Ракета: определение, виды и устройство¶

Ракета — летательный аппарат, движущийся за счёт реактивной тяги, возникающей вследствие отброса массы рабочего тела (обычно продуктов сгорания топлива) в направлении, противоположном движению. В отличие от реактивных самолётов, ракеты способны работать в безвоздушном пространстве, поскольку не используют атмосферный кислорет для окисления топлива. Это свойство делает их основным средством для космических полётов, а также для ряда военных и научных применений.

¶История развития

Идея реактивного движения восходит к древности. Первые упоминания о пороховых ракетах относятся к Китаю X–XIII веков, где они применялись для фейерверков и в военном деле. В XIII–XIV веках ракетная техника распространилась в Индии, на Ближнем Востоке и в Европе. В Российской империи в XIX веке ракеты разрабатывались под руководством генерала А. Д. Засядко и К. И. Константинова, создавшего в 1850-х годах завод по производству боевых ракет.

Научные основы ракетной техники заложили в конце XIX — начале XX века К. Э. Циолковский, который в 1903 году вывел уравнение движения ракеты и обосновал возможность межпланетных полётов, а также американский физик Р. Годдард, запустивший первую жидкостную ракету в 1926 году. В 1930-е годы в СССР под руководством С. П. Королёва разрабатывались экспериментальные ракеты семейства ГИРД. Практическое применение ракетных двигателей в военной технике началось в годы Второй мировой войны: в Германии была создана баллистическая ракета «Фау-2» под руководством В. фон Брауна.

После 1945 года ракетная техника развивалась преимущественно в рамках гонки вооружений и космических программ США и СССР. 4 октября 1957 года советская ракета-носитель «Спутник» вывела на орбиту первый искусственный спутник Земли, а 12 апреля 1961 года ракета «Восток» доставила в космос Ю. А. Гагарина. В последующие десятилетия ракеты стали основой космонавтики, систем стратегического вооружения и научных исследований.

¶Классификация ракет

Ракеты классифицируются по нескольким признакам.

¶По назначению

• Баллистические ракеты — летят по баллистической траектории, большая часть полёта проходит вне атмосферы. Применяются для доставки боеголовок (межконтинентальные баллистические ракеты, оперативно-тактические) и для космических запусков.
• Крылатые ракеты — имеют аэродинамические поверхности и летят в атмосфере на малых высотах, используя подъёмную силу. Применяются в военном деле для поражения наземных и морских целей.
• Ракеты-носители — многоступенчатые аппараты, выводящие полезную нагрузку (космические корабли, спутники, станции) на орбиту или за её пределы.
• Зенитные ракеты — предназначены для поражения воздушных целей (самолётов, вертолётов, беспилотников).
• Противокорабельные и противотанковые ракеты — узкоспециализированное вооружение.
• Научные и метеорологические ракеты — используются для исследования верхних слоёв атмосферы.
• Сигнальные и спасательные ракеты — применяются для подачи сигналов бедствия.

¶По типу топлива

• Жидкостные ракеты — используют жидкое топливо (например, керосин и жидкий кислород, жидкий водород и жидкий кислород, несимметричный диметилгидразин и азотный тетраоксид). Обеспечивают высокий удельный импульс и возможность регулировки тяги.
• Твёрдотопливные ракеты — используют смесевое твёрдое топливо. Отличаются простотой конструкции, длительным хранением и мгновенной готовностью к пуску, но меньшим удельным импульсом.
• Гибридные ракеты — используют топливо в разных агрегатных состояниях (например, твёрдое горючее и жидкий окислитель).
• Ядерные и электрические ракетные двигатели — находятся на стадии разработки или применяются ограниченно для космических аппаратов.

¶По числу ступеней

Одноступенчатые ракеты использовались на заре космонавтики, но для достижения орбитальных скоростей, как правило, требуются многоступенчатые конструкции. Принцип многоступенчатости, предложенный Циолковским, позволяет последовательно сбрасывать отработавшие ступени, уменьшая массу аппарата и увеличивая конечную скорость.

¶Устройство и принцип действия

Основными элементами ракеты являются корпус, двигательная установка, система управления и полезная нагрузка.

Корпус обеспечивает аэродинамическую форму и защиту внутренних систем. В многоступенчатых ракетах корпус состоит из секций, соответствующих ступеням.

Двигательная установка — сердце ракеты. В жидкостных ракетных двигателях топливо и окислитель подаются насосами в камеру сгорания, где воспламеняются, а образующиеся газы выбрасываются через сопло, создавая реактивную тягу. В твёрдотопливных двигателях топливо размещается непосредственно в камере сгорания и горит с поверхности. Сопло, сужающееся-расширяющееся (сопло Лаваля), разгоняет газы до сверхзвуковых скоростей, повышая эффективность тяги.

Система управления включает инерциальные навигационные системы, гироскопы, акселерометры, а в современных ракетах — также приёмники спутниковой навигации и бортовые компьютеры. Управление полётом осуществляется отклонением сопла, поворотом рулей или включением дополнительных управляющих двигателей.

Полезная нагрузка — это космический корабль, спутник, боевая часть, научная аппаратура или иной груз, для доставки которого создана ракета.

¶Ракеты в России

Россия является одной из ведущих ракетно-космических держав. Основным оператором гражданских запусков выступает государственная корпорация «Роскосмос». Среди российских ракет-носителей — семейство «Союз» (самая массовая серия носителей в истории), тяжёлые «Протон-М» и «Ангара-А5», лёгкие носители семейства «Рокот». В 2024 году начались лётные испытания ракеты «Ангара-А5М» с космодрома Восточный.

В военной сфере Россия располагает межконтинентальными баллистическими ракетами шахтного и мобильного базирования («Ярс», «Тополь-М», «Сармат»), баллистическими ракетами для подводных лодок («Булава»), а также крылатыми ракетами морского и воздушного базирования («Калибр», Х-101). Зенитные ракетные системы С-400 и С-500 обеспечивают противовоздушную оборону.

¶Применение

Ракеты используются в следующих сферах:

• Космонавтика: выведение на орбиту спутников связи, навигации, дистанционного зондирования Земли; запуск пилотируемых кораблей и грузовых кораблей к МКС; межпланетные миссии.
• Военное дело: стратегическое сдерживание, тактические удары, противовоздушная и противоракетная оборона.
• Наука: исследование атмосферы, микрогравитации, астрофизические наблюдения.
• Коммерческие запуски: доставка на орбиту аппаратов частных компаний.
• Пиротехника и сигнализация: фейерверки, сигнальные ракеты.

¶Интересные факты

• Первая в мире межконтинентальная баллистическая ракета Р-7, созданная в СССР в 1957 году, стала основой для семейства ракет-носителей «Восток», «Восход» и «Союз».
• Скорость, необходимая для выхода на низкую околоземную орбиту, составляет около 7,9 км/с (первая космическая скорость).
• Ракета «Сатурн-5», использовавшаяся в программе «Аполлон», остаётся самой мощной ракетой, когда-либо успешно летавшей (до появления сверхтяжёлой системы Starship компании SpaceX).
• Современные ракеты-носители, такие как Falcon 9, способны совершать многократные полёты благодаря возвращению первой ступени на посадочную площадку.