Многоразовые ракеты: как это работает

В настоящее время наше дно мирового океана — это ракетное кладбище, забитое расходуемыми снарядами тысяч ракет, используемых для отправки спутников и людей в космос. Это мощи прошлого века. Создание ракеты-носителя типа Falcon 9, разработанной аэрокосмической компанией SpaceX, означает, что теперь можно повторно использовать первый этап ракеты, безопасно приземляющийся на Землю.

Достижение кажется настолько невероятным для некоторых, что существует онлайн-сообщество скептиков SpaceX. Несколько их видео на YouTube, таких как «SpaceX Rocket Camera Landing Footage Fakery», были просмотрены более миллиона раз.

Принцип работы Falcon 9

Falcon 9 — двухступенчатая ракета. Десять двигателей первого этапа ускоряют подъем и переносят ракету на высоту около 100 км — на край космоса. Здесь начинается второй этап, в ходе его проведения отделяется и запускается собственный двигатель, чтобы вывести полезную нагрузку на орбиту. Первый этап возвращается на Землю.

Двигатели холодного газа

Усилитель первой ступени Falcon 9 оснащен небольшими двигателями вблизи, которые выпускают газообразный азот. Вскоре после отделения от второй ступени, контролируемый взрыв «сбрасывает» ракеты, чтобы подготовить ее к возвращению на Землю.

Топливные баки

Первый этап Falcon 9 оснащен дополнительными топливными баками, которые обеспечивают питание двигателей для возврата на платформу. После того, как ступень отделяется, начинает работать три двигателя, они замедляют скорость повторного входа ракеты в атмосферу. Эти двигатели снова срабатывают, когда ракета приближается к платформе посадки. В целом, первый этап замедляется от максимальной скорости 4700 км/ч до скорости посадки всего 20 км/ч.

Двигатели

Девять двигателей Merlin 1 с ускорителем первой ступени Falcon 9 дают ракете 600 тонн тяги, необходимой для подъема. Для стабильности двигатели расположены в том, что SpaceX вызывает конфигурацию «octaweb» — один центральный двигатель. Каждый двигатель может изменять угол тяги, контролируя траекторию во время взлета и посадки.

Бортовой компьютер

Непредсказуемые эффекты окружающей среды, такие как изменения давления воздуха, означают, что точность траектории ракеты не может быть разработана до запуска. Бортовой компьютер Falcon 9 должен делать это на лету, и через долю секунды, прежде чем закончится топливо. По меньшей мере десяток датчиков подают информацию об ориентации, положении, скорости, ускорении и высоте судна. «Посадка происходит настолько быстро, что никто не сможет реагировать достаточно быстро, чтобы обеспечить плавное приземление, — говорит Хью Хант, эксперт в области инженерной динамики и вибрации в Кембриджском университете.

Посадочные ножки

Четыре ноги, изготовленные из прочного, легкого углеродного волокна, разворачиваются непосредственно перед посадкой. Каждая нога имеет амортизирующую систему, которая поглощает силу удара. Таким образом, ступень успешно приземляется на платформу, не повреждая основные элементы системы.

Дронная баржа

Как и другие ракеты, Falcon 9 запускается с мест вблизи океана, поэтому, когда ракета-носитель первой ступени возвращается на Землю, под ней нет ничего, кроме открытого моря. При этом технически возможно, чтобы Falcon 9 возвращалась на свою стартовую панель, но это бы занимало гораздо больше дорогостоящего ракетного топлива. Гораздо дешевле приземлиться в море, а затем отправить ракету обратно.

Посадочные баржи — это платформы размером с футбольное поле, оснащенные собственным набором датчиков, которые находятся в постоянной связи с ракетой. Им дали красочные имена, взятые с космических кораблей в научно-фантастическом романе Иэна М. Бэнкса.

Перспективы

Несмотря на то, что в SpaceX не оглашают точных цифр, представитель сказал, что стоимость ремонта и повторного использования ракеты — «существенно меньше половины» стоимости строительства нового. В конечном итоге SpaceX планирует сократить время обработки до 24 часов.

Следующей эволюцией космических программ является Falcon Heavy. Это супертяжелая ракета-носитель, способная поднимать в несколько раз больше полезной нагрузки. За ракетами такого типа — будущее космонавтики и освоения космоса. Именно поэтому аэрокосмическим агентствам всего мира следует задуматься над усовершенствованием технологий. Значительное снижение расходов на запуск людей и спутников позволит направить эти ресурсы на совершение научных и технологических прорывов.