Que les vols spatiaux soient depuis longtemps une chose familière. Mais savez-vous tout sur les lanceurs spatiaux ? Démontons-le en plusieurs parties et voyons en quoi elles consistent et comment elles fonctionnent.
Moteurs de fusée
Les moteurs sont l'élément le plus important d'un lanceur. Ils créent une force de poussée, grâce à laquelle la fusée s'élève dans l'espace. Mais quand il s'agit de moteurs de fusée, il ne faut pas se souvenir de ceux qui se trouvent sous le capot d'une voiture ou, par exemple, font tourner les pales du rotor d'un hélicoptère. Les moteurs de fusée sont complètement différents.
Les moteurs de fusée sont basés sur la troisième loi de Newton. La formulation historique de cette loi dit que toute action a toujours une réaction égale et opposée, en d'autres termes, une réaction. Par conséquent, de tels moteurs sont appelés réactifs.
En cours de fonctionnement, un moteur-fusée éjecte une substance (appelée fluide de travail) dans une direction et se déplace lui-même dans la direction opposée. Pour comprendre comment cela se produit, vous n'avez pas besoin de piloter vous-même une fusée. L'exemple "terrestre" le plus proche est le recul obtenu lors du tir d'une arme à feu. Le fluide de travail ici est une balle et des gaz en poudre s'échappant du canon. Un autre exemple est un ballon gonflé et dégonflé. S'il n'est pas attaché, il volera jusqu'à ce que l'air en sorte. L'air ici est le fluide de travail très. En termes simples, le fluide de travail dans un moteur de fusée est constitué des produits de combustion du carburant de la fusée.
Carburant
Le carburant du moteur de fusée est généralement à deux composants et comprend un carburant et un oxydant. Le lanceur Proton utilise l'heptyl (diméthylhydrazaine asymétrique) comme carburant et le tétraoxyde d'azote comme agent oxydant. Les deux composants sont extrêmement toxiques, mais il s'agit d'un "souvenir" de la mission de combat originale du missile. Le missile balistique intercontinental UR-500 - l'ancêtre du Proton, - ayant un but militaire, devait être prêt au combat pendant longtemps avant son lancement. Et d'autres types de carburant ne permettaient pas un stockage prolongé. Les fusées Soyouz-FG et Soyouz-2 utilisent du kérosène et de l'oxygène liquide comme carburant. Les mêmes propulseurs sont utilisés dans la famille de lanceurs Angara, Falcon 9 et le prometteur Falcon Heavy d'Elon Musk. La vapeur de carburant du lanceur japonais H-IIB est de l'hydrogène liquide (carburant) et de l'oxygène liquide (comburant). Comme dans la fusée de la société aérospatiale privée Blue Origin, utilisée pour lancer le navire suborbital New Shepard. Mais ce sont tous des moteurs de fusée à propergol liquide.
Les moteurs-fusées à propergol solide sont également utilisés, mais, en règle générale, dans les étages à propergol solide des missiles à plusieurs étages, tels que l'accélérateur de lancement du lanceur Ariane-5, le deuxième étage du lanceur Antares et les boosters latéraux de la navette spatiale MTKK.
Pas
La charge utile lancée dans l'espace ne représente qu'une petite fraction de la masse de la fusée. Les boosters se "transportent" principalement eux-mêmes, c'est-à-dire leur propre conception: les réservoirs de carburant et les moteurs, ainsi que le carburant nécessaire à leur fonctionnement. Les réservoirs de carburant et les moteurs de fusée se trouvent à différents stades de la fusée et, dès qu'ils sont à court de carburant, ils deviennent inutiles. Afin de ne pas porter de charge supplémentaire, ils se séparent. En plus des étapes à part entière, des réservoirs de carburant externes sont également utilisés, qui ne sont pas équipés de leurs propres moteurs. Pendant le vol, ils sont également jetés.
Il existe deux schémas classiques de construction de fusées à plusieurs étages: avec séparation transversale et longitudinale des étages. Dans le premier cas, les marches sont placées les unes au-dessus des autres et ne sont activées qu'après la séparation de la marche précédente, inférieure. Dans le deuxième cas, plusieurs étages de fusée identiques sont situés autour du corps du deuxième étage, qui sont allumés et largués simultanément. Dans ce cas, le moteur du deuxième étage peut également fonctionner au démarrage. Mais le schéma combiné longitudinal-transversal est également largement utilisé.
Lancé en février de cette année depuis le cosmodrome de Plesetsk, le lanceur de classe légère Rokot est un lanceur à trois étages avec une séparation transversale des étages. Mais le lanceur Soyouz-2, lancé depuis le nouveau cosmodrome de Vostochny en avril de cette année, est un lanceur à trois étages avec une séparation longitudinale-transversale.
Un schéma intéressant d'une fusée à deux étages avec une séparation longitudinale est le système de la navette spatiale. C'est là que réside la différence entre les navettes américaines et la Bourane. Le premier étage du système de la navette spatiale est constitué de propulseurs latéraux à propergol solide, le second est la navette elle-même (orbiteur) avec un réservoir de carburant externe amovible, qui a la forme d'une fusée. Pendant le lancement, les moteurs de la navette et des accélérateurs sont démarrés. Dans le système Energia-Bourane, le lanceur super-lourd à deux étages Energia était un élément indépendant et, en plus de lancer le Bourane dans l'espace, pouvait être utilisé à d'autres fins, par exemple, pour soutenir des expéditions automatiques et habitées vers le Lune et Mars.
Niveau supérieur
Il peut sembler que dès que la fusée est entrée dans l'espace, l'objectif est atteint. Mais ce n'est pas toujours le cas. L'orbite cible d'un vaisseau spatial ou d'une charge utile peut être beaucoup plus élevée que la ligne à partir de laquelle l'espace commence. Par exemple, l'orbite géostationnaire, qui héberge des satellites de télécommunications, est située à une altitude de 35 786 km au-dessus du niveau de la mer. C'est pourquoi il faut l'étage supérieur, qui est en fait un autre étage de la fusée. L'espace commence déjà à 100 km d'altitude, là où commence l'apesanteur, ce qui constitue un grave problème pour les moteurs de fusée conventionnels.
L'un des principaux « chevaux de trait » de la cosmonautique russe, le lanceur Proton, associé à l'étage supérieur Briz-M, permet le lancement de charges utiles pesant jusqu'à 3,3 tonnes en orbite géostationnaire. orbite basse de référence (200 km). Bien que l'étage supérieur soit appelé l'un des étages du navire, il diffère de l'étage habituel des moteurs.
Pour déplacer un engin spatial ou un engin spatial vers une orbite cible ou le diriger vers une trajectoire sortante ou interplanétaire, l'étage supérieur doit pouvoir effectuer une ou plusieurs manœuvres qui modifient la vitesse de vol. Et pour cela il faut allumer le moteur à chaque fois. De plus, dans les périodes entre les manœuvres, le moteur est à l'arrêt. Ainsi, le moteur de l'étage supérieur est susceptible d'être allumé et éteint de manière répétée, contrairement aux moteurs des autres étages de fusée. Les exceptions sont les Falcon 9 et New Shepard réutilisables, dont les moteurs du premier étage sont utilisés pour le freinage lors de l'atterrissage sur Terre.
Charge utile
Les fusées existent pour lancer quelque chose dans l'espace. En particulier, les vaisseaux spatiaux et les engins spatiaux. Dans la cosmonautique domestique, il s'agit du vaisseau cargo de transport Progress et du vaisseau spatial habité Soyouz envoyé vers l'ISS. Depuis le vaisseau spatial de cette année, les lanceurs russes sont allés dans l'espace le vaisseau spatial américain Intelsat DLA2 et le vaisseau spatial français Eutelsat 9B, le vaisseau spatial de navigation domestique Glonass-M n ° 53 et, bien sûr, le vaisseau spatial ExoMars-2016 conçu pour rechercher du méthane dans l'atmosphère de Mars.
Les capacités de sortie de la charge utile du missile sont différentes. La masse de charge utile du lanceur léger Rokot destiné au lancement d'engins spatiaux sur des orbites terrestres basses (200 km) est de 1,95 t. Le lanceur Proton-M appartient à la classe lourde. Il amène 22,4 tonnes sur une orbite basse, 6, 15 tonnes sur une orbite géostationnaire et 3,3 tonnes sur une orbite géostationnaire."Soyouz-2", selon la modification et le cosmodrome, est capable de mettre en orbite terrestre basse de 7, 5 à 8, 7 tonnes, en orbite de géo-transfert - de 2, 8 à 3 tonnes, et en orbite géostationnaire orbite - de 1, 3 à 1, 5 La fusée est destinée aux lancements depuis tous les sites de Roscosmos: Vostochny, Plesetsk, Baïkonour et Kuru, qui est utilisée dans le cadre d'un projet commun russo-européen. Utilisé pour lancer des véhicules de transport et des vaisseaux spatiaux habités vers l'ISS, le lanceur Soyouz-FG a une masse de charge utile de 7,2 tonnes (avec le vaisseau spatial habité Soyouz) à 7,4 tonnes (avec le vaisseau spatial cargo Progress). C'est actuellement la seule fusée utilisée pour transporter des cosmonautes et des astronautes vers l'ISS.
La charge utile est généralement tout en haut de la fusée. Afin de surmonter la traînée aérodynamique, le vaisseau spatial ou le vaisseau spatial est placé à l'intérieur du carénage avant de la fusée, qui est éjecté après avoir traversé des couches denses de l'atmosphère.
Les mots de Youri Gagarine qui sont entrés dans l'histoire: "Je vois la Terre… Quelle beauté !" leur ont été dits précisément après la chute du carénage de tête du lanceur Vostok.
Système de secours d'urgence
Une fusée qui lance un vaisseau spatial avec un équipage en orbite se distingue presque toujours par son apparence d'une fusée qui lance un cargo ou un vaisseau spatial. Afin de maintenir en vie l'équipage du vaisseau spatial habité en cas d'urgence sur le lanceur, un système de sauvetage d'urgence (SAS) est utilisé. En fait, il s'agit d'une autre (quoique petite) fusée à la tête du lanceur. Du côté du SAS, il ressemble à une tourelle de forme inhabituelle au sommet d'une fusée. Sa tâche est de retirer le vaisseau spatial habité en cas d'urgence et de l'éloigner du site de l'accident.
En cas d'explosion de fusée au départ ou au début du vol, les moteurs principaux du système de sauvetage arrachent la partie de la fusée dans laquelle se trouve l'engin spatial habité et l'éloignent du lieu de l'accident. Ensuite, une descente en parachute est effectuée. Si le vol se déroule normalement, après avoir atteint une hauteur de sécurité, le système de secours d'urgence est séparé du lanceur. A haute altitude, le rôle du SAS n'est pas si important. Ici, l'équipage peut déjà s'échapper grâce à la séparation du véhicule de descente de l'engin spatial de la fusée.
