Научные открытия, которые привели нас в космос: Ракеты. Космическая ракета: виды, технические характеристики
| 1.1. | Этапы развития ракет и ракетной техники…………………………………….. | |
| 1.2. | Теория тел переменной массы – фундамент космонавтики. Развитие космонавтики и практической ракетной техники……………………………... | |
| 1.3. | Образование рынка космических услуг и развитие РКТ на современном этапе………………………………………………………………………………. | |
| 1.3.1. | Основные задачи, решаемые ракетно-космической техникой……………….. | |
| 1.3.2. | Работы, выполняемые на ракетно-космическом комплексе при подготовке ракет-носителей к пуску и на этапе пуска……………………………………... | |
| 1.3.3. | Состав ракетно-космического комплекса и полигона для испытаний и штатных запусков ракет-носителей…………………………………………….. | |
| Перспективы развития средств выведения…………………………………….. | ||
| Литература………...…………………………………………………..…………. |
Глава 1
Введение в ракетно-космическую технику
Этапы развития ракет и ракетной техники
История развития ракет восходит к глубокой древности. Появление ракет неразрывно связано с изобретением пороха, продукты сгорания которого создают реактивную силу, способную сообщить ракете сравнительно высокую скорость. В литературе указывается, что рецепт изготовления пороха был известен в Китае, Индии, арабских странах, но где порох появился впервые до настоящего времени неизвестно. Считается, что в Китае ракеты («огненные стрелы») применялись еще в X – XII веках.
Использование ракет в качестве оружия всегда обуславливалось относительно высокими энергетическими возможностями реактивных устройств, что делало ракеты эффективными при боевом применении. Однако постоянное соперничество других видов метания снарядов, как правило, приводило на многих этапах создания ракет к отказу от использования последних. В основном причиной отказа была низкая точность попадания в цель ракетами по сравнению с конкурирующими системами. Это связано с тем, что в неракетных системах сообщение требуемой скорости снаряду, пуле и т. д. производится на коротком участке движения снаряда по направляющей, которую можно достаточно точно навести в цель.
В результате этого сориентировать вектор скорости бросания снаряда, величина которого формируется при движении снаряда в стволе, можно сориентировать более или менее точно, и на него относительно мало влияют внешние условия полета снаряда. Однако эти же условия требуют сообщения снаряду больших ускорений, а, следовательно, и больших нагрузок, вызываемых реакциями, действующими на метательное устройство. Это заставляет изготавливать неракетную метательную систему значительно более тяжелой по сравнению с массой снаряда (в сотни раз).
В ракетной системе сообщение скорости снаряду происходит в основном вне пусковой установки, на сравнительно длинном участке траектории полета. Это приводит к тому, что ускорения снаряда невелики, поэтому невелики и нагрузки на систему метания. Вес ракетной метательной системы становится сравнимым с весом ракеты, и может отличаться всего в несколько раз.
Широкое распространение «огненные стрелы» получили в Индии. Европейцы (англичане) впервые столкнулись с «огненными стрелами» в период колонизации Индии. Изучением их занялся военный инженер полковник Вильям Конгрев. Он вывез ракеты в Англию, усовершенствовал их, и добился принятия ракет на вооружение английской армии. Ракеты достаточно широко и успешно использовались в боевых действиях английской армии. Так в 1807 году во время войны с Наполеоном английский флот при осаде Копенгагена практически полностью уничтожил город с помощью ракет. выпуск 2 стр. 152 рис. 7; стр. 159 рис. 11. Появление ракет на вооружении Англии заставило заняться ими в других странах.
В России ракеты описываются в «Уставе» Анисима Михайлова, написанного им в 1607-1621 г. При Петре I ракеты широко применялись в русской армии. В начале 80-х годов XVII века в Москве было учреждено «Ракетное заведение», которое затем было переведено в Санкт-Петербург. В начале XVIII века в нем была создана сигнальная ракета, которая состояла на вооружении русской армии больше полутора веков. вып. 2, стр. 159 рис 11.
Одним из первых создателей боевых ракет для русской армии был генерал Александр Дмитриевич Засядко (1779 – 1837 г.) Им были созданы удачные рикошетные и зажигательные ракеты, которые использовались в ракетных ротах и батареях русской армии.
В 40-х годах прошлого столетия русский ученый генерал Константинов К. И. разработал научные основы расчета и проектирования пороховых ракет. выпуск 2 стр. 160 рис. 12. Используя его методики были созданы ракеты с дальностью стрельбы до 4-5 км, которые стали эффективным оружием русской армии.
Однако развитие во второй половине XIX века нарезной артиллерии, позволившей получить большую дальность стрельбы и более высокую точность и меньшее рассеивание попадания вытеснило ракеты. Как уже отмечалось, воздействие внешних нагрузок (аэродинамических, вызванных неточностью изготовления снаряда, метательной установки и др.) на снаряд при полете на участке разгона под действием реактивной силы приводят к большим угловым отклонениям вектора скорости снаряда от требуемого значения, а следовательно и к отклонениям параметров движения снаряда по траектории. Эти отклонения значительно превышали аналогичные отклонения артиллерийских орудий, разработанных во второй половине XIX века, точность стрельбы ракетами была много ниже, чем точность попадания снарядов при стрельбе из этих орудий. Это явилось причиной отказа от использования ракет в качестве снарядов для поражения целей.
В ходе развития методов вооруженной борьбы в период бурного развития науки и техники в конце XIX – начале XX веков наметился переход к позиционным войнам, ведение которых требовало огромного напряжения всего экономического и морального потенциала стран – противников и расходования больших людских ресурсов, организации управления хозяйством этих стран, маневра силами и средствами по территории страны.
В ходе таких войн постоянно возрастали требования к возможности поражения объектов противника на значительном удалении от переднего края вооруженной борьбы сражающихся армий. К таким объектам относились центры управления, узлы коммуникаций всех типов, важнейшие центры энергоснабжения, производства промышленной продукции, скопления войск, боевой техники, основные склады различных запасов. Для нанесения морального ущерба населению страны и для сокращения его трудовых ресурсов считалось возможным нанесение ударов по крупным населенным пунктам противника.
Одной из первых попыток создания средств доставки боевого снаряда в глубокий тыл противника (по понятиям того времени) было создание в Германии в ходе первой мировой войны сверхдальнобойного оружия, предназначенного для обстрела целей, расположенных на удалении от орудия на 200-250 км.
Уникальный опыт использования этого орудия показал, что эффективность такой метательной системы крайне низка. Для доставки к цели снаряда весом 7 килограмм потребовалось создать орудие весом 350 тонн, обладающее малой скорострельностью, имеющее очень низкую живучесть в связи с крайне высокой нагрузкой на ствол при выстреле.
Кроме того, круговое отклонение снаряда от точки прицеливания, равное 2 км, было столь велико, что реально мог быть осуществлен обстрел площадных целей типа крупного города, таким был Париж. Это показало, что при подобных параметрах рассеивания повышение эффективности до приемлемого уровня может быть достигнуто только за счет резкого увеличения (в сотни раз) массы боевого заряда. То есть на пути использования для доставки такого заряда к цели ствольных систем добиться успеха было невозможно.
Развитие авиации в первые два десятилетия XX века могло позволить предположить, что использование самолетов решит поставленную задачу. Уже в конце первой мировой войны во всех крупных воюющих странах были созданы бомбардировщики, способные доставлять до тонны и больше бомбовой нагрузки на дальность 300-350 км (Fridrichshafen G-IV, Gotha G-V в Германии), (Handley Page H-12, Handley Page H-15 в Англии), (Илья Муромец в России), (Martin MB в США). Правда, в период первой мировой войны практически не было осуществлено ни одного авиационного налета на глубокие тыловые объекты противников, кроме нескольких бомбовых ударов, совершенных немецкими дирижаблями. Но накопленный опыт применения авиации для атаки наземных войск противника на переднем крае и ближних войсковых тылах, тенденция развития авиации (повышения дальности полета, скорости, грузоподъемности, развитие вооружения самолета) позволили создать теории авиационных войн, основоположники которых доказывали, что в таких войнах практически только силами авиации можно подавить сопротивление противника, нанести непоправимый ущерб экономике противника и деморализовать население. Но авторы этих теорий не учли боевые способности развивающихся средств ПВО, построенных на применении современной истребительной авиации, зенитной артиллерии, средств раннего обнаружения атакующих самолетов противника, средств связи и управления. Развитие ПВО позволяло осуществить маневр даже ограниченными силами, обеспечивая местное противодействие в оборонительных средствах.
Понимание этого привело к тому, что в странах имеющих развитую научно-техническую базу (США, СССР, Германия) возникла идея создания боевых летательных аппаратов-роботов, сочетающих возможности самолетов в достижении удаленных целей, имеющих на борту значительную полезную нагрузку с повышением надежности выполнения задачи при сравнимых затратах материальных средств на создание и производство этих аппаратов, либо за счет массового их применения в относительно дешевом варианте, либо за счет повышения их неуязвимости при полете по таким траекториям и с такой скоростью, что делало недосягаемыми для средств ПВО того времени. Наибольших успехов в реализации этой идеи добились немецкие ученые и инженеры. В значительной степени это объяснялось тем, что в европейских странах – победительницах в первой мировой войне (Англия, Франция, Италия), в США и СССР большое влияние было уделено развитию оправдавшей себя военной авиации. А в Германии Версальский мирный договор запрещал иметь и разрабатывать такую авиацию, и силы ученых были направлены на создание нетрадиционных средств нападения, инструмента подавления тыловых целей, на который не распространялись ограничения мирного договора. Таким инструментом оказались беспилотный крылатый самолет-снаряд V-1 (FZG-76) и баллистическая ракета V-2 (A4).
В Германии, которая в значительной степени сохранила научный и технический потенциал, а в середине 30-х годов получила экономические возможности создания новых систем вооружения удалось создать значительно более мощный и более эффективный, чем в других странах беспилотный баллистический аппарат и спроектировать агрегаты наземного оборудования, организовать его массовое производство, а также производство агрегатов наземного оборудования, произвести испытания всего боевого ракетного комплекса, найти, создать и опробовать организационные и эксплуатационные принципы применения.
Создание беспилотных летательных аппаратов типа самолетов-снарядов V-1 и управляемых баллистических ракет V-2 и использование опыта их эксплуатации и боевого применения резко активизировало работы над аналогичными системами вооруженной борьбы, ведущимися в различных странах мира, особенно в СССР и США.
Именно постановка на борт баллистической ракеты системы управления позволила повысить точность стрельбы ракеты по малоразмерным целям и сделать ее конкурентно-способной по эффективности любой метательной системе.
В Советском Союзе в марте 1946 года на первой послевоенной сессии Верховного Совета СССР в числе других первостепенных задач развития страны называлась задача обеспечения работ по развитию реактивной техники. В 1946 году Постановлением ЦК КПСС и Совета Министров СССР принимается решение о создании новых и развитии существующих научно-исследовательских, опытно-конструкторских и испытательных организаций, деятельность которых должна быть направлена на создание ракет различных классов и назначения, в первую очередь баллистических ракет дальнего действия, наземного оборудования, обеспечивающего их подготовку, запуск, управление полетом и измерения параметров полета.
В начале 50-х годов Советский Союз вышел на передовые рубежи по разработке и применению мощных ракет. Это позволило в 1957 году человечеству сделать первый шаг в практическом освоении Космоса – запустить искусственный спутник Земли, а затем в 1961 и первого космонавта.
При дальнейшем развитии ракетной техники ее создателями решались две задачи:
Совершенствование ракет как средства вооруженной борьбы, повышение их неуязвимости от воздействия противника и увеличение боевого могущества ракет. Решение этой задачи всегда связывалось со стремлением уменьшить габариты ракеты при сохранении или даже увеличении мощности боевого заряда, его эффективности. Это позволяло бы, в свою очередь, либо увеличить защитные свойства шахтных пусковых установок, увеличение размеров которых не допускалось международными соглашениями, либо создать приемлемых размеров подвижные ракетные комплексы разных типов. Как правило, ракеты, удовлетворяющие этим требованиям создаются твердотопливными;
Увеличение возможностей ракет как инструмента для освоения ближнего и дальнего космоса. А на этом пути в начальный период постоянно наблюдались тенденции к увеличению размеров ракет, так как задачи, которые ставились и ставятся перед ракетной техникой, требуют возможности запуска более тяжелых объектов.
На первом этапе этого развития почти все задачи освоения космоса решались путем использования в качестве средства выведения космических объектов боевых ракет и их ступеней. В дальнейшем для решения задач освоения космоса были созданы специальные носители космических средств.
Ракеты среднего и тяжелого класса, которые использовались для этой цели, оснащаются в основном ЖРД. И в настоящее время только очень небольшая часть задач по освоению космоса может решаться путем использования ступеней современных боевых ракет (ракеты двойных технологий). То есть все в большей мере прослеживается определенная дифференциация боевых ракет и ракет – носителей космических объектов.
1.2. Теория тел переменной массы – фундамент космонавтики.
Развитие космонавтики и практической ракетной техники.
В основе создания теории и практики использования ракет лежат основные положения механики тел переменной массы. Механика тел переменной массы – наука XX столетия. Современная ракетная техника доставляет новые и новые задачи для этого сравнительно недавно возникшего раздела теоретической механики.
Ракеты разных типов, реактивные снаряды, торпеды освоены сейчас промышленностью почти всех стран мира. Все ракеты суть тела, масса которых существенно изменяется во время движения. Вообще случаи движения тел, масса которых изменяется с течением времени, можно видеть во многих явлениях природы. Например масса падающего метеорита, движущегося в атмосфере, убывает вследствие того, что частицы метеорита отрываются вследствие силы сопротивления воздуха или сгорают.
Основной закон динамики точки переменной массы был открыт русским ученым профессором Петербургского политехнического института И. В. Мещерским в 1897 году . Показано, что имеется два фактора, отличающих уравнения движения точки переменной массы от уравнений Ньютона: переменность массы и гипотеза отделения частиц, определяющих добавочную или реактивную силу, создающую движение точки.
Закон движения точки переменной массы гласит: «Для любого момента времени произведение массы излучающего центра на его ускорение равно геометрической сумме равнодействующей приложенных к нему внешних сил и силы реактивной».
d(m×V)/dt = F + R
Полученное И. В. Мещерским основное уравнение движения точки переменной массы дало возможность установить количественные закономерности для различных задач. Одной из существенных гипотез, лежащих в методе Мещерского, является гипотеза близкодействия (контактного воздействия тела и отбрасываемых частиц). Допускается, что в момент отделения частицы от тела происходит явление, аналогичное удару, частица за очень малый промежуток времени получает относительную скорость V 2 , и дальнейшее взаимодействие частицы и основного тела прекращается.
Важный вклад в механику переменной массы внес русский ученый К. Э. Циолковский . В 1903 году он опубликовал работу «Исследование мировых пространств реактивными приборами», в которой обстоятельно исследовал ряд интересных случаев прямолинейного движения тел переменной массы (ракет). Простейшая задача, решенная в исследовании Циолковским, касается самого принципа реактивного движения. Изучая движение точки в среде без внешних сил, Циолковский показал, что при достаточно большой скорости отбрасывания частиц и величине отношения начальной массы точки к конечной массе можно получить весьма большие (космические) скорости.
В механике тел переменной массы Циолковскому принадлежит идея изучения таких движений точки переменной массы, когда на некоторых интервалах времени масса точки изменяется непрерывно, а в некоторые моменты времени – скачком. Это позволило построить теорию многоступенчатых ракет.
Космонавтика как наука, а затем и как практическая отрасль, сформировалась в середине XX века. Но этому предшествовала увлекательная история рождения и развития идеи полета в космос, начало которой положила фантазия, и только затем появились первые теоретические работы и эксперименты. Так, первоначально в мечтах человека полет в космические просторы осуществлялся с помощью сказочных средств или сил природы (смерчей, ураганов). Ближе к XX веку для этих целей в описаниях фантастов уже присутствовали технические средства – воздушные шары, сверхмощные пушки и, наконец, ракетные двигатели и собственно ракеты. Не одно поколение молодых романтиков выросло на произведениях Ж. Верна, Г. Уэллса, А. Толстого, А. Казанцева, основой которых было описание космических путешествий.
Все изложенное фантастами будоражило умы ученых. Так К. Э. Циолковский говорил: «Сначала неизбежно идут мысль, фантазия, сказка, а за ними шествует точный расчет».
Публикация в начале XX века теоретических работ пионеров космонавтики К. Э. Циолковского, Ф. А. Цандера, Ю. В. Кондратюка стр. 8, Р. Х. Годдарта вып. 2 стр. 174 рис. 9, Г. Гансвиндта, Р. Эно Пельтри, Г. Оберта вып. 2 стр. 175, В. Гомана в какой-то степени организовала полет фантазии, но в то же время вызвала к жизни новые направления в науке – появились попытки определить, что может дать космонавтика обществу и как она на него влияет.
Одним из пионеров ракетно-космической техники является Роберт Эно Пельтри (Einaut Pelterie) – французский ученый, инженер и изобретатель.
В космонавтику пришел после увлечения авиационной техникой. Одним из первых кто обратил внимание на возможность использования в космической технике атомной энергии.
В 1912-1913 годах Роберт Годдард (Goddard) в США разрабатывал теорию движения ракеты. Годдард вывел дифференциальное уравнение движения ракеты и разработал приближенный метод его решения, определил минимальную стартовую массу для подъема одного фунта полезного груза на разные высоты, получил значение КПД ракеты. Им была показана возможность запуска многоступенчатой ракеты и определены выгоды ее применения. С 1915 года занимался стендовыми экспериментами с ракетами на твердом топливе. В 1920 году в Вашингтоне была издана фундаментальная работа Годдарда «Метод достижения предельных высот». Эта работа относится к числу классических в истории ракетно-космической техники.
В 1921 году Годдард начал проведение экспериментальных исследований с ЖРД, используя в качестве окислителя жидкий кислород, а в качестве горючего углеводороды. Первый запуск ЖРД на стенде состоялся в марте 1922 года. Впервые успешный полет ракеты с ЖРД созданной Годдардом произошел 16 марта 1926 года вып. 2 стр. 189 рис. 26, ракета массой 4,2 кг достигла высоты 12,5 м и пролетела 56 м.
Надо сказать, что идеи соединить космическое и земное направление человеческой деятельности принадлежит основателю теоретической космонавтики К. Э. Циолковскому. Когда ученый говорил: «Планета есть колыбель разума, но нельзя вечно жить в колыбели» он не выдвигал альтернативы – либо Земля, либо космос. Циолковский никогда не считал выход в космос следствием какой-то безысходности жизни на Земле. Напротив, он говорил о рациональном преобразовании природы нашей планеты силой разума. Люди, утверждал ученый, «изменят поверхность Земли, ее океаны, атмосферу, растения и самих себя. Будут управлять климатом и будут распоряжаться в пределах солнечной системы, как и на самой Земле, которая еще неопределенно долгое время будет оставаться жилищем для человечества».
В области теоретической разработки вопросов космонавтики и межпланетных путешествий работал талантливый исследователь Ю. В. Кондратюк, который независимо от К. Э. Циолковского в своих работах «Тем, кто будет читать, чтобы строить» (1919 г.) и «завоевание межпланетных пространств» (1929 г.) получил основные уравнения движения ракеты. В ряде положений, рассмотренных в его работах были дополнены основные положения, изложенные в работах Циолковского. Например, Кондратюк предложил при полетах на Луну выводить космическую систему на орбиту ИСЗ, а затем взлетно-посадочный аппарат и направлять его к Луне. Показана энергетическая эффективность такого выведения полезной нагрузки, направляемой к Луне.
Другим крупным представителем отечественной школы космонавтики был Ф. А. Цандер. В опубликованной в 1932 году книге «Проблемы полета при помощи реактивных аппаратов» собраны материалы по конструкциям ракет, теории полета ракет, предложения по использованию в качестве топлив для ракетных двигателей некоторых металлов и сплавов.
В 1921 году по инициативе и под руководством Н. И. Тихомирова в составе Военно-исследовательского комитета при Реввоенсовете РСФСР была создана Газодинамическая лаборатория (ГДЛ), занимавшаяся разработкой реактивных снарядов на баллистических порохах. На основе этих разработок был созданы, успешно испытаны и приняты на вооружение РККА установки залпового запуска реактивных снарядов, сыгравшие немалую роль в боях на Халхин-Голе и в Великой Отечественной войне.
В мае 1929 года в ГДЛ по инициативе В. П. Глушко был создан отдел, в котором в 1930-31 годах были разработаны жидкостные реактивные двигатели ОРМ-1, и ОРМ-2 (опытные реактивные моторы).
В качестве компонентов топлива в двигателях использовалась четырех окись азота (окислитель) и толуол или смесь бензина с толуолом (горючее). Двигатели развивали тягу до 20 кг. На основе результатов испытаний в 1931-32 годах создана и испытана серия ЖРД вплоть до ОРМ-52 с тягой 250-300 кг.
В 1931 году в Москве и Ленинграде при Осовиахим были созданы группы по изучению реактивного движения (Мос ГИРД и Ленинград), которые на общественных началах объединяли энтузиастов ракетостроения.
В Мос ГИРДе работали Ф. А. Цандер, С. П. Королев, Ю. А. Победоносцев, М. К. Тихонравов и др.
В Мос ГИРДе под руководством С. П. Королева была создана по проекту Тихонравова М. К. первая ракета ГИРД-09 с двигателем тягой 25-33 кг, двигатель которой работал на гибридном топливе желеобразном бензине и газообразном кислороде стр. 10 рис. 2. Ракета была испытана в августе 1933 года. В ноябре того же года под руководством Королева С. П. Была создана ракета ГИРД-Х, работающая на жидком топливе спирте и жидком кислороде. Двигатель ракеты развивал тягу до 65 кг. Ракета создавалась по проекту Ф. А. Цандера.
В 1933 году на базе ГДЛ и Мос ГИРД был создан в системе Наркомата обороны Реактивный научно-исследовательский институт РККА (РНИИ РККА), который через несколько месяцев был передан в промышленность. В Институте в 1934-38 годах были созданы ряд ЖРД (от ОРМ-53 до ОРМ-102), причем ОРМ-65, созданный в 1936 году развивал тягу до 175 кг и был наиболее совершенным двигателем того времени.
В 1939 году по инициативе В. П. Глушко и под его руководством было создано опытное конструкторское бюро по жидкостным ракетным двигателям (ОКБ-ГДЛ) где в сороковых годах было разработано семейство авиационных ЖРД, послуживших прототипами при разработке мощных ракетных двигателей.
В СССР сразу после Второй мировой войны практические работы по космическим программам связаны с именами С. П. Королева и М. К. Тихонравова. В начале 1945 года М. К. Тихонравов организовал группу специалистов РНИИ по разработке проекта пилотируемого высотного ракетного аппарата (кабины с двумя космонавтами) для исследования верхних слоев атмосферы. Проект решено было создавать на базе одноступенчатой жидкостной ракеты, рассчитанной для вертикального полета на высоту до 200 км (проект ВР-190). Проект предусматривал решение следующих задач:
Исследование условий невесомости при кратковременном полете человека в герметичной кабине;
Изучение движения центра масс кабины и ее движения около центра масс после отделения от ракеты-носителя;
Получения данных о верхних слоях атмосферы;
Проверка работоспособности систем (разделения, спуска, стабилизации, приземления и др.), входящих в конструкцию высотной кабины.
В проекте ВР-190 впервые были предложены решения, нашедшие применение в современных КА:
Парашютная система спуска, тормозной ракетный двигатель мягкой посадки, система разделения с применением пироболтов;
Электроконтактная штанга для упредительного зажигания двигателя мягкой посадки, безкатапультная герметичная кабина с системой обеспечения жизнедеятельности;
Система стабилизации кабины за пределами плотных слоев атмосферы с применением сопел малой тяги.
В целом проект ВР-190 представлял собою комплекс новых технических решений и концепций, подтвержденных ходом развития отечественной и зарубежной ракетно-космической техники. В 1946 году материалы проекта ВР-190 были доложены Тихонравовым И. В. Сталину. С 1947 года Тихонравов со своей группой работает над идеей ракетного полета и в конце сороковых – начале пятидесятых годов показывает возможность получения первой космической скорости и запуска ИСЗ при помощи разрабатывающейся в СССР ракетной базы. В 1950-53 годах усилия сотрудников группы М. К. Тихонравова были направлены на изучение проблемы создания составных ракет и ИСЗ.
В докладе Правительству в 1954 году о возможности разработки ИСЗ С. П. Королев писал: «По вашему указанию представляю докладную записку тов. Тихонравова М. К. «Об искусственном спутнике Земли.»». В отчете о научной деятельности за 1954 год С. П. Королев отмечал: «Мы полагали бы возможным произвести эскизную разработку проекта самого ИСЗ с учетом ведущихся работ (особенно заслуживает внимания работы М. К. Тихонравова)».
Развернулись работы по подготовке запуска первого ИСЗ ПС-1 . Был создан первый Совет главных конструкторов во главе с С. П. Королевым, который в дальнейшем и осуществлял руководство космической программой СССР, ставшего лидером в освоении космоса. Созданное под руководством С. П. Королева ОКБ-1-ЦКБЭМ-НПО «Энергия» стало с начала 1950-х годов центром космической науки и промышленности в СССР. Космонавтика уникальна тем, что многое предсказанное сначала фантастами, а затем учеными свершилось воистину с космической скоростью. Всего 40 с небольшим лет прошло со дня запуска первого искусственного спутника Земли, 4 октября 1957 года стр. 37 рис. 8, а история космонавтики уже содержит серии замечательных достижений, полученных первоначально СССР и США, а затем и другими космическими державами.
Уже многие тысячи спутников летают на орбитах вокруг Земли, аппараты достигли Луны, Венеры, Марса; научная аппаратура посылалась к Юпитеру, Меркурию, Сатурну для получения знаний об этих удаленных планетах Солнечной системы.
С момента запуска первого космонавта Гагарина Ю. А. на КК «Восток», после запусков КК стр.38 рис. 9 «Салют», «Мир», СССР стал на долгое время ведущей страной мира по пилотируемой космонавтике. Крупномасштабные космические системы в интересах широкого спектра задач (в т. ч. социально-экономических и научных), интеграция космических отраслей различных стран.
Первые мощные ЖРД (созданные под руководством Глушко В. П.), реализация новых научных идей и схем, практически исключивших потери на привод ТНА выдвинули российское двигателестроение на передовые рубежи космической техники. Развитие термо-гидродинамики, теории теплопередачи и прочности, металлургии материалов, химии топлив, измерительной техники, вакуумной и плазменной технологии.
Проектирование сложных космических систем, космодромостроение, высокоточные и надежные СУ удаленных объектов метеообеспечения, спутниковая геодезия, создание информационного пространства.
Ведется борьба с загрязнением космического пространства.
В 1,5-2 раза повышается эффективность средств вооруженной борьбы.
В 20-х годах ХХ века в Германии велись практические работы по созданию ЖРД и разрабатывались проекты баллистических ракет. В работах приняли участие крупные немецкие ученые и инженеры Г. Оберт, Р. Небель, В. Ридель, К. Ридель. Герман Оберт работал над созданием ракет. Еще в 1917 г. создал проект боевой ракеты на жидком топливе (спирт и жидкий кислород), которая должна нести боевой заряд на дальность в несколько сот километров. В 1923 году Оберт написал диссертацию "Ракета в межпланетном пространстве". Дальнейшее развитие идеи Г. Оберта получили в книге "Пути осуществления космического полета" (1929 г.), в которой рассмотрен, в частности о возможности использования при межпланетных перелетах энергии солнечного излучения.
В 1957 году вышла книга Оберта "Люди в космосе", где он снова возвращается к использованию энергии излучения солнца с помощью развертываемых в космосе зеркал.
Обертом разработаны несколько проектов космических ракет с ЖРД, предлагая в качестве горючего спирт, углеводороды, жидкий водород, а в качестве окислителя жидкий кислород.
Р. Небель работал над проектом ракеты, запускающейся по наземным целям с самолета.
В. Ридель проводил экспериментальные исследования ракетных двигателей. В 1927 году в Бреслау было создано. Общество межпланетных сообщений, члены которого создали и испытали в Руссельчейме ракетную тележку.
В конце 20-х годов для проведения экспериментальных работ, направленных на создание ракет с ЖРД при отделе баллистики и боеприпасов управления вооружения рейсвера создана группа по исследованию жидкостных ракетных двигателей под руководством В. Дорнбергера. В 1932 году в Кюнельсдорфе недалеко от Берлина в специально организованной экспериментальной лаборатории начинается разработка ЖРД для баллистических ракет.
В этой лаборатории ведущим конструктором становится Вирнер фон Браун. В 1933 году группой инженеров под руководством Дорнбергера и Брауна была сконструирована баллистическая ракета с ЖРД А-1 со стартовым весом 150 кг, длину 1,4 м, диаметр 0,3 м. Двигатель развивал тягу 295 кг. Хотя конструкция оказалась неудачной, но ее усовершенствованный вариант А-2, созданный на базе А-1, в декабре 1934 года был запушен успешно на острове Боркум (Северное море). Ракета достигла высоты 2,2 км.
В 1936 году при полной поддержке командования рейхсвера группа Дорбергера - Брауна приступила к разработке баллистической ракеты с расчетной дальностью 275 км с весом головной части в 1т. Тогда же было принято решение о строительстве острова Узедом в Балтийском море научно-исследовательского ракетного центра Пенемюнде, состоящего из двух частей. Пенемюнде -Вест для испытания новых видов оружия ВВС и Пенемюнде-Ост, где проводились работы, над ракетой для сухопутных войск.
После неудачных пусков ракеты А-3 начались работы над ракетой А-4 с ЖРД, имевшей следующие тактико-технические характеристики: стартовый вес 12 т, длина 14 м, диаметр корпуса 1,6 м, размах стабилизаторов 3,5 м, тяги двигателей на Земле 25 т, дальность полета около 300 км. Круговое отклонение ракеты должно быть в пределах 0,002 - 0,003 км. Головная часть имела заряд взрывчатого вещества, равный 1 т.
Первый экспериментальный пуск ракеты А-4 состоялся 13 июня 1942 года и окончился неудачей, ракета упала через 1,5 минуты после старта 3 октября 1942 года ракета пролетела 190 км, достигнув высоты 96 км и отклонилась от расчетного места падения на 4 км.
В период с сентября 1944 года по март 1945 года командование немецких вооруженных сил направило в боевые ракетные подразделения около 5,8 тыс. ракет V-2. Почти 1,5 тыс. ракет не достигло пусковых установок. Около 4,3 тыс. ракет было запущенно в сторону Англии, Бельгии. Из них 15% достигли цели. Такой низкий процент успешных пусков объясняется конструктивными недостатками V-2. Однако был получен опыт применения ракетного оружия большой дальности, который немедленно был использован в США и СССР.
1.3. Образование рынка космических услуг и развитие РКТ на современном этапе
Если в первый период бурного развития ракетной техники решение задач в космосе осуществлялось любой ценой, для решения каждой новой задачи разрабатывалась новая, обычно более совершенная ракета, то уже в конце 60-х годов вопрос о экономической эффективности ракетной техники.
По мере роста практической ее эффективности, увеличению ее отдачи в разных сферах деятельности человека в космосе. В передовых странах, интерес к использованию ее результатов начал проявляться и в большинстве стран мира. Встал вопрос об использовании на правах аренды ракеты-носители и КО стран, имеющих эту технику, либо о создании и освоение собственных космических технологий. Первый путь привел к созданию рынка космических услуг. Однако в связи с большой стоимостью аренды космических линий связи, метеорологических, навигационных и других космических систем, во многих странах был поставлен вопрос о создании собственных средств выведения и КО.
Но часто собственных ресурсов у отдельных даже крупных государств на эти цели не хватало, поэтому начали создаваться интернациональные космические объединения по реализации крупных космических проектов, например Европейское космическое агентство и ряд других.
С конца семидесятых годов рынок космических услуг представляет собой устройство и интенсивно развивающийся сектор мировой экономической системы. Это обусловлено возрастанием потребностей в услугах, которые предоставляются на коммерческой основе с использованием ракетно-космических систем: телекоммуникаций, продукты и услуги дистанционного зондирования поверхности Земли, выведение в космос летательных аппаратов, геодезические и навигационные услуги и т. д. Кроме того, политические изменения привели к ослаблению государственного регулирования в развитии частной инициативы в сфере космической деятельности. В результате создания перспективных технологий и разработки средств выведения и космических аппаратов открылись новые возможности в освоении космоса на коммерческой основе.
12 апреля - Всемирный день авиации и космонавтики
12 апреля 1961 года советский космонавт Юрий Алексеевич Гагарин на космическом корабле «Восток» впервые в мире совершил орбитальный облет Земли, открыв эпоху пилотируемых космических полетов. Один виток вокруг земного шара продолжался 108 минут.
Развитие пилотируемых полетов у нас в стране проходило поэтапно. От первых пилотируемых кораблей и орбитальных станций к многоцелевым космическим пилотируемым орбитальным комплексам - таков путь, пройденный советской и российской пилотируемой космонавтикой.
По решению Международной авиационной федерации (ФАИ) 12 апреля отмечается как «Всемирный день авиации и космонавтики».
В Российской Федерации памятная дата «День космонавтики» установлена 12 апреля в соответствии со статьей 1.1 Федерального Закона от 13 марта 1995 года № 32-ФЗ «О днях воинской славы и памятных датах России».
Самара - столица ракетно-космической отрасли России
Космическая отрасль России - это и многочисленные конструкторские бюро, и промышленные предприятия, и испытательные полигоны, и четыре космодрома. Есть своё «правительство» - Федеральное космическое агентство. И своя «столица» с её комплексом организаций и предприятий, связанных с космическим машиностроением.
Именно в Самаре (быв. Куйбышеве) были изготовлены две ступени ракетоносителя «Восток», который
вывел на околоземную орбиту корабль с первым в мире космонавтом Юрием Гагариным. Специалисты наших КБ и заводов изготавливают лучшие ракетные двигатели - и это признают даже уверенные в своём превосходстве американцы. Именно у нас разработаны уникальные сплавы для космических ракет и аппаратов. Ракеты класса Р-7 по праву считаются самыми надёжными в мире. Одно то, что почти за пятьдесят лет произведено без малого 1700 стартов - а это превосходит по количеству пусков ракет все остальные страны мира вместе взятые, - говорит само за себя. Наши ракеты выводили автоматические аппараты и космические комплексы не только на околоземные орбиты, но и на трассы к Луне и планетам Солнечной системы.
Достижения самарских учёных, конструкторов, инженеров и рабочих, занимающихся космическим машиностроением, неоспоримы и давно признаны специалистами всего мира. Так что Самару вполне можно считать неофициальной столицей ракетно-космической отрасли России.
Где учат строить космические ракеты
Во время Великой Отечественной войны в 1942 году фронт требовал самолёты, заводы требовали инженеров. В Куйбышев (сейчас это г. Самара) были эвакуированы крупные учёные и преподаватели высших учебных заведений из Москвы, Ленинграда, Киева, Харькова, Воронежа. Они составили основу созданного в городе на Волге авиационного института.
Почти за шестьдесят пять лет существования институт, который теперь называется Аэрокосмическим университетом и носит имя легендарного Главного конструктора ракетно-космических систем С.П.Королёва, выпустил из своих стен почти 60 тысяч специалистов. Студенты и педагоги участвовали в создании Международной космической станции «Альфа» и ракетоносителя «Ямал».
Выпускники Аэрокосмического университета востребованы на предприятиях ракетно-космической отрасли как в Самаре, так и далеко за пределами города и региона. Среди них есть генеральные конструкторы, директора заводов, учёные.
Где в Самаре строят ракетно-космическую технику
Металлургический завод им. Ленина
В начале 50-х годов прошлого века в г. Куйбышеве (ныне - Самаре) началось строительство металлургического завода, одного из крупнейших в Европе. А в конце десятилетия на предприятии приступили к выпуску продукции для ракетно-космической техники - специальных сплавов. Требования к сплавам предъявлялись особые: они должны были выдерживать весьма высокие нагрузки при малом весе, обладать хорошей пластичностью при изготовлении деталей и узлов космических аппаратов, хорошей свариваемостью - для обеспечения герметичности, способностью работать длительное время - возможно, несколько десятков лет! - при сверхнизких температурах. Начиная с 1960 года, Куйбышевский металлургический завод им. Ленина, оснащённый самым современным и уникальным по тому времени оборудованием, стал основным в СССР поставщиком материалов и полуфабрикатов из алюминиевых сплавов для авиационной и ракетно-космической техники. Поставлялись материалы и полуфабрикаты для ракетоносителей семейства Р-7 - «Восток», «Восход», «Молния», «Союз»; для ракеты сверхтяжёлого класса «Энергия» и многоразового корабля «Буран»; для различных автоматических космических аппаратов.
Они готовились штурмовать Луну
Как и другие промышленные предприятия авиационно-космического комплекса г.Куйбышева (Самары), завод имени Кирова, а с 1946 года - Государственный союзный опытный завод №2, появился на экономической карте города в начале Великой Отечественной войны. Он был создан на базе нескольких эвакуированных предприятий. Во второй половине 40-х годов завод, расположившийся на берегу Волги в посёлке Управленческом, был ориентирован на разработку и производство реактивных двигателей.
Весной 1949 года главным конструктором предприятия стал Н.Д. Кузнецов (впоследствии - генеральный директор, генерал-лейтенант инженерно-технической службы, дважды Герой Социалистического Труда, академик Академии наук СССР, лауреат многих премий СССР).
В конце 50-х - начале 60-х годов ОКБ-276, как к тому времени именовалось конструкторское бюро, которым руководил
Н.Д.Кузнецов, уже занимало одно из ведущих мест в отечественном двигателестроении. Поэтому не случайным было обращение С.П. Королёва к Н.Д. Кузнецову с предложением «поработать на космос»: Главному конструктору ракетно-космических систем нужны были надёжные кислородно-керосиновые двигатели для межконтинентальной ракеты ГР-1 и «лунной» ракеты Н-1. В весьма сжатые сроки несколько двигателей для разных ступеней ракет-носителей были созданы и сданы заказчикам. Позднее, в 1968 году, были разработаны модификации этих двигателей для многоразового применения.
К сожалению, работы как по глобальной ракете (ГР) и «луннику» Н-1, так и по программе «Энергия-Буран» были свёрнуты.
Моторостроительный завод им. Фрунзе
В августе 1912 года императорским указом в России был создан новый род войск - военно-воздушные силы. Через два месяца в Москве возникло небольшое оборонное предприятие - завод «Гном». На нём стали собирать лёгкие бензиновые двигатели того же названия, что и завод, мощностью 60 л.с. Предназначались они для небольших российских самолётов-истребителей.
С развитием авиастроения в конце 20-х годов прошлого века возрастали требования к двигателям: нужны были всё более и более мощные моторы. Небольшим предприятиям такие задачи были не по силам. По предложению М.В. Фрунзе несколько заводов на базе «Гнома» объединили. Получился новый завод N 24. По просьбе моторостроителей их предприятию присвоили имя М.В. Фрунзе.
История предприятия отмечена многими выдающимися техническими достижениями. Мировые рекорды 20-х - 30-х годов: перелёты Москва - Пекин (1925 г., мотор М-5); Москва - Нью-Йорк (1929 г., мотор М-17); Москва - Северный полюс - Ванкувер (1937 г., мотор АМ-34). Русские авиаторы ставили рекорды на самолётах конструкторов Н.Н.Поликарпова и А.Н.Туполева. Машины были оснащены двигателями, изготовленными на заводе им. Фрунзе.
Перебазировавшись в начале Великой Отечественной войны в Куйбышев (сейчас - город Самара), завод стал работать на
самолётостроительные предприятия, расположившиеся по соседству. Построенные на заводах N1 и N18 «летающие танки» - штурмовики Ил-2 оснащались мощными двигателями АМ-38Ф.
Вскоре после войны завод перешёл на производство реактивных и турбовинтовых двигателей. С пятидесятых годов прошлого века началось внедрение в серийное производство семейства двигателей Генерального конструктора Н.Д.Кузнецова. Они поднимали в небо самолёты Ил-18, Ан-10, первый сверхзвуковой пассажирский лайнер Ту-144, военно-транспортный самолёт Ан-22 («Антей»).
В 1959 году с использованием жидкостных ракетных двигателей, изготовленных на предприятии, была выведена на траекторию межпланетная станция «Луна-2», а 12 апреля 1961 года на орбиту вокруг Земли - космический корабль «Восток» с Юрием Гагариным, первым космонавтом планеты. Ракетные двигатели самарского производства уже более сорока лет успешно используются для выполнения космических исследований.
В конце прошлого века завод приобрёл новый статус: сейчас это открытое акционерное общество «Моторостроитель».
История ЦСКБ берёт начало с создания в 1959 году на заводе «Прогресс» в Куйбышеве по распоряжению Главного конструктора ракетно-космических систем С.П.Королёва специального бюро - отдела N25 ОКБ-1. Основной задачей отдела было конструкторское сопровождение производства межконтинентальной баллистической ракеты Р-7. Руководителем нового подразделения стал Д.И.Козлов (впоследствии - дважды Герой Социалистического Труда, доктор технических наук, член-корреспондент РАН, действительный член ряда академий, лауреат Ленинской и Государственных премий, кавалер многих орденов, почётный гражданин Самарской области, городов Самары и Тихорецка).
Вскоре отдел преобразовывается в филиал ОКБ-1. Начиная с 1964 года, он становится головным по созданию ракет-носителей среднего класса типа Р-7 и автоматических космических аппаратов дистанционного зондирования Земли. В 1974 году филиал получает право стать самостоятельным предприятием - Центральным специализированным конструкторским бюро (ЦСКБ). Головным заводом-изготовителем, в цехах которого воплощались в металл конструкторские разработки ЦСКБ, стал завод «Прогресс».
Совместными усилиями два предприятия сделали необычайно много.
В 1959 - 1960 гг. конструкторами была разработана новая четырёхступенчатая ракета «Молния», предназначавшаяся для выведения космических станций к Луне, планетам Солнечной системы, а также спутников связи на высокие орбиты. В 1965 году был произведён пуск «Молнии-М» с автоматической межпланетной станцией «Луна-7». В дальнейшем усовершенствованная ракета использовалась для запусков станций к Венере и Марсу.
Первой полностью самостоятельной разработкой куйбышевских конструкторов стала трёхступенчатая ракета «Союз», предназначенная для выведения на низкие круговые орбиты автоматических космических аппаратов, пилотируемых и транспортных кораблей. Эксплуатация этого носителя началась в 1963 году. Позднее было создано несколько модификаций «Союза». Ракеты-носители «Союз» стали единственным отечественным средством доставки космонавтов на долговременные орбитальные станции. И до сих пор таковыми являются. Нашими носителями пользовались и американские астронавты, когда НАСА на длительное время вынуждено было приостановить эксплуатацию своих шаттлов.
Другое направление деятельности ЦСКБ - разработка и создание искусственных спутников Земли различного назначения. За период с 1965 по 1998 годы было создано и сдано в эксплуатацию Министерству обороны 17 типов спутников.
Завод «Прогресс»
Родина самарского завода «Прогресс» - Москва. Там в 1894 году была создана небольшая частная фабрика «Дукс», выпускавшая велосипеды. Продукция отличалась высоким качеством и пользовалась большим спросом - даже Николай Второй заказывал здесь детский велосипед для царевича Алексея. Велосипедами
производство не ограничилось. В 1913 году на самолёте «Ньюпор-4», построенном на заводе «Дукс», лётчик П.Н.Нестеров совершил первую в мире «мёртвую петлю», получившую впоследствии название «петли Нестерова». Первый в России дирижабль «Кречет», первые отечественные аэросани и аэропланы (по чертежам французских фирм)…«Прогресс» уже тогда стремился 
быть в лидерах («Дукс» в переводе с латинского означает вождь, ведущий).
Очевидно, не случайно впоследствии, уже при советской власти, завод «Прогресс» стал называться авиационным заводом №1. Здесь выпускалась передовая для своего времени техника - истребители и истребители- перехватчики.
Вскоре после начала Великой Отечественной войны, в октябре 1941 года, предприятие было эвакуировано в Куйбышев (ныне - город Самара), на территорию строящегося нового авиационного завода.
За годы войны было изготовлено 13088 штурмовиков Ил-2 и Ил-10.Что составляет более трети от
общего числа таких машин, произведённых за время Великой Отечественной в СССР.
Вскоре после окончания войны завод перешёл на выпуск реактивной техники - истребителей МиГ-9, затем - МиГ-15 и МиГ-17, лёгких реактивных бомбардировщиков Ил-28 и, наконец, освоил производство стратегического реактивного бомбардировщика Ту-16, который много лет был главной ударной силой советских ВВС. Всего завод построил 545 самолётов Ту-16.
В 1958 году Москва приняла решение: предприятие перепрофилируется на изготовление ракетной техники.
На заводе произошли преобразования. И 17 февраля 1959 года первая ракета Р-7, изготовленная в Куйбышеве, ушла в небо с космодрома Байконур.
Самарский космонавт на самарской ракете отправился на околоземную орбиту
Старт и полёт ракеты - ни с чем не сравнимое зрелище. Особенно полёт «элегантной» ракеты среднего класса «Союз». Ракеты семейства «Союз» - самые надёжные в мире. Коэффициент надёжности этих носителей составляет 0,996.
И вот 8 апреля 2008 года - очередной старт. Ракета «Союз-ФГ» вывела
на околоземную орбиту тройку космонавтов, которым предстоит трудиться на Международной космической станции. Командир корабля - Сергей Волков. Бортинженер - Олег Кононенко. В недавнем прошлом Олег трудился в Самаре, в Центре «ЦСКБ - Прогресс», поэтому сегодняшний пуск и для самого Кононенко, и для нас, самарцев, особенно значим. На МКС отправляется также 
женщина-космонавт из Южной Кореи Сойон Йи. Ей предстоит поработать на станции 10 дней. За это время она проведёт 14 научных экспериментов и несколько уроков прямо из космоса для южнокорейских школьников: покажет им, как работают законы физики в условиях невесомости. На МКС следующие полгода будут работать Сергей Волков, Олег Кононенко и астронавт NASA Гаррет Рейсман.
По своему составу стартовавший экипаж самый молодой и к тому же для всех участников этот космический рейс первый в жизни, такого раньше никогда не было.
Российские космонавты проведут 47 научных экспериментов в разных областях науки и совершат два выхода в открытый космос.
Командира корабля Сергея Волкова к старту провожал его отец - лётчик космонавт Александр Волков, уже трижды работавший на орбите и ставший, таким образом, основателем первой в истории «космической» династии. Её
продолжателем собирается стать сын Сергея Волкова - Егор. «Я тоже, как папа, хочу стать космонавтом», - заявил он.
Бортинженер МКС-17 Олег Кононенко планирует открыть на орбите художественную студию. «Я окончил художественную школу, возьму с собой карандаши и, возможно, буду рисовать в космосе», - сказал он на предполётной пресс-конференции в Звёздном городке. Космонавт уточнил, что уже тренировался рисовать мелками и красками, создавая на Земле условия, приближённые к невесомости, но в итоге остановил свой выбор на карандашах.
… 15 часов 16 минут. Пуск. В клубах дыма, на коротком оранжевом огненном «хвосте» самарская ракета уходит со стартового стола и всё быстрее и быстрее поднимается в весеннее казахстанское небо.
По материалам РИА Самара и агентства Роскосмос
мы разбирали важнейший компонент полета в глубокий космос – гравитационный маневр. Но в силу своей сложности такой проект, как космический полет, всегда можно разложить на большой ряд технологий и изобретений, которые делают его возможным. Таблица Менделеева, линейная алгебра, расчеты Циолковского, сопромат и еще целые области науки внесли свою лепту в первый, да и все последующие полеты человека в космос. В сегодняшней статье мы расскажем, как и кому пришла в голову идея космической ракеты, из чего она состоит и как из чертежей и расчетов ракеты превратились в средство доставки людей и грузов в космос.Краткая история ракет
Общий принцип реактивного полета, который лег в основу всех ракет, прост - от тела отделяется какая-то часть, приводящая все остальное в движение.
Кто первым реализовал этот принцип – неизвестно, но различные догадки и домыслы доводят генеалогию ракетостроения аж до Архимеда. Доподлинно о первых подобных изобретениях известно, что ими активно пользовались китайцы, которые заряжали их порохом и за счет взрыва запускали в небо. Таким образом они создали первые твердотопливные ракеты. Большой интерес к ракетам появился у европейских правительств в начале
Второй ракетный бум
Ракеты ждали своего часа и дождались: в 1920-х годах начался второй ракетный бум, и связан он в первую очередь с двумя именами.
Константин Эдуардович Циолковский - ученый-самоучка из Рязанской губернии, невзирая на трудности и препятствия, сам дошел до многих открытий, без которых невозможно было бы даже говорить о космосе. Идея использования жидкого топлива, формула Циолковского, которая рассчитывает необходимую для полета скорость, исходя из соотношения конечной и начальной масс, многоступенчатая ракета - все это его заслуга. Во многом под влиянием его трудов создавалось и оформлялось отечественное ракетостроение. В Советском Союзе начали стихийно возникать общества и кружки по изучению реактивного движения, в числе которых ГИРД - группа изучения реактивного движения, а в 1933 году под патронажем властей появился Реактивный институт.
Константин Эдуардович Циолковский.
Источник: Wikimedia.org
Второй герой ракетной гонки - немецкий физик Вернер фон Браун. Браун имел отличное образование и живой ум, а после знакомства с другим светилом мирового ракетостроения, Генрихом Обертом, он решил приложить все свои силы к созданию и усовершенствованию ракет. В годы Второй Мировой фон Браун фактически стал отцом «оружия возмездия» Рейха - ракеты «Фау-2», которую немцы начали применять на поле боя в 1944 году. «Крылатый ужас», как называли её в прессе, принес разрушение многим английским городам, но, к счастью, на тот момент крах нацизма был уже делом времени. Вернер фон Браун вместе со своим братом решил сдаться в плен к американцам, и, как показала история, это был счастливый билет не только и не столько для ученых, сколько для самих американцев. С 1955 года Браун работает на американское правительство, и его изобретения ложатся в основу космической программы США.
Но вернемся в 1930-е. Советское правительство по достоинству оценило рвение энтузиастов на пути к космосу и решило употребить его в своих интересах. В годы войны себя отлично показала «Катюша» - система залпового огня, которая стреляла реактивными ракетами. Это было во многом инновационное оружие: «Катюша» на базе легкого грузовика «Студебеккер» приезжала, разворачивалась, обстреливала сектор и уезжала, не давая немцам опомниться.
Окончание войны подкинуло нашему руководству новую задачу: американцы продемонстрировали миру всю мощь ядерной бомбы, и стало совершенно очевидно, что на статус сверхдержавы может претендовать только тот, у кого есть нечто похожее. Но здесь была проблема. Дело в том, что, помимо самой бомбы, нам нужны были средства доставки, которые бы смогли обойти ПВО США. Самолеты для этого не годились. И СССР решил сделать ставку на ракеты.
Константин Эдуардович Циолковский умер в 1935 году, но ему на смену пришло целое поколение молодых ученых, которое и отправило человека в космос. Среди этих ученых был Сергей Павлович Королев, которому суждено было стать «козырем» Советов в космической гонке.
СССР принялся за создание своей межконтинентальной ракеты со всем усердием: были организованы институты, собраны лучшие ученые, в подмосковных Подлипках создается НИИ по ракетному вооружению, и работа кипит вовсю.
Только колоссальное напряжение сил, средств и умов позволило Советскому Союзу в кратчайшие сроки построить свою ракету, которую назвали Р-7. Именно её модификации вывели в космос «Спутник» и Юрия Гагарина, именно Сергей Королев и его соратники дали старт космической эре человечества. Но из чего состоит космическая ракета?
Ракета пока является единственным транспортным средством, способным вывести космический аппарат в космос. И тогда автором первой космической ракеты можно признать К. Циолковского, хотя истоки возникновения ракет относятся к далекому прошлому. Оттуда и начнем рассматривать наш вопрос.
История изобретения ракеты
Большинство историков считает, что изобретение ракеты относится ко временам китайской династии Хань (206 год до н. э.-220 н. э.), к открытию пороха и началу его использования для фейерверков и развлечений. При взрыве порохового снаряда возникала сила, которая могла двигать различные предметы. Позже по этому принципу были созданы первые пушки и мушкеты. Снаряды порохового оружия могли летать на далёкие расстояния, однако не были ракетами, поскольку не имели собственных запасов топлива, но именно изобретение пороха стало основной предпосылкой возникновения настоящих ракет. Описание летающих «огненных стрел», применявшихся китайцами, показывает, что эти стрелы были ракетами. К ним прикреплялась трубка из уплотненной бумаги, открытая только с заднего конца и заполненная горючим составом. Этот заряд поджигался, и затем стрела выпускалась с помощью лука. Такие стрелы применялись в ряде случаев при осаде укреплений, против судов, кавалерии.
В XIII веке вместе с монгольскими завоевателями ракеты попали в Европу. Известно, что ракеты применялись запорожскими казаками в XVI-XVII вв. В XVII веке литовский военный инженер Казимир Семенович описал многоступенчатую ракету.
В конце XVIII века в Индии ракетное оружие применялось в сражениях с британскими войсками.
В начале XIX века армия также приняла на вооружение боевые ракеты, производство которых наладил Уильям Конгрив (Ракета Конгрива) . В то же время российский офицер Александр Засядко разрабатывал теорию ракет. Большого успеха в совершенствовании ракет достиг в середине позапрошлого века российский генерал артиллерии Константин Константинов . Попытки математически объяснить реактивное движение и создать более эффективное ракетное вооружение делал в России Николай Тихомиров в 1894 году.
Теорию реактивного движения создал Константин Циолковский . Он выдвигал идею использования ракет для космических полетов и утверждал, что наиболее эффективным топливом для них было бы сочетание жидких кислорода и водорода. Ракету для межпланетных сообщении он спроектировал в 1903 г.
Немецкий учёный Герман Оберт в 1920-е годы также изложил принципы межпланетного полёта. Кроме того, он проводил стендовые испытания ракетных двигателей.
Американский учёный Роберт Годдард в 1926 г. осуществил запуск первой жидкостной ракеты, в качестве топлива для которой использовались бензин и жидкий кислород.
Первая отечественная ракета называлась ГИРД-90 (аббревиатура «Группы изучения реактивного движения»). Ее начали строить в 1931 году, а испытали 17 августа 1933 года. ГИРДом в то время руководил С.П. Королев. Ракета взлетела на 400 метров и находилась в полете 18 секунд. Вес ракеты на старте был 18 килограммов.
В 1933 г. в СССР в Реактивном институте было завершено создание принципиально нового оружия - реактивных снарядов, установка для запуска которых позднее получила прозвище «Катюша» .
В ракетном центре в Пенемюнде (Германия) была разработана баллистическая ракета А-4 с дальностью полёта 320 км. Во время Второй мировой войны 3 октября 1942 г. состоялся первый успешный запуск этой ракеты, а в 1944 г. началось её боевое применение под названием V-2.
Военное применение V-2 показало огромные возможности ракетной техники, и наиболее мощные послевоенные державы - США и СССР - также начали разработку баллистических ракет.
В 1957 г. в СССР под руководством Сергея Королёва как средство доставки ядерного оружия была создана первая в мире межконтинентальная баллистическая ракета Р-7, которая в том же году была использована для запуска первого в мире искусственного спутника Земли. Так началось применение ракет для космических полётов.
Проект Н. Кибальчича
В связи с этим невозможно не вспомнить Николая Кибальчича, русского революционера, народовольца, изобретателя. Он был участником покушений на Александра II , именно он изобрел и изготовил метательные снаряды с «гремучим студнем», которые были использованы И.И. Гриневицким и Н. И. Рысаковым во время покушения на Екатерининском канале. Приговорён к смертной казни.
Повешен вместе с А.И. Желябовым, С.Л. Перовской и другими первомартовцами. Кибальчич выдвинул идею ракетного летательного аппарата с качающейся камерой сгорания для управления вектором тяги. За несколько дней до казни Кибальчич разработал оригинальный проект летательного аппарата, способного совершать космические перелёты. В проекте было описано устройство порохового ракетного двигателя, управление полетом путем изменения угла наклона двигателя, программный режим горения и многое другое. Его просьба о передаче рукописи в Академию наук следственной комиссией удовлетворена не была, проект был впервые опубликован лишь в 1918 г.
Современные ракетные двигатели
Большинство современных ракет оснащаются химическими ракетными двигателями. Такой двигатель может использовать твёрдое, жидкое или гибридное ракетное топливо. Химическая реакция между топливом и окислителем начинается в камере сгорания, получающиеся в результате горячие газы образуют истекающую реактивную струю, ускоряются в реактивном сопле (или соплах) и выбрасываются из ракеты. Ускорение этих газов в двигателе создаёт тягу - толкающую силу, заставляющую ракету двигаться. Принцип реактивного движения описывается третьим законом Ньютона.
Но не всегда для движения ракет используются химические реакции. Существуют паровые ракеты, в них перенагретая вода, вытекающая через сопло, превращается в высокоскоростную паровую струю, которая служит движителем. Эффективность паровых ракет относительно низка, однако это окупается их простотой и безопасностью, а также дешевизной и доступностью воды. Работа небольшой паровой ракеты в 2004 году была проверена в космосе на борту спутника UK-DMC. Существуют проекты использования паровых ракет для межпланетной транспортировки грузов, с нагревом воды за счёт ядерной или солнечной энергии.
Ракеты наподобие паровой, в которых нагрев рабочего тела происходит вне рабочей зоны двигателя, иногда описывают как системы с двигателями внешнего сгорания. Примерами ракетных двигателей внешнего сгорания может служить большинство конструкций ядерных ракетных двигателей.
Сейчас разрабатываются альтернативные способы поднимать космические аппараты на орбиту. Среди них «космический лифт», электромагнитные и обычные пушки, но пока они находятся на стадии проектирования.
На сегодняшний день Российская Федерация обладает самой мощной в мире космической отраслью. Россия является безоговорочным лидером в области пилотируемой космонавтики и к тому же обладает паритетом с США в вопросах космической навигации. Некоторые отставания нашей страны имеются лишь в исследованиях далеких межпланетных пространств, а также в разработках по дистанционному зондированию Земли.
История
Космическая ракета впервые была задумана российскими учеными Циолковским и Мещерским. Они же в 1897-1903 годах создали теорию ее полета. Намного позже данное направление стали осваивать зарубежные ученые. Это были немцы фон Браун и Оберт, а также американец Годдард. В мирное межвоенное время вопросами реактивного движения, а также создания для этой цели твердотопливных и жидкостных двигателей занимались лишь три страны в мире. Это были Россия, США и Германия.
Уже к 40-м годам 20 века наша страна могла гордиться успехами, достигнутыми в вопросах создания твердотопливных двигателей. Это позволило во время Второй мировой войны использовать такое грозное оружие, как "Катюши". Что касается создания больших ракет, оснащенных жидкостными двигателями, то здесь лидером была Германия. Именно в этой стране на вооружение приняли "Фау-2". Это первые баллистические ракеты, имеющие малую дальность. В период Второй мировой войны "Фау-2" использовали для бомбардировок Англии.
После победы СССР над гитлеровской Германией основная команда Вернера фон Брауна под его непосредственным руководством развернула свою деятельность в США. При этом они забрали с собой из поверженной страны все разработанные ранее чертежи и расчеты, на основании которых должна была быть построена космическая ракета. Только мизерная часть команды немецких инженеров и ученых продолжила свою работу в СССР вплоть до середины 50-х годов 20 века. В их распоряжении были отдельные части технологического оборудования и ракет без каких-либо расчетов и чертежей.
В дальнейшем как в США, так и в СССР были воспроизведены ракеты "Фау-2" (у нас это Р-1), что и предопределило развитие ракетостроения, направленного на увеличение дальности полета.
Теория Циолковского
Этого великого русского ученого-самоучку и выдающегося изобретателя считают отцом космонавтики. Им еще в 1883 году был написана историческая рукопись "Свободное пространство". В этом труде Циолковский впервые высказал мысль о том, что перемещение между планетами возможно, и нужен для этого специальный который называется "космическая ракета". Сама теория реактивного прибора была обоснована им в 1903 г. Она содержалась в труде под названием "Исследование мирового пространства". Здесь автор приводил доказательства того, что космическая ракета является тем аппаратом, с помощью которого можно покинуть пределы земной атмосферы. Эта теория явилась настоящей революцией в научной сфере. Ведь о полете на Марс, Луну и на другие планеты человечество мечтало давно. Однако ученые мужи так и не смогли определить, каким образом должен быть устроен летательный аппарат, который будет перемещаться в абсолютно пустом пространстве без опоры, способной дать ему ускорение. Данная задача была решена Циолковским, который предложил использование для этой цели Только с помощью такого механизма можно было покорить космос.
Принцип действия
Космические ракеты России, США и других стран до настоящего времени выходят на орбиту Земли при помощи ракетных двигателей, предложенных в свое время Циолковским. В этих системах происходит преобразование химической энергии топлива в кинетическую, которой обладает выбрасываемая из сопла струя. Особый процесс происходит в камерах сгорания таких двигателей. В них в результате реакции окислителя и горючего выделяется теплота. При этом продукты сгорания расширяются, нагреваются, разгоняются в сопле и выбрасываются с огромной скоростью. Ракета при этом движется благодаря закону сохранения импульса. Она получает ускорение, которое направлено в противоположную сторону.
На сегодняшний день существуют такие проекты двигателей, как космические лифты, и т. д. Однако на практике они не применяются, так как пока еще находятся в разработке.
Первый космический аппарат
Ракета Циолковского, предложенная ученым, представляла собой металлическую камеру продолговатой формы. Внешне она была похожа на аэростат или дирижабль. Переднее, головное пространство ракеты предназначалось для пассажиров. Здесь же были установлены приборы управления, а также хранились поглотители углекислоты и запасы кислорода. В отсеке для пассажиров предусматривалось освещение. Во второй, основной части ракеты Циолковский расположил горючие вещества. При их смешении происходило образование взрывчатой массы. Она зажигалась в отведенном ей месте в самом центре ракеты и выбрасывалась из расширяющейся трубы с огромной скоростью в виде горячих газов.
В течение долгого времени имя Циолковского было малоизвестно не только за рубежом, но и в России. Многие считали его мечтателем-идеалистом и чудаком-фантазером. Истинную оценку труды этого великого ученого получили только с приходом советской власти.
Создание ракетного комплекса в СССР
Значительные шаги в освоении межпланетного пространства были сделаны после окончания Второй мировой войны. Это было время, когда США, являясь единственной атомной державой, стали оказывать на нашу страну политическое давление. Первоначальной задачей, которая ставилась перед нашими учеными, было наращивание военной мощи России. Для достойного отпора в условиях развязанной в эти годы холодной войны необходимо было создать атомную, а затем и Вторая, не менее сложная задача, состояла в доставке созданного оружия до цели. Для этого и требовались боевые ракеты. С целью создания данной техники уже в 1946 г. правительством были назначены главные конструкторы гироскопических приборов, реактивных двигателей, систем управления и т. д. Ответственным за увязку в единое целое всех систем стал С.П. Королев.
Уже в 1948 г. первая из разработанных в СССР баллистических ракет прошла успешные испытания. Аналогичные полеты в США были осуществлены на несколько лет позже.
Запуск искусственного спутника
Кроме наращивания военного потенциала правительство СССР ставило перед собой задачу освоения космического пространства. Работы в этом направлении велись многими учеными и конструкторами. Еще до того как в воздух поднялась ракета межконтинентальной дальности, разработчикам подобной техники стало понятно, что, сократив полезный груз летательного аппарата, можно было добиться скорости, превышающей космическую. Этот факт говорил о вероятности вывода на земную орбиту искусственного спутника. Данное эпохальное событие произошло 4.10.1957 г. Оно стало началом новой вехи в освоении космического пространства.
Работа по освоению безвоздушного околоземного пространства потребовала огромных усилий со стороны многочисленных коллективов конструкторов, ученых и рабочих. Создатели космических ракет должны были разработать программу вывода летательного аппарата на орбиту, отладить работу наземной службы и т. д.
Перед конструкторами стояла сложная задача. Необходимо было увеличить массу ракеты и сделать возможным достижение ею второй Именно поэтому в 1958-1959 годах в нашей стране был разработан трехступенчатый вариант реактивного двигателя. С его изобретением стало возможным производить первые космические ракеты, в которых на орбиту мог подняться человек. Трехступенчатые двигатели открыли и возможность полета на Луну.
Далее ракеты-носители все более и более усовершенствовались. Так, в 1961 г. была создана четырехступенчатая модель реактивного двигателя. С ним ракета могла достичь не только Луны, но и добраться до Марса или Венеры.
Первый пилотируемый полет
Старт космической ракеты с человеком на борту впервые состоялся 12.04.1961 г. От поверхности Земли оторвался корабль «Восток», пилотируемый Юрием Гагариным. Это событие явилось эпохальным для человечества. В апреле 1961 г. освоение космоса получило свое новое развитие. Переход к пилотируемым полетам потребовал от конструкторов создания таких летательных аппаратов, которые могли бы возвращаться на Землю, безопасно преодолевая слои атмосферы. Кроме того, на космической ракете должна была быть предусмотрена система жизнеобеспечения человека, включающая регенерацию воздуха, питание и многое другое. Все эти задачи были успешно решены.
Дальнейшее освоение космоса
Ракеты типа «Восток» еще долгое время способствовали удержанию ведущей роли СССР в сфере исследования околоземного безвоздушного пространства. Их использование продолжается и до настоящего времени. Вплоть до 1964 года летательные аппараты «Восток» превосходили все существующие аналоги по своей грузоподъемности.
Несколько позже в нашей стране и в США были созданы более мощные носители. Название космических ракет такого типа, сконструированных в нашей стране, - «Протон-М». Американский подобный аппарат - «Дельта-IV». В Европе была сконструирована ракета-носитель «Ариан-5», принадлежащая к тяжелому типу. Все эти летательные аппараты позволяют выводить 21-25 тонн груза на высоту в 200 км, где располагается низкая околоземная орбита.
Новые разработки
В рамках проекта полета человека на Луну были созданы РН, принадлежащие к сверхтяжелому классу. Это такие космические ракеты США, как «Сатурн-5», а также советская Н-1. Позднее в СССР была создана сверхтяжелая ракета «Энергия», которую в настоящее время не используют. Мощным американским РН стал «Спейс шаттл». Эта ракета позволяла выводить на орбиту космические корабли массой в 100 тонн.
Производители летательных аппаратов
Космические ракеты проектировались и создавались в ОКБ-1 (Особом конструкторском бюро), ЦКБЭМ (Центральном конструкторском бюро экспериментального машиностроения), а также в НПО (Научно-производственном объединении) «Энергия». Именно здесь увидели свет отечественные баллистические ракеты всех типов. Отсюда вышли и одиннадцать стратегических комплексов, которые взяла на вооружение наша армия. Усилиями работников данных предприятий была создана и Р-7 - первая космическая ракета, которая считается самой надежной в мире и в настоящее время. С середины прошлого века на этих производствах инициировались и велись работы по всем направлениям, касающимся С 1994 г. предприятие получило новое название, став ОАО РКК «Энергия».
Сегодняшний день производителя космических ракет
РКК «Энергия» им. С.П. Королева является стратегическим предприятием России. Оно играет ведущую роль в разработке и производстве пилотируемых космических систем. Большое внимание на предприятии уделяется вопросам создания новейших технологий. Здесь разрабатываются специализированные автоматические космические системы, а также РН для вывода на орбиту летательных аппаратов. Кроме того, РКК «Энергия» активно внедряет наукоемкие технологии для производства продукции, не относящейся к освоению безвоздушного пространства.
В составе этого предприятия, помимо головного конструкторского бюро, находятся:
ЗАО «Завод экспериментального машиностроения».
ЗАО «ПО «Космос».
ЗАО «Волжское КБ».
Филиал «Байконур».
Самыми перспективными программами предприятия являются:
Вопросы дальнейшего освоения космоса и создания пилотируемой транспортной космической системы новейшего поколения;
Разработка пилотируемых летательных аппаратов, которые способны освоить межпланетные пространства;
Конструирование и создание энергетических и телекоммуникационных космических систем с использованием специальных малогабаритных рефлекторов и антенн.