Многоступенчатая ракета
Многоступе́нчатая раке́та — летательный аппарат, состоящий из двух или более механически соединённых ракет, называемых ступенями, разделяющихся в полёте. Многоступенчатая ракета позволяет достигнуть скорости большей, чем каждая из её ступеней в отдельности.
Содержание
История
Один из первых рисунков с изображением ракет был опубликован в труде военного инженера и генерала от артиллерии Казимира Семеновича, уроженца Витебского воеводства Речи Посполитой, «Artis Magnae Artilleriae pars prima» (лат. «Великое искусство артиллерии часть первая»), напечатанном в 1650 году в Амстердаме, Нидерланды. На нём — трехступенчатая ракета, в которой третья ступень вложена во вторую, а обе они вместе — в первую ступень. В головной части помещался состав для фейерверка. Ракеты были начинены твёрдым топливом — порохом. Это изобретение интересно тем, что оно более трёхсот лет назад предвосхитило направление, по которому пошла современная ракетная техника.
Впервые идея использования многоступенчатых ракет была выдвинута американским инженером Робертом Годдардом в 1914 году, и был получен патент на изобретение. В 1929 г. К.Э. Циолковский выпустил в свет свою новую книгу под заглавием «Космические ракетные поезда». Этим термином К. Циолковский назвал составные ракеты или, вернее, агрегат ракет, делающих разбег по земле, потом в воздухе и, наконец, в космическом пространстве. Поезд, составленный, например, из 5 ракет, ведётся сначала первой — головной ракетой; по использовании её горючего, она отцепляется и сбрасывается на землю. Далее, таким же образом, начинает работать вторая, затем третья, четвёртая и, наконец, пятая, скорость которой будет к тому времени достаточно велика, чтобы унестись в межпланетное пространство. Последовательность работы с головной ракеты вызвана стремлением заставить материалы ракет работать не на сжатие, а на растяжение, что позволит облегчить конструкцию. По Циолковскому, длина каждой ракеты — 30 метров. Диаметры — 3 метра. Газы из сопел вырываются косвенно к оси ракет, чтобы не давить на следующие ракеты. Длина разбега по земле — несколько сот километров.
Несмотря на то, что в технических деталях ракетостроение пошло во многом по другому пути (современные ракеты, например, не «разбегаются» по земле, а взлетают вертикально, и порядок работы ступеней современной ракеты — обратный, по отношению к тому, о котором говорил Циолковкий), сама идея многоступенчатой ракеты и сегодня остаётся актуальной.
В 1935 году Циолковский написал работу «Наибольшая скорость ракеты», в которой утверждал, что при уровне технологии того времени достичь первой космической скорости (на Земле) можно только с помощью многоступенчатой ракеты. Это утверждение сохраняет свою справедливость и сегодня: все современные носители космических аппаратов — многоступенчатые. Первым рукотворным объектом, пересекшим линию Кармана и вышедшим в космос, была одноступенчатая немецкая ракета Фау-2. Высота полётов достигала 188 км.
Принцип действия многоступенчатой ракеты
Ракета является весьма «затратным» транспортным средством. Ракеты-носители космических аппаратов «транспортируют», главным образом, топливо, необходимое для работы их двигателей, и собственную конструкцию, состоящую в основном из топливных контейнеров и двигательной установки. На долю полезной нагрузки приходится лишь малая часть (1,5-2,0%) стартовой массы ракеты.
Составная ракета позволяет более рационально использовать ресурсы за счёт того, что в полёте ступень, выработавшая своё топливо, отделяется, и остальное топливо ракеты не тратится на ускорение конструкции отработавшей ступени, ставшей ненужной для продолжения полёта. Пример расчёта, подтверждающего эти соображения, приводится в статье Формула Циолковского.
Конструктивно многоступенчатые ракеты выполняются c поперечным или продольным разделением ступеней.
При поперечном разделении ступени размещаются одна над другой и работают последовательно друг за другом, включаясь только после отделения предыдущей ступени. Такая схема даёт возможность создавать системы, в принципе, с любым количеством ступеней. Недостаток её заключается в том, что ресурсы последующих ступеней не могут быть использованы при работе предыдущей, являясь для неё пассивным грузом.
При продольном разделении первая ступень состоит из нескольких одинаковых ракет (на практике, от 2-х до 8-и), работающих одновременно и располагающихся вокруг корпуса второй ступени симметрично, чтобы равнодействующая сил тяги двигателей первой ступени была направлена по оси симметрии второй. Такая схема позволяет работать двигателю второй ступени одновременно с двигателями первой, увеличивая, таким образом, суммарную тягу, что особенно нужно во время работы первой ступени, когда масса ракеты максимальна. Но ракета с продольным разделением ступеней может быть только двухступенчатой. [1]
Существует и комбинированная схема разделения — продольно-поперечная, позволяющая совместить преимущества обеих схем, при которой первая ступень разделяется со второй продольно, а разделение всех последующих ступеней происходит поперечно. Пример такого подхода — отечественный носитель Союз.
Уникальную схему двухступенчатой ракеты с продольным разделением имеет космический корабль Спейс Шаттл, первая ступень которого состоит из двух боковых твёрдотопливных ускорителей, а на второй ступени часть топлива содержится в баках орбитера (собственно многоразового корабля), а большая часть — в отделяемом внешнем топливном баке. Сначала двигательная установка орбитера расходует топливо из внешнего бака, а когда оно будет исчерпано, внешний бак сбрасывается и двигатели продолжают работу на том топливе, которое содержится в баках орбитера. Такая схема позволяет максимально использовать двигательную установку орбитера, которая работает на всём протяжении вывода корабля на орбиту.
Увеличение числа ступеней даёт положительный эффект только до определённого предела. Чем больше ступеней — тем больше суммарная масса переходников, а также двигателей, работающих лишь на одном участке полёта, и, в какой-то момент, дальнейшее увеличение числа ступеней становится контрпродуктивным. В современной практике ракетостроения более четырёх ступеней, как правило, не делается.
При выборе числа ступеней важное значение имеют также вопросы надёжности. Пироболты и вспомогательные РДТТ — элементы одноразового действия, проверить функционирование которых до старта ракеты невозможно. Между тем, отказ только одного пироболта может привести к аварийному завершению полёта ракеты. Увеличение числа одноразовых элементов, не подлежащих проверке функционирования, снижает надёжность всей ракеты в целом. Это также заставляет конструкторов воздерживаться от слишком большого количества ступеней.
Ступень ракеты
Смотреть что такое «Ступень ракеты» в других словарях:
Ступень ракеты — СТУПЕНЬ, и, мн. и, ей и ей, ж. Толковый словарь Ожегова. С.И. Ожегов, Н.Ю. Шведова. 1949 1992 … Толковый словарь Ожегова
ступень ракеты — raketos pakopa statusas T sritis Gynyba apibrėžtis Daugiapakopės raketos dalis, užtikrinanti jos skriejimą tam tikrame aktyviojo trajektorijos ruožo etape. Raketos pakopą sudaro raketinis variklis, talpykla su raketinio kuro atsargomis, kuro… … Artilerijos terminų žodynas
ступень ракеты — raketos pakopa statusas T sritis apsauga nuo naikinimo priemonių apibrėžtis Daugiapakopės raketos dalis, užtikrinanti jos skriejimą tam tikrame aktyviojo trajektorijos ruožo etape. Raketos pakopą sudaro raketinis variklis, talpykla su raketinio… … Apsaugos nuo naikinimo priemonių enciklopedinis žodynas
ступень ракеты-носителя — 74 ступень ракеты носителя: Отделяемая часть ракеты носителя, состоящая из одного или нескольких ракетных блоков и обеспечивающая полет ракеты космического назначения или ракеты носителя на определенных участках траектории. Примечание Ступени… … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации
Боевая ступень ракеты стратегического назначения — Отделяющаяся в полете составная часть ракеты, включающая один или несколько боевых блоков, системы и устройства, предназначенные для обеспечения функционирования боевых блоков ракеты, разведения их в заданные точки прицеливания или преодоления… … Энциклопедия РВСН
СТУПЕНЬ — СТУПЕНЬ, и, мн. и, ей и ей, жен. 1. (ей). Один из выступов, составляющих лестницу, а также поперечная плита, доска, на к рую ступают при подъёме или спуске. Подняться на две ступени. 2. (ей), перен. Уровень в развитии чего н. Поднять работу на… … Толковый словарь Ожегова
ступень — 3.16 ступень: Простейшее средство доступа, состоящее из ровной плоской поверхности. Источник: ГОСТ Р 53487 2009: Безопасность аттракционов. Оборудование надувное игровое. Требования безопасности. Методы испытаний … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации
Ступень разведения — Автономный блок разведения ракеты LGM 30G с установленными на его платформе тремя боевыми блоками W78 … Википедия
СТУПЕНЬ — (1) часть компрессора, турбины, совокупность устройств тепловых машин и двигателей, обеспечивающие требуемый уровень перепада давления, развития скорости, передачи мощности и т. п.; (2) С. ракеты отделяемая часть многоступенчатой (см.),… … Большая политехническая энциклопедия
Ступень — Ступень: Ступень в архитектуре часть лестницы. Ступень в музыке один из звуков звукоряда Ступень в технике грузонесущий элемент лестничного полотна эскалатора. Ступень в физике твёрдого тела место открытого нижнего слоя… … Википедия
Космические ракеты: на чем человечество покоряет Вселенную
4 октября 1957 года на орбиту нашей планеты был выведен первый искусственный спутник ИСЗ-1. С тех пор прошло более шестидесяти лет, и сегодня полеты в космос – давно привычное дело. Освоение околоземного пространства стало возможным благодаря ракетам-носителям (РН) – особому классу летательных аппаратов, способных победить земное притяжение.
Современные ракеты-носители на химическом топливе трудно назвать идеальным средством покорения Вселенной. После каждого запуска эти сложнейшие многотонные изделия сгорают в атмосфере или превращаются в груду металлолома. Именно поэтому запуски космических аппаратов обходятся так дорого. Однако пока это единственный способ побороть притяжение нашей планеты, и вряд ли человечество в ближайшие годы придумает что-нибудь более эффективное.
Многие годы монополия на ракетную сферу принадлежала государствам, но сегодня ситуация меняется. Тенденция последнего десятилетия – бурное развитие частных космических компаний, которые не только строят прекрасные ракеты, но и вынашивают планы по колонизации других планет. Самой известной из них, несомненно, является SpaceX Илона Маска.
Что такое космические ракеты
Ракета-носитель – это разновидность баллистической ракеты, которая способна вывести полезную нагрузку за пределы атмосферы планеты. Как правило, РН имеют несколько ступеней, для их запуска используют вертикальный или воздушный старт. Ракеты космического назначения могут выводить грузы на низкие опорные, геопереходные и геостационарные (ГСО) орбиты.
Полезная нагрузка, доставляемая на орбиту, является лишь малой долей (ничтожные 1,5-2,0 %) от общего веса ракеты. Ее основную массу составляют элементы конструкции, а также окислитель и топливо. Получается, что РН поднимает в первую очередь саму себя и лишь в небольшой степени полезный груз.
Для повышения эффективности ракеты составляют из нескольких ступеней, каждая из которых имеет топливный бак и двигатель и, по сути, является самостоятельной ракетой. Ступени включаются одна за другой, работают до полного исчерпания топлива, а затем сбрасываются, уменьшая общий вес РН. Достичь космического пространства способна и одноступенчатая ракета, что было доказано еще немецкой «Фау-2», но она не может выйти на стабильную орбиту спутника планеты или вывести на него полезный груз.
Существует два варианта компоновки РН: с поперечным и продольным разделением ступеней. В первом случае они находятся одна за другой и включаются поочередно. Подобная схема, например, использована на «фальконах» Маска. Во втором – несколько небольших ракет первой ступени симметрично размещены вокруг корпуса второй и работают одновременно.
Используют и комбинированную схему. Например, она применяется на российских «Союзах» и «Протонах». В этом случае первая и вторая ступень разделяются поперечно, а после их отделения начинает работу третья ступень.
Важнейшим элементом ракеты-носителя является двигатель. Он выбрасывает раскаленное вещество и, в соответствии с третьим законом Ньютона, толкает аппарат в противоположную сторону. В зависимости от типа используемого топлива, РН бывают:
Твердотопливные двигатели отличаются простотой конструкции и невысокой стоимостью, но на космических ракетах, как правило, используются двигатели на жидком топливе. Они позволяют регулировать тягу в широких пределах, а также производить многократные включения и выключения. Последняя особенность особенно важна при маневрировании на орбите. Существует множество типов ЖРД: с открытым и закрытым циклом, с частичной и полной газификацией топлива.
Важнейшая характеристика любой ракеты-носителя – вес полезной нагрузки, который она способна забросить на низкую околоземную орбиту (НОО). Исходя из нее, выделяют следующие классы РН:
Самой мощной и грузоподъемной из когда-либо построенных считается американская сверхтяжелая ракета-носитель «Сатурн-5». Она использовалась в программе «Аполлон» и могла вывести на НОО 140 тонн.
Немного истории
Первыми строить ракеты начали китайцы еще во II веке до н. э. Эти «девайсы» начиняли порохом и использовали для фейерверков и иных развлечений. Ракеты неоднократно пытались применять в военном деле, впрочем, без особого успеха. Только в начале XIX столетия полковнику Конгриву удалось создать более-менее эффективные боевые ракеты для британской армии. Позже они были приняты на вооружение в Пруссии, России, Швеции, Саксонии.
Впервые идею о применении ракет для исследования космического пространства высказал Константин Циолковский в начале XX столетия, он же предложил многоступенчатую схему ракет-носителей.
Отцом современного ракетостроения считается американец Роберт Годдард, который, в отличие от Циолковского, больше интересовался практической стороной вопроса. Ему первому в мире удалось создать жидкостную ракету и успешно испытать ее. Это произошло в 1926 году – изделие Годдарда поднялось на целых 12,5 метров!
Реваншем США стала программа «Аполлон», в ходе которой на Луну были доставлены несколько миссий, и человек впервые ступил на поверхность другого небесного тела. Этот триумф был бы невозможен без уникальной ракеты «Сатурн-5», чьи характеристики остаются непревзойденными и сегодня.
Очень интересным американским проектом был «Спейс шаттл». Его идея заключалась в создании многоразовой системы для доставки на орбиту грузов и астронавтов. Она состояла из космического корабля, похожего на самолет, двух ускорителей и огромного топливного бака. «Шаттлы» взлетали вертикально, а садились на обычную взлетную полосу, по-самолетному. Применив такую конструкцию, разработчики надеялись существенно снизить цену одного пуска. Однако эти ожидания не оправдались – цена доставки килограмма на орбиту у «шаттла» оказалась даже выше, чем у огромного «Сатурна-5».
Советским ответом на «шаттл» стал многоразовый челнок «Буран». На орбиту его выводила ракета-носитель сверхтяжелого класса «Энергия», способная доставлять на НОО до 100 тонн груза. «Буран» совершил единственный полет в беспилотном режиме в 1988 году, в 1993 – программа была закрыта.
США и СССР недолго оставались единственными «космическими» державами. Уже к 1971 году собственные ракеты-носители сумели создать еще пять стран: Франция, Япония, Италия, Китай и Великобритания. В дальнейшем их количество продолжало расти. В последние годы космическими запусками активно занялся частный бизнес, можно сказать, что он вдохнул новую жизнь в ракетостроение.
Какие ракеты-носители используются сегодня
В последние годы рынок запусков космических аппаратов стремительно развивается. Сегодня основными игроками на нем являются: США, Китай, Россия, Европейский союз.
Россия
В нашей стране запусками аппаратов на орбиту занимается государственная корпорация «Роскосмос». И надо сказать, что дела у нее обстоят далеко не блестяще. Пользуясь мощнейшим советским заделом, РФ почти три десятилетия оставалась лидером по количеству запусков, но все хорошее когда-нибудь заканчивается. В 2016 году на первое место вышли американцы, а в 2020 году лидерство захватил Китай. Очевидно, что российский ракетный парк нуждается в обновлении, а управление отраслью – в новых подходах. Сегодня основными российскими РН являются:
Сегодня общемировая тенденция развития ракетостроения – активное привлечение в данную сферу частного капитала. Россия, имея квалифицированные кадры, инфраструктуру и богатейшую научную школу, могла вырастить своих «масков» и «безосов». Но для этого нужно кардинально менять подход к данной отрасли и избавлять ее от власти невежественных и бестолковых чиновников.
В США разработкой и постройкой ракет занимаются частные компании, и их количество в последние годы значительно выросло. НАСА, Пентагон и другие государственные структуры просто заказывают у них новую ракету или покупают услуги по выведению аппаратов на орбиту. В настоящее время в США используются следующие типы ракет-носителей:
Это далеко не полный список американских космических ракет и компаний-производителей, работающих в данной отрасли. Каждый год появляются новые фирмы и стартапы, занимающиеся космической техникой. Большая часть из них разоряется, но оставшиеся на плаву генерируют новые идеи и двигают человечество в космос.
Китай
«Великий поход». Китай покоряет околоземные пространства с помощью семейства ракет-носителей «Чанчжэн» («Великий поход»). Оно включает в себя легкие, средние и тяжелые аппараты. 27 декабря 2020 года был успешно запущен «Чанчжэн-5Y3», способный вывести на НОО 25 т. В будущем китайцы планируют с помощью этой ракеты доставлять грузы и космонавтов на Луну и Марс, а также строить собственную орбитальную станцию. Все РН этой группы используют исключительно экологически чистое топливо: жидкий кислород, керосин и жидкий водород.
Европа
«Ариан-5». Это тяжелая одноразовая ракета-носитель, предназначенная для вывода на НОО до 21 т полезного груза. Ее первый запуск состоялся еще в 1997 году, с тех пор ракета более ста раз выводила аппараты на орбиту планеты. Сегодня ведутся работы над созданием следующей модификации РН, старт которого намечен на 2023 год. «Ариан-5» – довольно дорогая ракета, каждый ее запуск обходится Европейскому космическому агентству в 160-220 млн долларов.
Отбрасывая ступени, когда у них заканчивается топливо, масса оставшейся ракеты уменьшается. Каждую последующую ступень также можно оптимизировать для конкретных рабочих условий, таких как пониженное атмосферное давление на больших высотах. Эта ступенчатая регулировка позволяет тяге остальных ступеней более легко разгонять ракету до конечной скорости и высоты.
СОДЕРЖАНИЕ
Представление
Причина, по которой требуются многоступенчатые ракеты, заключается в том, что законы физики накладывают ограничение на максимальную скорость, достижимую для ракеты с заданным отношением массы топлива к массе. Это соотношение задается классическим уравнением ракеты :
Δ v знак равно v е пер ( м 0 м ж ) <\ displaystyle \ Delta v = v _ <\ text 
Дельта v, необходимая для достижения низкой околоземной орбиты (или требуемой скорости достаточно тяжелой суборбитальной полезной нагрузки), требует большего соотношения влажной и сухой массы, чем реально может быть достигнуто на одной ступени ракеты. Многоступенчатая ракета преодолевает этот предел, разбивая дельта-v на фракции. Поскольку каждая нижняя ступень опускается и срабатывает следующая ступень, остальная часть ракеты все еще движется со скоростью, близкой к скорости выгорания. Сухая масса каждой нижней ступени включает пропеллент на верхних ступенях, и каждая последующая верхняя ступень уменьшала свою сухую массу за счет отбрасывания бесполезной сухой массы отработанных нижних ступеней.
Еще одно преимущество состоит в том, что на каждой ступени может использоваться ракетный двигатель разного типа, каждый из которых настроен на свои конкретные условия эксплуатации. Таким образом, двигатели нижней ступени предназначены для использования при атмосферном давлении, в то время как верхние ступени могут использовать двигатели, подходящие для условий, близких к вакууму. Нижние ступени, как правило, требуют большей конструкции, чем верхние, поскольку они должны нести собственный вес плюс вес ступеней над ними. Оптимизация конструкции каждой ступени снижает вес всего транспортного средства и обеспечивает дополнительное преимущество.
Одним из наиболее распространенных показателей эффективности ракеты является ее удельный импульс, который определяется как тяга, приходящаяся на расход топлива (в секунду):
При изменении уравнения таким образом, чтобы тяга рассчитывалась с учетом других факторов, мы имеем:
Т знак равно я s п грамм 0 d м d т <\ displaystyle T = I _ <\ mathrm
Эти уравнения показывают, что более высокий удельный импульс означает более эффективный ракетный двигатель, способный работать в течение более длительных периодов времени. Что касается ступеней, то начальные ступени ракеты обычно имеют более низкую удельную импульсную мощность, что позволяет обменять эффективность на превосходную тягу, чтобы быстро продвинуть ракету на большую высоту. Более поздние ступени ракеты обычно имеют более высокий удельный импульс, потому что транспортное средство находится дальше за пределами атмосферы, и выхлопным газам нет необходимости расширяться против такого высокого атмосферного давления.
При выборе идеального ракетного двигателя для использования в качестве начальной ступени ракеты-носителя полезным показателем характеристик, который следует изучить, является отношение тяги к массе, которое рассчитывается по формуле:
При решении задачи расчета общей скорости или времени выгорания для всей ракетной системы общая процедура для этого выглядит следующим образом:
Важно отметить, что время выгорания не определяет конец движения ступени ракеты, так как транспортное средство все еще будет иметь скорость, которая позволит ему двигаться по инерции вверх в течение короткого промежутка времени, пока ускорение силы тяжести планеты постепенно не изменится. это вниз. Скорость и высоту ракеты после сгорания можно легко смоделировать, используя основные физические уравнения движения.
η знак равно м E + м п + м п L м E + м п L <\ displaystyle \ eta = <\ frac > + m _ <\ mathrm ϵ знак равно м E м E + м п <\ displaystyle \ epsilon = <\ frac >>>> Последней важной безразмерной величиной производительности является коэффициент полезной нагрузки, который представляет собой соотношение между массой полезной нагрузки и общей массой пустой ступени ракеты и топлива: λ знак равно м п L м E + м п <\ displaystyle \ lambda = <\ frac >>>> Сравнив три уравнения для безразмерных величин, легко увидеть, что они не независимы друг от друга, и на самом деле начальное отношение масс к конечному можно переписать в терминах конструктивного отношения и отношения полезной нагрузки: Эти коэффициенты производительности также можно использовать в качестве справочных данных о том, насколько эффективной будет ракетная система при выполнении оптимизаций и сравнении различных конфигураций для миссии. Для начального определения размеров ракеты можно использовать уравнения для получения количества топлива, необходимого для ракеты, на основе удельного импульса двигателя и общего импульса, необходимого в Н * с. Уравнение: м п знак равно я т о т / ( грамм * я s п ) <\ displaystyle m _ <\ mathrm > = I _ <\ mathrm Для современных твердотопливных ракетных двигателей будет безопасным и разумным предположение, что от 91 до 94 процентов общей массы составляет топливо. Также важно отметить, что существует небольшой процент «остаточного» топлива, которое останется застрявшим и непригодным для использования внутри бака, и его также следует учитывать при определении количества топлива для ракеты. Обычная начальная оценка этого остаточного топлива составляет пять процентов. С помощью этого соотношения и рассчитанной массы топлива можно определить массу пустой ракеты. Определение размеров ракет с использованием жидкого двухкомпонентного топлива требует немного более сложного подхода, поскольку требуются два отдельных бака: один для топлива и один для окислителя. Отношение этих двух величин известно как соотношение компонентов смеси и определяется уравнением: О / F знак равно м о Икс / м ж ты е л <\ Displaystyle O / F = м _ <\ mathrm Коэффициент полезной нагрузки может быть рассчитан для каждой отдельной ступени, и при последовательном умножении будет получен общий коэффициент полезной нагрузки всей системы. Важно отметить, что при вычислении коэффициента полезной нагрузки для отдельных ступеней полезная нагрузка включает в себя массу всех ступеней после текущей. Общий коэффициент полезной нагрузки: Ракетная система, которая реализует тандемную ступень, означает, что каждая отдельная ступень работает по порядку одна за другой. Ракета вырывается из предыдущей ступени, затем начинает последовательно прожигать следующую ступень. С другой стороны, ракета, которая реализует параллельную постановку, имеет две или более разных ступеней, которые активны одновременно. Например, у космического челнока есть два твердотопливных ракетных ускорителя, которые работают одновременно. После запуска ускорители воспламеняются, и в конце этапа два ускорителя выбрасываются, а внешний топливный бак остается для другого этапа. Большинство количественных подходов к проектированию характеристик ракетной системы сосредоточены на тандемной постановке, но этот подход можно легко изменить, включив в нее параллельную постановку. Для начала следует четко определить различные стадии ракеты. Продолжая предыдущий пример, конец первой ступени, которую иногда называют «ступенью 0», может быть определен как момент, когда боковые ускорители отделяются от основной ракеты. Исходя из этого, окончательную массу первой ступени можно считать суммой пустой массы первой ступени, массы второй ступени (основной ракеты и оставшегося несгоревшего топлива) и массы полезной нагрузки. Отработавшие верхние ступени ракет-носителей являются значительным источником космического мусора, остающегося на орбите в нерабочем состоянии в течение многих лет после использования, а иногда и больших полей обломков, образовавшихся в результате разрушения единственной верхней ступени во время нахождения на орбите. Многие первые верхние ступени, как в советских, так и в американских космических программах, не были пассивированы после завершения миссии. Во время первоначальных попыток охарактеризовать проблему космического мусора стало очевидно, что значительная часть всего мусора возникла из-за разрушения верхних ступеней ракет, в частности непассивированных верхних двигательных установок. Три стадии к орбите система запуска является широко используемой ракетой системы для достижения околоземной орбиты. В космическом корабле используются три отдельные ступени для последовательного обеспечения движения с целью достижения орбитальной скорости. Это промежуточное звено между четырехступенчатой ракетой- носителем и двухступенчатой ракетой- носителем. В других конструкциях (фактически, в большинстве современных средне- и тяжеловесных конструкций) все три ступени не встроены в основную стойку, вместо этого имеются накладные ускорители для «ступени-0» с двумя основными ступенями. В этих конструкциях ускорители и первая ступень срабатывают одновременно, а не последовательно, обеспечивая дополнительную начальную тягу для подъема полного веса пусковой установки и преодоления потерь силы тяжести и сопротивления атмосферы. Ракеты-носители сбрасываются на несколько минут полета для снижения веса. Четыре стадии к орбите система запуска является ракетной системой используется для достижения околоземной орбиты. В космическом корабле используются четыре отдельные ступени для последовательного обеспечения движения с целью достижения орбитальной скорости. Это промежуточное звено между пятиступенчатой ракетой- носителем и трехступенчатой ракетой- носителем. В других конструкциях не все четыре ступени встроены в основной стек, вместо этого есть накладные бустеры для «ступени-0» с тремя основными ступенями. В этих конструкциях ускорители и первая ступень срабатывают одновременно, а не последовательно, обеспечивая дополнительную начальную тягу для подъема полного веса пусковой установки и преодоления потерь силы тяжести и сопротивления атмосферы. Ракеты-носители сбрасываются на несколько минут полета для снижения веса.Выбор и размер компонентов
Оптимальная постановка и ограниченная постановка
Оптимально
Ограниченный
Тандем против параллельной конструкции ступеней
Верхние ступени
сборка
Пассивация и космический мусор
История и развитие
События разлуки
Трехступенчатый на орбиту
Примеры трехступенчатых орбитальных систем
Примеры двух ступеней с бустерами
Четыре ступени на орбиту
Примеры систем с четырьмя ступенями на орбиту
Примеры трех ступеней с бустерами