.
Dziś, jak 40-50 lat temu, ludzie nadal interesują się eksploracją kosmosu. Obecny etap wyróżnia możliwość pełnoprawnej współpracy międzynarodowej, która jest z powodzeniem wdrażana w projekcie ISS. Jednak wiele punktów wymaga dopracowania, modernizacji lub rewizji. Chciałabym wierzyć, że wraz z wprowadzeniem nowej wiedzy i technologii statystyki startów będą coraz bardziej radosne.
