Waga rakiet, dlaczego jest tak ważna w lotach kosmicznych

Bardzo niewiele krajów jest w stanie wystrzelić satelity ważące więcej niż dwie tony. Do niedawna nawet ISRO korzystało z europejskich usług rakietowych Ariane do wystrzeliwania ciężkich satelitów. Pocisk LVM3, wcześniej nazywany GSLV Mk-III, ma na celu zakończenie tej zależności, a także wkrótce stanie się pojazdem dla najbardziej ambitnych części indyjskich programów kosmicznych – misji załogowych, lądowań na Księżycu i eksploracji kosmosu. przyszły.

Pociski Indii

Indie mają obecnie trzy operacyjne pojazdy nośne – Polar Satellite Launch Vehicle lub PSLV, których istnieje wiele wersji; geosynchroniczny satelitarny pojazd nośny lub GSLV Mk-II; oraz pojazd startowy Mark-3 lub LVM3.

Najczęściej używany był PSLV, który od 1993 roku przeprowadził aż 53 udane misje. Tylko dwa loty PSLV zakończyły się niepowodzeniem.

Pocisk GSLV-MkII został użyty w 14 misjach, z których cztery zakończyły się niepowodzeniem, z których ostatnia miała miejsce w sierpniu ubiegłego roku. LVM3 latał pięć razy, w tym Chandrayaan 2 misja i nigdy nie zawodzi.

Dodatkowo ISRO pracuje nad pojazdem startowym wielokrotnego użytku (RLV). W przeciwieństwie do innych rakiet, RLV nie wyląduje w kosmosie jako odpad. Alternatywnie można go odłożyć i odnowić do wielokrotnego użytku.

Indie mają obecnie trzy operacyjne pojazdy nośne – Polar Satellite Launch Vehicle lub PSLV, których istnieje wiele wersji; geosynchroniczny satelitarny pojazd nośny lub GSLV Mk-II; oraz pojazd startowy Mark-3 lub LVM3.

cięższe pociski

LVM3 to kulminacja ponad trzech dekad wysiłków zmierzających do opracowania rakiety, która może przenosić cięższe ładunki lub zapuszczać się głębiej w kosmos. Wymagania te prowadzą nie tylko do masowego wzrostu rozmiarów pocisku, ale także do zmiany silników i rodzaju używanego paliwa.

W porównaniu z pojazdami poruszającymi się po lądzie, a nawet po wodzie, pociski są bardzo nieefektywnym środkiem transportu. Pasażer (lub ładunek) stanowi zaledwie 2 do 4 procent masy pocisku. Od 80 do 90 procent czasu startu każdej misji kosmicznej to paliwo lub paliwo. Wynika to z wyjątkowego charakteru lotów kosmicznych, które polegają na pokonaniu ogromnej siły grawitacji.

Na przykład rakieta LMV3 ma masę startową 640 ton i wszystko, co może ją przenieść do LEO (LEW) – około 200 kilometrów od powierzchni Ziemi – nie więcej niż 8 ton. W przypadku orbit geostacjonarnych (GTO) położonych dalej – do około 35 000 km od Ziemi – mogą przenosić znacznie mniej, tylko około 4 ton. Jednak LMV3 nie jest szczególnie słaby w porównaniu z rakietami, które inne kraje lub firmy kosmiczne wykorzystują do podobnych funkcji.

Pociski Ariane 5, które wcześniej były często używane przez ISRO do przenoszenia ciężkich ładunków, mają masę startową 780 ton i mogą przenosić 20 ton niższej orbity okołoziemskiej i 10 ton ładunków GTO.

Rakiety SpaceX Falcon Heavy, które mają być najpotężniejszymi nowoczesnymi pojazdami nośnymi, ważą w momencie startu ponad 1400 ton i mogą przenosić ładunki o masie zaledwie około 60 ton.

Najczęściej używany był PSLV, który od 1993 roku przeprowadził aż 53 udane misje. Tylko dwa loty PSLV zakończyły się niepowodzeniem.

ograniczenia

Rozmiar rakiety nośnej zależy od miejsca docelowego w kosmosie, rodzaju używanego paliwa — stałego, ciekłego, chłodziwa i mieszanki — oraz wielkości ładunku. Wybranie dowolnych dwóch z tych zmiennych nakłada poważne ograniczenia na elastyczność trzeciej zmiennej, co w społeczności kosmicznej jest powszechnie określane jako „tyrania równania rakiety”.

Nic dziwnego, że większość energii rakiety jest spalana podczas podróży na niższą orbitę okołoziemską. To dlatego, że siła grawitacji jest tutaj najsilniejsza. Podróż w kosmos przebiega znacznie płynniej i wymaga znacznie mniej energii. W rzeczywistości, podróż rakiety na Księżyc z LEO zajmuje o połowę mniej energii (przelot około 4 km) niż podróż do LEO z Ziemi (około 200 km). Z tego powodu często mówi się, że gigantyczny skok ludzkości nie został postawiony na powierzchni Księżyca, ale na niskiej orbicie okołoziemskiej.

Jeśli misja kosmiczna zmierza w kierunku Księżyca, Marsa lub innego ciała niebieskiego, grawitacja miejsca docelowego również wchodzi w skład równania. Aby dotrzeć do takiego miejsca przeznaczenia, zużyto by więcej energii w porównaniu z umieszczeniem satelity na orbicie.

Kolejną przeszkodą ograniczającą lot pocisku jest wydajność używanego paliwa. Jako paliwo rakietowe stosuje się kilka chemikaliów. Oferują różne kierunki. Większość współczesnych rakiet wykorzystuje różne kombinacje paliw do zasilania różnych etapów lotu, aby poprawić wyniki. Na przykład LMV3 ma paliwo stałe w dopalaczach, które zapewniają dodatkowy ciąg podczas startu, fazę ciekłą i fazę schłodzoną.

pomysłowość inżynierska

Mając marzenia o stworzeniu stałej stacji na Księżycu i zabraniu ludzi na Marsa i dalej, rakiety będą musiały przenosić coraz więcej rzeczy w kosmos. Jednak możliwości rakiet są bardzo ograniczone.

Istnieją dwa rodzaje innowacji inżynieryjnych, które można wykorzystać do osiągnięcia celów przyszłych misji. Rakiety mogą wykonywać wiele lotów i przenosić elementy większych konstrukcji, które można montować w kosmosie. Tak zbudowano Międzynarodową Stację Kosmiczną i inne podobne obiekty.

Drugim jest możliwość skorzystania z zasobów dostępnych w serwisie na Księżycu i Marsie. W rzeczywistości wszystkie przyszłe misje na Księżyc są zgodne z badaniem tej możliwości.