Сегодня любой запуск ракеты, о котором рассказывается в новостях, кажется привычной частью жизни. Интерес со стороны обывателей, как правило, возникает, только когда речь заходит о грандиозных проектах по освоению космоса либо случаются серьезные аварии. Однако не так уж давно, в начале второй половины прошлого века, каждый старт ракеты заставлял на время замереть всю страну, за удачами и авариями следили все. Также было в начале космической эры и в США и затем во всех странах, где разворачивали собственные программы полетов к звездам. Именно успехи и неудачи тех лет заложили основу, на которой выросло ракетостроение, а с ним и космодромы, и все более совершенные аппараты. Словом, ракета с ее историей, особенностями строения и статистикой достойна внимания.
Основное в двух словах
Ракета-носитель представляет собой вариант многоступенчатой баллистической ракеты, чьим предназначением является выведение определенных грузов в космическое пространство. В зависимости от миссии запускаемого аппарата ракета может вывести его на геоцентрическую орбиту или придать ускорение для покидания зоны притяжения Земли.
В подавляющем большинстве случаев старт ракеты происходит из ее вертикального положения. Очень редко используют воздушный тип старта, когда аппарат сначала доставляется с помощью самолета или другого аналогичного устройства на определенную высоту, а затем запускается.
Многоступенчатая
Один из способов классификации ракет-носителей – по количеству входящих в их состав ступеней. Аппараты, включающие лишь один такой уровень и способные при этом доставлять полезный груз в космос, на сегодняшний день остаются только мечтой проектировщиков и инженеров. Главное действующее лицо на космодромах мира – многоступенчатый аппарат. По сути, он представляет собой несколько соединенных ракет, последовательно включающихся в процессе полета и отсоединяющиеся после завершения своей миссии.
Необходимость в такой конструкции кроется в трудности преодоления земного притяжения. Ракета должна оторвать от поверхности собственный вес, включающий в основном тонны топлива и двигательной установки, а также вес полезного груза. В процентном отношении последний составляет лишь 1,5-2% от стартовой массы ракеты. Отсоединение в полете отработавших ступеней позволяет облегчить задачу оставшихся и сделать полет более эффективным. У подобной конструкции есть и обратная сторона: она предъявляет особые требования к космодромам. Необходима зона, свободная от людей, куда отработавшие ступени будут падать.
Возможность повторного использования
Понятно, что при такой конструкции ракета-носитель не может быть использована более одного раза. Однако ученые постоянно трудятся над созданием подобных проектов. Полностью многоразовой ракеты на сегодняшний день не существует из-за необходимости применения высоких технологий, людям пока недоступных. Тем не менее есть реализованная программа частично многоразового аппарата – это американский «Спейс шаттл».
Первый запуск ракеты
Если вернуться к истории вопроса, то появлению собственно ракет-носителей предшествовало создание баллистических ракет. Одна из них, немецкая «Фау-2», использовалась американцами для первых попыток «дотянуться» до космоса. Еще до окончания войны, в начале 1944-го, были осуществлены несколько вертикальных запусков. Ракета достигла высоты в 188 км.
Более существенных результатов удалось достичь спустя пять лет. Произошел запуск ракеты в США, на полигоне Уайт-Сэндз. Состояла она из двух ступеней: ракет «Фау-2» и «ВАК-Капрал» и смогла достигнуть высоты в 402 км.
Первая ракета-носитель
Однако началом космической эры считается 1957 год. Тогда стартовала первая настоящая во всех смыслах ракета-носитель, советский «Спутник». Запуск был произведен на космодроме Байконур. Ракета успешно справилась с поставленной задачей – вывела на орбиту первый искусственный спутник Земли.
Запуск ракеты «Спутник» и его модификации «Спутник-3» в общей сложности производился четыре раза, три из которых были успешными. Затем на базе этого аппарата было создано целое семейство ракет-носителей, отличавшихся повышенными значениями мощности и некоторых других характеристик.
Запуск ракеты в космос, произведенный в 1957 году, стал знаковым событием по многим параметрам. Он ознаменовал собой начало нового этапа освоения человеком окружающего пространства, фактически открыл космическую эру, указал на возможности и ограничения техники того времени, а также дал СССР заметное преимущество перед Америкой в космической гонке.
Современный этап
Сегодня наиболее мощными считаются ракеты-носители «Протон-М» российского производства, американские «Дельта-IV Heavy», а также европейские «Ариан-5». Запуск ракеты подобного типа позволяет вывести на околоземную орбиту, пролегающую на высоте 200 км, полезный груз весом до 25 тонн. До геопромежуточной орбиты такие аппараты способны донести примерно 6-10 тонн и до геостационарной – 3-6 тонн.
Стоит остановиться на ракетах-носителях «Протон». В советском и российском освоении космоса он играл немалую роль. Он использовался для реализации различных пилотируемых программ, в том числе для отправки модулей орбитальной станции «Мир». С его же помощью в космос были доставлены «Заря» и «Звезда», важнейшие блоки МКС. Несмотря на то что не все последние запуски ракет этого типа были успешны, «Протон» остается наиболее востребованной ракетой-носителем: ежегодно производится примерно 10-12 ее стартов.
Зарубежные коллеги
«Ариан-5» является аналогом «Протона». Эта ракета-носитель имеет ряд отличий от российской, в частности ее запуск обходится значительно дороже, но и грузоподъемность она имеет большую. На геопромежуточную орбиту «Ариан-5» способен вывести сразу два спутника. Именно запуск космической ракеты этого типа стал началом реализации миссии знаменитого зонда «Розетта», который спустя десять лет полета стал спутником кометы Чурюмова-Герасименко.
«Дельта-IV» начал свою «карьеру» в 2002 году. Одна из его модификаций, Delta IV Heavy, по данным на 2012 год обладала наибольшей полезной нагрузкой среди ракет-носителей во всем мире.
Составляющие успеха
Удачный запуск ракеты основывается не только на идеальных технических характеристиках аппарата. Многое зависит и от выбора места старта. Расположение космодрома играет заметную роль в успешности миссии запускаемого аппарата.
Энергозатраты на выведение спутника на орбиту снижаются, если угол ее наклона соответствует географической широте местности, в которой осуществляется старт. Важнее всего учет этих параметров для запуска аппаратов, доставляемых на геостационарную орбиту. Идеальное место для старта подобных ракет – это экватор. Отклонение на градус от экватора выливается в необходимость набора скорости на 100 м/с больше. По этому параметру среди более чем 20 космодромов мира самое выгодное положение занимают европейский Куру, размещающийся на широте 5º, бразильский Алькантара (2,2º), а также Sea Launch, плавучий космодром, имеющий возможность запускать ракеты непосредственно с экватора.
Направление имеет значение
Еще один момент связан с вращение планеты. Стартующие с экватора ракеты получают сразу достаточно внушительную скорость по направлению на восток, что связано как раз с вращением Земли. В связи с этим все траектории полета, как правило, прокладываются в восточном направлении. Не повезло в этом плане Израилю. Ему приходится направлять ракеты на запад, прилагая дополнительные усилия для преодоления земного вращения, поскольку к востоку от страны располагаются враждебно настроенные государства.
Поле падения
Как уже было сказано, отработанные ступени ракет падают на Землю, а потому рядом с космодромом должна размещаться пригодная для этого зона. Прекрасный вариант – акватория океана. Большая часть космодромов потому и располагается на побережье. Хороший пример – мыс Канаверал и размещенный здесь американский космодром.
Российские места запуска
Космодромы нашей страны создавались во время холодной войны, а потому не могли быть размещены на Северном Кавказе или Дальнем Востоке. Первым полигоном для запуска ракет стал Байконур, располагавшийся в Казахстане. Здесь наблюдается низкая сейсмическая активность, хорошая погода большую часть года. Возможное падение элементов ракет на страны Азии накладывает определенный отпечаток на работу полигона. На Байконуре существует необходимость тщательно прокладывать траекторию полета, чтобы отработанные ступени не оказались в жилых районах и ракеты не попадали в воздушное пространство Китая.
Космодром Свободный, расположенный на Дальнем Востоке, обладает наиболее удачным размещением полей падения: они приходятся на океан. Еще один космодром, где часто можно увидеть запуск ракеты, – Плесецк. Он размещается севернее всех прочих аналогичных мировых площадок и является идеальным местом для отправки аппаратов на полярные орбиты.
Статистика запусков ракет
В целом с начала века активность на космодромах мира заметно упала. Если сравнивать две лидирующие в этой отрасли страны, США и Россию, то первая ежегодно производит существенно меньше запусков, чем вторая. В промежуток с 2004 года по 2010-й включительно с космодромов Америки стартовало 102 ракеты, успешно выполнивших свою задачу. Кроме того, было пять неудачных запусков. В нашей стране успешно завершилось 166 стартов, а восемь закончились аварией.
Среди неудачных запусков аппаратов в России особо выделяются аварии «Протон-М». В период с 2010 по 2014 год в результате подобных неудач были потеряны не только ракеты-носители, но и несколько российских спутников, а также один иностранный аппарат. Подобная ситуация с одной из мощнейших ракет-носителей не осталась без внимания: были уволены чиновники, причастные к возникновению этих неудач, начали разрабатываться проекты по модернизации космической индустрии нашей страны.
Сегодня, как и 40-50 лет назад, человек по-прежнему заинтересован в освоении космического пространства. Современный этап отличается возможностью полноценного международного сотрудничества, что успешно реализуется в проекте МКС. Однако многие моменты требуют доработки, модернизации или пересмотра. Хочется верить, что с внедрением новых знаний и технологий статистика запусков будет становиться все более радостной.
