Двигатели для космических полетов

ДВИГАТЕЛИ ДЛЯ КОСМИЧЕСКИХ ПОЛЕТОВ [c.19]

Двигатели для космических полетов отличаются от земных тем, что они при возможно меньшей массе и объеме должны вырабатывать как можно большую мощность. Кроме того, к ним предъявляются такие требования, как исключительно высокая эффективность и надежность, значительное время работы. [c.19]

В XIX в. авторы ряда проектов предлагали использовать ракету в качестве двигателя летательного аппарата. Наиболее близко подошел к идее использования ракетного двигателя для космического полета молодой революционер-народник, изобретатель [c.77]

Для космических полетов, осуществляемых с большими скоростями, применяют ракеты с жидкостными реактивными двигателями, в которых используют жидкое топливо и жидкие окислители (кислород, перекись водорода и др.). Распыливаемые в камере сгорания топливо и окислитель реагируют при постоянном давлении, обеспечивая образование большого количества газов с очень высокой температурой — До 2500— 3000 С. Расширяясь адиабатно, газы вытекают со сверхзвуковой скоростью, создавая струю, реакция которой и заставляет двигаться ракету. Поскольку воздух в двигатель не забирается, то и работа на сжатие воздуха не затрачивается. Сила тяги не зависит от скорости полета, что является большим преимуществом двигателей такого рода. [c.98]

Уже в настоящее время на объектах атомной промышленности гидравлические системы работают в зоне действия излучений высокой энергии. В будущем гидравлические устройства найдут широкое применение в ракетах и аппаратах для космических полетов, оборудованных двигателями, которые работают на ядерном горючем, и в других объектах атомной техники. [c.346]

Реактивный двигатель пока является единственно возможным типом двигателя для осуществления полетов в космическом пространстве. [c.211]

Технический прогресс за последние сорок лет внес некоторые коррективы в перспективы применения электрических ракет для космических полетов. Работы по электрическим ракетным двигателям, начатые в Газодинамической лаборатории,— пишет проф. Г. В. Петрович,— нашли свое продолжение в наши дни. Впервые в мире Советским Союзом в реальных условиях полета по космическим орбитам были применены ионные и плазменные электрические ракетные двигатели на корабле Восход и автоматической станции Зонд-2 , запущенных в 1964 г. (Развитие ракетостроения в СССР. М., Наука , 1968, стр. 9). Отработка электрических ракетных двигателей проводится также на искусственных спутниках Земли серии Космос и на американских космических летательных аппаратах. Однако сила тяги электрических ракет в тысячи раз меньше их веса, в чем и кроется причина невозможности их применения для старта с поверхности Земли. [c.222]

Оценочные характеристики ракетных двигателей, применяемых для космического полета [c.440]

Можно определить несколько видов баллистического или почти баллистического полета. Первым, и вероятно, наиболее важным, является запуск снаряда на баллистическую траекторию. Простейшим примером этого является снаряд, выбрасываемый из ствола орудия. Здесь управление заключается в определенной установке ствола орудия, и тяга прекращается, как только снаряд оставляет дуло орудия. Причины рассеивания снарядов можно разделить на две группы. К первой группе относятся причины, возникающие при движении снаряда в стволе орудия. Они включают разброс скорости вследствие неправильной установки ствола по азимуту и углу возвышения, что может быть названо ошибками наведения. Вторая группа причин характеризуется нестандартными атмосферными условиями, которые влияют на баллистическую часть траектории. В неуправляемой ракете процесс горения продолжается до тех пор, пока не истощится ракетное топливо. Управление на пассивной части траектории осуществляется посредством аэродинамических сил, действующих на стабилизирующие рули или на вращающееся тело ракеты. Можно сказать, что ствол орудия представляет собой активный участок траектории снаряда. В управляемой ракете скорость и положение измеряются в течение активного участка полета, причем тяга прекращается и управление осуществляется так, чтобы после включения двигателя снаряд двигался по надлежащей баллистической траектории к месту назначения. Как и для орудийных снарядов, рассеивание ракет определяется разбросом параметров движения в конце активного участка траектории и рассеиванием, возникающим в течение полета снаряда с выключенным двигателем. Для космического снаряда значительная часть полета с выключенным двигателем может происходить вне атмосферы. В этом случае аэродинамические эффекты будут давать меньшее рассеивание, чем то, которое давала бы система управления, если бы двигатель работал в течение этого периода. [c.669]

В ракетных двигателях в отличие от предыдущих видов двигателей оба компонента топлива — горючее и окислитель — транспортируются вместе с двигателем. Сила тяги ракетного двигателя поэтому не зависит ни от скорости движения двигателя, ни от свойств окружающей среды и всегда равна рУо, это же значение она сохраняет и в безвоздушном пространстве. Таким образом, ракетный двигатель— единственный двигатель, пригодный для космических и межпланетных полетов. Ракетные двигатели работают как на твердом, так и на жидком топливе. В качестве твердого топлива часто используют, например, особые сорта пороха. Ракеты с двигателем на твердом топливе обладают тем преимуществом, что они могут заправляться задолго до запуска и длительное время находиться на стартовых площадках, готовые взлететь в любой момент. В космических исследованиях основная роль принадлежит пока ракетам с двигателем на жидком топливе. [c.115]

Но успехи последнего времени определялись в этой области не только перечисленными первенствующими факторами. Они подготавливались на протяжении длительного начального периода, характерного многими оригинальными работами русских и советских изобретателей, ученых и инженеров. Начатые с разработки и улучшения конструкций фейерверочных и боевых ракет, работы эти распространились позднее на разработку проектов применения ракет как двигателей для летательных аппаратов тяжелее воздуха, на разработку основ теории реактивного движения и, наконец на разработку теории космических полетов и первых летательных аппаратов с реактивными двигателями, способных проникнуть в верхние слои атмосферы и за ее пределы. [c.409]

Электрон-3 и Электрон-4 . 16 июля и 14 ноября 1965 г. состоялись запуски тяжелых орбитальных автоматических станций Про-тон-1 (рис. 131,6) и Протон-2 , снабженных аппаратурой для исследования космических частиц высоких и сверхвысоких энергий вес каждой из этих станций — около 12 т. Затем 23 апреля и 14 октября 1965 г. на высокоэллиптические орбиты с апогеем 30—40 тыс. км были выведены спутники-ретрансляторы типа Молния-1 (рис. 131, е), оборудованные реактивными двигателями для периодической коррекции полета и обеспечиваюш ие сверхдальнюю телеграфную, телефонную и телевизионную связь (с передачей черно-белых и цветных телевизионных изображений) без использования дорогостоящих и сложных в эксплуатации кабельных и радиорелейных линий [18]. 25 апреля 1966 г. был осуществлен запуск третьего спутника-ретранслятора Молния-1 , имевшего целью продолжение экспериментов по установлению сверхдальней связи при совместном использовании нескольких спутников Через этот спутник были продолжены прямые двухсторонние радиотелефонные и телевизионные передачи между наземными приемопередающими пунктами Москвы и Владивостока. Через него же начались пробные передачи программ цветного телевидения между Парижем и Москвой. 6 июля 1966 г. мощная ракета-носитель вывела на околоземную орбиту с апогеем 630 км автоматическую станцию Протон-3 , оборудованную аппаратурой для комплексного исследования космических лучей [c.428]

Однако раздельно проблема космического полета и проблема реактивного движения привлекают внимание специалистов разных стран. К этому времени был накоплен немалый опыт в практическом использовании твердотопливных ракет, но их изначально низкая энергетическая эффективность вызывала необходимость создания новых схем реактивных двигателей. Этому способствовал также поиск двигательных установок для аэростатов и самолетов, интенсивно шедший в XIX в. [c.435]

Следует отметить, что хотя тяга ядерных ракетных двигателей невелика по сравнению с тягой химических ракетных двигателей, ядерный двигатель может работать в течение гораздо большего (на много порядков) времени, чем ракетный двигатель с химическим топливом. Поэтому ЯРД является весьма перспективным типом двигателя для управляемых межпланетных космических кораблей. Для старта такого корабля с Земли, по-видимому, должны быть использованы двигатели с химическим топливом, а ЯРД используется для полета за пределами земного притяжения. [c.355]

Описаны новые концепции жидкостных ракетных двигателей (предназначенных в основном для космических летательных аппаратов многоразового использования или гиперзвуковых ракет), в том числе конструктивные схемы с центральным телом и соплом со сдвижным насадком и схема двигателя на двух горючих, одно из которых — высокоплотное — применяется для начального этапа полета, а другое — легкое — обладает высокими энергетическими характеристиками. Последняя схема позволяет использовать общую двигательную установку на протяжении всего полета. Обсуждаемые схемы дают больший простор для конструкторских решений и способствуют повышению характеристик ракет-носителей. [c.11]

Воздушно-реактивные двигатели работают только в воздушной среде, откуда они получают окислитель (кпслород воздуха), необходимый для горения топлива. Однако от современной техники требуется создание таких реактивных двигателей, которые могли бы работать в безвоздушном пространстве. Особенно большое значение приобретают эти требования в настоящее время, в эпоху космических полетов. Таким требованиям могут отвечать только двигатели, получающие топливо и окислитель из специальных хранилищ, являющихся неотъемлемой частью тех систем, которые они обслуживают (например, летательные аппараты). [c.161]

Смеси газов естественного и искусственного происхождения широко распространены в природе, технике и промышленности. Смеси газов используются в качестве специальных сред (смеси для дыхания под водой, под землей, в высотных и космических полетах, при пребывании во вредных атмосферах), в качестве теплоизоляционных материалов или их компонент и рабочих тел в некоторых двигателях, теплообменниках, реакторах, а также используются в различных технологических процессах. При этом газовые смеси могут использоваться в широком диапазоне изменения температуры (от гелиевых температур до нескольких тысяч градусов) и давлений (от глубокого вакуума до сотен атмосфер). [c.232]

Наряду с мощными ракетными двигателями, работающими на высококалорийном топливе в течение небольших промежутков времени, можно использовать и иные виды двигателей, источники энергии, которые создают весьма малую тягу, действующую на космический корабль в течение длительного времени. Уже сейчас разрабатываются проекты космических кораблей с ионными двигателями, кораблей, использующих давление солнечного света. В динамике космического полета рассматривается движение космических аппаратов с двигателями малой тяги, изучаются возможности использования малой тяги для осуществления космических маневров. [c.17]

С 1972 г. стали все чаще появляться публикации, в которых разрабатывались различные варианты лазерных двигателей [1.2 —1.251. Представим себе лазерный луч, направляемый с поверхности Земли или с борта большой орбитальной станции точно в определенное место космического аппарата — в сопло или специальное боковое отверстие, пройдя которое, он с помощью системы зеркал направляется в камеру. Лазер может работать как в непрерывном, так и в импульсном режимах. В качестве рабочего тела в разных работах рекомендуются твердые и жидкие топлива, в частности, водород, водород с углеродом, вода с добавлением окислов алюминия (добавки в двух последних случаях — для лучшего поглощения излучения). Наконец, двигатель может быть воздушно-реактивным, а не ракетным, когда разогреву будет подвергаться протекающий через аппарат воздух. Во всех случаях рабочее тело разогревается до состояния плазмы, благодаря чему достигается большая скорость истечения. Мощность внешнего источника энергии в принципе при этом не ограничена, вследствие чего достижимы большие реактивные ускорения Указываются скорости истечения от 10 до 25 км/с [1.23] и реактивные ускорения в сотни [1.2Ц. Предлагалась особая модификация лазерного двигателя специально для космического самолета, при которой использовалось бы магнитогидродинамическое взаимодействие лазерного нагрева и ионизированного скачка уплотнения перед самолетом в уже совершающемся гиперзвуковом полете. Скорость истечения могла бы перед выходом на орбиту достичь 46 км/с [1.25]. [c.42]

До сих пор мы рассматривали траектории полета с малой тягой, обеспечивавшие простой гиперболический пролет мимо планеты назначения. Космический аппарат, снабженный двигательной системой малой тяги, может совершить посадку на планету, используя для торможения или ракетный двигатель большой тяги, или атмосферную подушку планеты. Однако для космического аппарата с малой тягой особенный интерес представляет выход на орбиту искусственного спутника планеты. Масса такого спутника может быть существенно больше массы спутника, выводимого на орбиту методами, излагавшимися в предыдущих главах (исключая случай аэродинамического торможения), при условии, что массы космических аппаратов, сошедших с околоземной орбиты, будут одинаковы. [c.343]

В 1881 г. Н. И. Кибальчич в России создал эскизный проект такого же летательного аппарата с твердотопливным ракетным двигателем, заряды в который подаются последовательно. В первой половине 80-х годов русский инженер С. С. Неждановский рассмотрел несколько схем реактивных двигателей, включая (впервые в мире) предложенную схему ракетного двигателя на двухкомпонентном жидком топливе [3, с. 124, 125]. Все эти проекты возникли независимо один от другого, но в свое время не были опубликованы (за исключением схемы Ариаса), ни один из них не привлек внимания научной общественности и не получил конструктивного развития. Однако объективно идея жидкостного ракетного двигателя, которая впоследствии нашла применение для космических полетов, к середине 80-х годов уже существовала. [c.435]

Работы Циолковского несомненно оказали влияние на творчество советских ракетчиков, среди которых следует выделить имена пионеров ракетной техники Ф. А. Цандера и Ю. В. Кондратюка, Цандер начал заниматься исследованием реактивных приборов для космических полетов еще в 1908 г. После 1917 г. он разработал ряд вопросов, связанных с созданием реактивного. двигателя. В 30-х годах вместе с коллективом молодых энтузиастов он при-стуйил к реальному осуш ествлению и испытаниям своих конструкций. [c.234]

Размышления о космическом полете ночти так же стары, как размышления о полетах с работаюш им двигателем в атмосфере. Легенды и художественная литература содержат много более или менее фантастических онисаний полетов на Луну, вокруг Луны или на другую планету. Некоторые авторы по истории науки приписывают Сирано де Бержераку [17] предсказание о реактивном движении как средстве космического полета, сделанное еш е в 1648 или 1649 году, когда он написал свое повествование о путешествии на Луну. В конце прошлого века немецкий учитель математики Курт Ласвиц написал широко читаемый межпланетный роман [18], в котором, но свидетельству сына автора, впервые упоминается космическая станция. Однако эта станция — не спутник, враш,аюш,ийся вокруг Земли она была подвешена между Марсом и Землей в точке, где уравновешены гравитационные снлы. Вскоре после этого, в 1903 году, Константин Эдуардович Циолковский, русский учитель математики, описал обтекаемый, приводимый в движение ракетой летательный аппарат для космического полета, в котором в качестве ракетного топлива исиользовались жидкий кислород и водород [19]. Возможно, он был первым человеком, который обосновал свой проект на разумных принципах. Его предложение включало гироскопическое управление и отражатель газовой струи для навигации в космосе. [c.188]

Динамика служит основой для многих дисциплин, изучаемых во втузах, — вот далеко не полный их перечень аэродинамика, гидродинамика, газовая динамика, динамика самолета, динамика локомотива, динамика машин, динамика резания, динамические задачи сопротивления материалов, ракетодина-мика, динамика гироскопических приборов, динамика двигателя, динамика космического полета, динамические задачи кибернетики и т. п. [c.12]

Тонкбстенные сосуды обычно являются конструктивными элементами различных транспортных установок, в том числе современных летательных аппаратов. Быстрый рост размеров ракет для космических полетов вызывает соответственное увеличение размеров емкостей. Это можно видеть на примере семейства ракет Сатурн с двигателями жидкого топлива (рис. 19-26). [c.547]

И наконец, важны эксплуатационные требования. Они связаны прежде всего с выбором топлива от топлива зависит и конструкция двигателя и система его наземного обслуживания. Современный ЖИДКОСТНОЙ ракетный двигатель должен в опреде-ле1Н1ых пределах поддаваться регулированию тяги, легко запускаться и выключаться, а для космических полетов в ряде случаев необходимо предусмотреть многократность запуска и выключения двигателя. В перспективе для таких систем, как космический транспортный корабль, ставится новая, чрезвычайно важная задача — создать двигатель многократного запуска с большим ресурсом, способный работать с перерывами без капитального ремонта несколько часов, тогда как обычные жидкостные двигатели рассчитываются на суммарное время работы, измеряемое десятками минут. [c.105]

Системы инерциального управления могут быть разделены на два обширных класса. К первому классу относятся системы, работающие при полетах на постоянной высоте. Они используются на самолетах, кораблях и подводных лодках. Такие системы в смысле инерциального управления являются двумерными для определения высоты, как третьего измерения, в них используются высотометры. Почти вся литература по инерциальному управлению относится к этому классу систем [1, 2, 3, 4]. Второй класс систем инерциального управления предназначен для использования на летательных аппаратах, снабженных ракетными двигателями, когда полет совершается на больших высотах и с большой вертикальной скоростью вне пределов земной атмосферы. Такие условия являются типичными для космических полетов, и поэтому только этот класс систем будет обсуждаться в настоящей главе [5]. [c.647]

Космонавтика (от греч. Космос — Вселенная и наутикэ — мореплавание) — одна из ведущих областей современного научно-технического прогресса, имеющая целью исследование мирового пространства и осуществление межпланетных полетов. Основными задачами, решаемыми ею, являются разработка теории и изучение особенностей таких полетов, проектирование и постройка специальных летательных аппаратов и двигателей для них, изучение условий жизни и работы экипажей космических кораблей, разработка систем управления полетом и систем космической навигации, строительство и оборудование космодромов и т. д. [c.408]

В 1913 г. Годдард завершил новую рукопись Перемещения в межпла-нетном пространстве (опубликована в 1970 г. [6, с. 117—123]), которая явилась предварительным итогом его исследований по теории реактивного движения и космического полета. В этой работе рассмотрена, в частности, задача о посылке на поверхность Луны заряда осветительного пороха, содержится тезис об использовании Луны для производства на ней ракетного топлива и для старта с нее к планетам (эти мысли были высказаны им еще в 1908 г.), а также идея о применении на корабле для полета к Марсу электрического двигателя с солнечным источником энергии и др. Теоретические выкладки и расчеты были окончательно завершены Годдардом в 1914 г. и оформлены в капитальную статью Проблема поднятия тела на большую высоту над поверхностью Земли (представлена в том же году в Кларкский университет, но опубликована лишь в 1970 г. [6, с. 128—152]). Здесь Годдард впервые привел собственный вывод уравнения движения ракеты, который был сделан с учетом действия гравитации и сопротивления атмосферы. Убедившись в сложности решения полученной вариационной задачи, Годдард в расчетах применил интервальный метод (весьма, впрочем, громоздкий). Все расчеты были сделаны для твердого или жидкого кислородно-водородного топлива. В статью вошли также в более подробном изложении и другие идеи Годдарда. [c.441]

В гл. 10 рассмотрены вопросы регулирования модуля н вектора тяги как для РДТТ, так и для ЖРД. Заключительная часть книги (гл. 11 и 12) посвящена применению ЖРД и РДТТ для осуществления космических полетов и содержит анализ ряда космических программ. Рассматриваются, в частности, двигательные установки ракеты-носителя Ариан и воздушно-космического самолета (ВКС) Спейс Шаттл , двигатели межорби-тальных транспортных аппаратов и вспомогательные двигательные установки космических орбитальных станций, обсуждаются достижения Японии в области ракетного двигателестроения. [c.14]

Для управления полетом требуется изменять величину и направление вектора тяги ракетного двигателя. Изменение тяги по величине, или регулирование тяги, бывает желательным в разных пределах — от нескольких процентов для маршевых двигателей ускорителя до 1 10 при посадке на Луну или другие планеты ( Рейнджер , лунный модуль КК Аполлон , ЖРД RL-10) и до 1 100 при встрече и стыковке космических аппаратов. Управление вектором тяги позволяет изменять положение космического аппарата, создавая моменты по углам тангажа, рыскания и крена. Моменты, создаваемые по углу тангажа, поднимают или опускают нос аппарата, по углу рыскания поворачивают аппарат влево или вправо, по углу крена вызывают поворот относительно его продольной оси. В общеЫ случае вектор тяги проходит через центр масс космического аппарата и направлен вдоль его оси, поэтому управление пО каналам тангажа и рыскания можно осуществлять угловы отклонением вектора тяги маршевого двигателя, тогда как уп равление по каналу крена требует наличия по меньшей мере двух газовых рулей в сопле или двух сопел. [c.200]

Этот неиссякаемый, но в то же время нерегулярный, источ-ни1 энергии в последнее время вновь привлек внимание иссле-дов-ателей, использующих для самых различных его применений различные устройства. Обычно конечной целью является выработка электрической энергии, которую можно использовать разными способами, даже в пилотируемом космическом полете. Солнечной энергией нагревают воду, которую затем можно использовать в системах промышленного и коммунального теплоснабжения или в виде пара непосредственно для привода паровой турбины (цикл Ренкина), а также для нагрева рабочего тела в теплообменнике газовой турбины (цикл Брайтона), хотя вода представляется наиболее подходящей рабочей средой. От дополнительного теплоносителя можно отказаться, если применить двигатель Стирлинга, на нагреватель которого с помощью системы линз Френеля можно сфокусировать солнечные лучи. Эта идея не нова. Так, еще в XIX в. был предложен аппарат. [c.396]

В работе Л. С. Душкина Основные положения общей теории реактивного движения дан вывод основного уравнения движения ракеты в пустоте без учета тяжести и сопротивления воздуха автор получил уравнение, выведенное ранее Мещерским i . Интегрирование этого уравнения (при отсутствии всех сил, кроме реактивной) приводит автора к формуле Циолковского. Далее уравнение Мещерского дополняется другими слагаемыми (силы тяжести и сопротивления) и указываются случаи, для которых уравнение интегрируется. На основе анализа целого ряда физических проблем, связанных с устройством двигателя, Душкин исследует вопрос о принципиальной осуществимости космического полета в будущем. Он считал, что формально непреодолимых препятствий на пути к этому нет, но выход в космос в то время был невозможен по техническим причинам. Исходя из предположения о постоянстве веса, отсутствии сопротивления, постоянстве ускорения ракеты и [c.236]

Таким образом, в настояш,ее время ПВРД для космических аппаратов могут применяться для разгона ракеты в пределах сплошной атмосферы до скорости М = 7 10. Разгон возможен или на особом летательном аппарате, который возвраш,ается на землю, или непосредственно на самой ракете, на ее первой ступени. Добавление воздуха для дожигания газов ракетных двигателей при полете ракеты увеличивает тягу, но это уже не будет ПВРД. [c.226]

Прогресс космической ракетной техники вызвал к жизни новые разделы механики. Сформировавшаяся на рубеже XIX и XX веков идея применения реактивных двигателей для выхода в космос стимулировала развитие механики космического полета (И, В. Мещерский, 1897 К. Э. Циолковский, 1903 Р. Годдард, 1919 Г. Оберт, 1923 Ф. Цандер, 1924—1925 В. Гоман, 1925 Р. Эно-Пельтри, 1930 С. П. Королев, 1934, и др.). Эта наука изучает движение космических аппаратов как тел переменной массы с целью определения условий наиболее экономного использования технических средств для решений основной задачи полета. [c.265]

Плоскость оптимальной коррекции в данном случае есть плоскость, перпендикулярная к оси пучка. Эллипс влияния есть окружность, радиус которой равен времени, оставшемуся до попадания в картинную плоскость. Таким образом, вне зависимости от величин и взаимного расположения скоростей планеты и космического аппарата эффективность коррекции в конце траектории определяется временем, оставшимся до сближения с планетой. Иными словами, эффективность коррекции одинакова при полете к Луне и планетам Солнечной системы, если коррекция производится за одинаковое время до попадания в картинную плоскость. Другим выводом является возможность установки нужного направления двигателя для коррекции вблизи планеты путем вращения аппарата вокруг направления на планету. В работе приводятся простые соотношения, определяющие характеристики коррекции на припланетном участке полета. [c.309]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...