Многоступенчатая ракета: различия между версиями

м
орфография, пунктуация, typos fixed: ее → её,   → с помощью AWB
м (орфография, пунктуация, typos fixed: ее → её,   → с помощью AWB)
[[Файл:Siemenowicz_rocket.png|thumb|right|100px|Рисунок из книги Казимира Сименовича ''Artis Magnae Artilleriae pars prima'' 1650  г.]]
'''Многоступе́нчатая раке́та''' — [[летательный аппарат]], состоящий из двух или более механически соединённых [[ракета|ракет]], называемых '''ступенями''', разделяющихся в полёте. Многоступенчатая ракета позволяет достигнуть скорости большей, чем каждая из её ступеней в отдельности.
 
Один из первых эскизов многоступенчатой ракеты был представлен в 1556 году в книге военного техника [[Хаас, Конрад |Конрада Хааса]]. В XVII веке рисунок с изображением ракет был опубликован в труде военного инженера и генерала от артиллерии [[Семенович, Казимир|Казимира Семеновича]] (никаких точных сведений о месте его рождения нет), «Artis Magnae Artilleriae pars prima» ({{lang-la|}} «Великое искусство артиллерии часть первая»), напечатанном в [[1650]] году в [[Амстердам]]е, [[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 [[фейерверк]]а. Ракеты были начинены твёрдым топливом — [[порох]]ом. 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 [[Годдард, Роберт|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. [[Газ]]ы из сопел вырываются косвенно к оси ракет, чтобы не давить на следующие ракеты. Длина разбега по земле — несколько сот [[километр]]ов.
 
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 Циолковский), сама идея многоступенчатой ракеты и сегодня остаётся актуальной.
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. <br />
[[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 до 8), 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 XX в., для запуска первых искусственных спутников по космической программе США, в качестве 2-й и 3-й ступеней использовались ''пакеты'', соответственно, из 11 и из 3 твердотопливных 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 [[Space Shuttle|«Спейс-Шаттла»]]. <br />Первая ступень — боковые твердотопливные ускорители. <br />Вторая ступень — орбитальный корабль с отделяемым внешним топливным баком. При старте запускаются двигатели обеих ступеней.]]
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[[детонатором]]. При подаче импульса тока на 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 электродетонаторы всех пироболтов, соединяющих разделяемые части, одновременно подаётся импульс тока, и соединение освобождается.
 
Далее ступени должны быть разведены на безопасное расстояние друг от друга. (Запуск двигателя высшей ступени вблизи низшей может вызвать прогар еееё топливной емкостиёмкости и взрыв остатков топлива, который повредит верхнюю ступень, или дестабилизирует её полет.) При разделении ступеней в атмосфере для их разведения может быть использована аэродинамическая сила встречного потока воздуха, а при разделении в пустоте иногда используются вспомогательные небольшие твёрдотопливные ракетные двигатели.
 
На жидкостных ракетах эти же двигатели служат и для того, чтобы «осадить» топливо в баках верхней ступени: при выключении двигателя низшей ступени ракета летит по инерции, в состоянии [[свободное падение|свободного падения]], при этом жидкое топливо в баках находится во взвешенном состоянии, что может привести к сбою при запуске двигателя. Вспомогательные двигатели сообщают ступени небольшое ускорение, под действием которого топливо «оседает» на днища баков.