Многоступенчатая ракета: различия между версиями

Ракета является весьма «затратным» транспортным средством. [[Ракета-носитель|Ракеты-носители]] [[космический аппарат|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 (1,5-25–2,0%) 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#Пример расчёта массы ракеты|«Формула Циолковского»]].

[[Файл:Saturn V On Display.jpg|thumb|right|200px|Трёхступенчатая ракета с поперечным разделением «[[Сатурн-5]]» без переходников (демонстрационный экземпляр)]]

[[Файл:Soyuz 2 meridian.jpg|thumb|200px|right|Трёхступенчатая [[ракета-носитель]] с продольно-поперечным разделением «[[Союз-2]]».]]

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 вес ракеты максимален. Но ракета с продольным разделением ступеней может быть только двухступенчатой.<ref> Можно отметить, что в ракетных системах [[:en:Juno I|«Юнона I»]] и [[:en:Juno II|«Юнона II»]], применявшихся в 50-х годах XXвXX в., для запуска первых искусственных спутников по космической программе США, в качестве 2-ойй и 3-ейй ступеней использовались ''пакеты'', соответственно, из 11-и и из 3-х твёрдотопливных ракет [[:en:MGM-29 Sergeant|«Сержант»]]. Но такую компоновку следует рассматривать как ''с поперечным разделением'', поскольку совмещения работы ступеней по времени здесь нет.</ref><br />

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-2 (ракета-носитель)|«Союз»]].

[[Файл:Shuttle size.png|300px|thumb|left|Компоновка [[КомпоновкаSpace ЛАShuttle|Компоновка]] [[«Спейс Шаттл-Шаттла»]]а. <br />Первая ступень — боковые твёрдотопливные ускорители. <br />Вторая ступень — орбитерорбитальный корабль с отделяемым внешним топливным баком. При старте запускаются двигатели обеих ступеней.]]

[[Файл:Space Shuttle Columbia launching.jpg|thumb|right|200px| Старт [[СпейсSpace ШаттлShuttle|«Спейс-Шаттла»]]а.]]

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.

При продольном разделении на корпусе второй ступени создаются силовые бандажи (передний и задний), к которым крепятся блоки первой ступени. <br />

Элементы, соединяющие части составной ракеты, сообщают ей жёсткость цельного корпуса, а при разделении ступеней должны практически мгновенно освобождать верхнюю ступень. Обычно соединение ступеней выполняется с помощью ''пироболтов''. Пироболт — это крепёжный болт, в стержне которого рядом с головкой создается полость, заполняемая [[Бризантность|бризантным]] взрывчатым веществом с электро[[детонатордетонатором]]ом. При подаче импульса тока на электро[[детонатор]]электродетонатор происходит взрыв, разрушающий стержень болта, в результате чего его головка отрывается. Количество взрывчатки в пироболте тщательно дозируется, чтобы, с одной стороны, гарантировать отрыв головки, а, с другой — не повредить ракету. При разделении ступеней на [[детонатор|электродетонаторы]] всех пироболтов, соединяющих разделяемые части, одновременно подаётся импульс тока, и соединение освобождается. <br />