Donde se fabrican los motores de cohetes más potentes del mundo. Cohete espacial: tipos, características técnicas. Los primeros cohetes espaciales y cosmonautas ¿Quién fue el primero en diseñar un cohete espacial?

Conozca a NPO Energomash, que recientemente se unió a la United Rocket and Space Corporation de Rusia. Aquí se fabrican los mejores y más potentes motores de cohetes líquidos del mundo. Sacaron casi todo el programa espacial soviético, y ahora sacan el ruso, el ucraniano, el surcoreano y, en parte, incluso el estadounidense.

Aquí, en Khimki, cerca de Moscú, se desarrollaron motores para los cohetes soviético-rusos Soyuz y Proton; para el "Angara" ruso; por el Zenit y el Dnepr soviético-ucranianos; para el KSLV-1 surcoreano y para el cohete estadounidense Atlas-5. Pero primero lo primero...

1. Después de comprobar el pasaporte y la llegada del acompañante, nos desplazamos desde la entrada al museo vegetal, o como se llama aquí, la “Sala de Demostraciones”.

3. Vladimir dio un breve pero informativo recorrido por el museo.

¿Ves una pistola pulverizadora de 7 cm sobre la mesa? De aquí surgió todo el espacio soviético y ruso.
NPO Energomash se desarrolló a partir de un pequeño grupo de entusiastas de la ciencia espacial, formado en 1921, y en 1929 llamó Laboratorio de Dinámica de Gas, cuyo director era Valentin Petrovich Glushko, quien más tarde se convirtió en el diseñador general de NPO Energomash.

El disco con una esfera en el centro no es un modelo del sistema solar, como pensaba, sino un modelo de un cohete espacial eléctrico. Se suponía que se colocarían paneles solares en el disco. Al fondo se ven los primeros modelos de motores de cohetes líquidos desarrollados por GDL.

Detrás de los primeros conceptos de los años 20-30. El verdadero trabajo comenzó con la financiación gubernamental. Aquí el GDL ya trabajó junto con el Royal GIRD. Durante la guerra, en Sharashka se desarrollaron propulsores de cohetes para aviones militares en serie. Crearon toda una línea de motores y creían que eran uno de los líderes mundiales en la construcción de motores líquidos.

Pero todo el tiempo fue arruinado por los alemanes, que crearon el primer misil balístico A4, más conocido en Rusia como V-2.

Su motor era superior en más de un orden de magnitud a los diseños soviéticos (25 toneladas frente a 900 kg), y después de la guerra, los ingenieros comenzaron a ponerse al día.

4. Primero, crearon una réplica completa del A4 llamada R-1, pero utilizando materiales íntegramente soviéticos. Durante este período, nuestros ingenieros todavía contaban con la ayuda de los alemanes. Pero intentaron mantenerlos alejados de los desarrollos secretos, por lo que los nuestros continuaron trabajando por su cuenta.

5. En primer lugar, los ingenieros comenzaron a mejorar y aligerar el diseño alemán y lograron un éxito considerable: el empuje aumentó a 51 tf.

6. Los primeros desarrollos con un nuevo tipo de cámara de combustión fueron militares. En la sala de exposición están escondidos en el rincón más alejado y oscuro. Y a la luz, el orgullo, los motores RD-107 y RD-108, que proporcionaron a la Unión Soviética la primacía en el espacio y permiten a Rusia liderar la exploración espacial tripulada hasta el día de hoy.

7. Vladimir Sudakov muestra cámaras de dirección: motores de cohetes adicionales que le permiten controlar el vuelo.

8. En desarrollos posteriores, se abandonó este diseño: se decidió simplemente desviar la cámara principal del motor en su conjunto. Los problemas de inestabilidad de la combustión nunca se resolvieron por completo, razón por la cual la mayoría de los motores diseñados por Glushko Design Bureau son multicámara.

9. En la sala solo hay un gigante de una sola cámara, que fue desarrollado para el programa lunar, pero nunca entró en producción: ganó la versión competidora NK-33 para el cohete N1.

La diferencia es que N1 se lanzó con una mezcla de oxígeno y queroseno, y Glushko estaba listo para lanzar personas con tetróxido de dimetilhidrazina y nitrógeno. Esta mezcla es más eficaz, pero mucho más tóxica que el queroseno. En Rusia, solo vuela el cargamento Proton. Sin embargo, esto no impide en modo alguno que China lance ahora sus taikonautas utilizando precisamente esa mezcla.

10. También puedes mirar el motor Proton.

11. Y el motor del misil balístico R-36M todavía está en servicio de combate en los misiles Voevoda, ampliamente conocidos bajo el nombre de la OTAN "Satanás".

Sin embargo, ahora también se lanzan con el nombre de “Dnepr” con fines pacíficos.

12. Finalmente llegamos a la perla de Glushko Design Bureau y el orgullo de NPO Energomash: el motor RD-170/171.

Hoy en día es el motor de oxígeno y queroseno más potente del mundo: un empuje de 800 tf. Supera al F-1 lunar estadounidense en 100 tf, pero lo logra gracias a cuatro cámaras de combustión, frente a una en el F-1.

El RD-170 fue desarrollado para el proyecto Energia-Buran como motor propulsor lateral. Según el diseño original, los propulsores eran reutilizables, por lo que los motores fueron diseñados y certificados para un uso diez veces. Desafortunadamente, el regreso de los propulsores nunca se implementó, pero los motores conservan sus capacidades.

Después del cierre del programa Buran, el RD-170 tuvo más suerte que el F-1 lunar: encontró una aplicación más utilitaria en el cohete Zenit. En la época soviética, al igual que el Voevoda, fue desarrollado por la Oficina de Diseño Yuzhnoye, que acabó en el extranjero tras el colapso de la URSS. Pero en los años 90 la política no interfirió con la cooperación ruso-ucraniana y, en 1995, el proyecto Sea Launch comenzó a implementarse junto con Estados Unidos y Noruega. Aunque nunca alcanzó la rentabilidad, pasó por una reorganización y ahora se está decidiendo su destino futuro, pero los cohetes volaron y los pedidos de motores apoyaron a Energomash durante los años de pobreza espacial de los años 90 y principios de los 2000.

13. ¿Cómo lograr movilidad de la unidad a altas presiones y temperaturas extremas? Sí, es una pregunta de mierda: solo 12 capas de metal y anillos de armadura adicionales, llenan entre las capas con oxígeno líquido, y no hay problemas...

Este diseño le permite montar el motor de forma rígida, pero controlar el vuelo desviando la cámara de combustión y la boquilla mediante un cardán. En el motor es visible justo debajo y a la derecha del centro, encima del panel con los enchufes rojos.

14. A los estadounidenses les gusta repetir sobre su espacio: "Estamos sobre los hombros de gigantes". Al observar estas creaciones de los ingenieros soviéticos, se comprende que esta frase se aplica por completo a la cosmonáutica rusa. Aunque el Angara es una creación de diseñadores rusos, su motor, el RD-191, se remonta evolutivamente al RD-171.

Del mismo modo, la “mitad” del RD-171, denominada RD-180, contribuyó al programa espacial estadounidense cuando Energomash ganó el concurso Lockheed Martin en 1995. Pregunté si había un elemento propagandístico en esta victoria: ¿podrían los estadounidenses haber firmado un contrato con los rusos para demostrar el fin de la era de la rivalidad y el comienzo de la cooperación en el espacio? No me respondieron, pero me hablaron de los ojos asombrados de los clientes estadounidenses al ver las creaciones del sombrío genio de Khimki. Según los rumores, las características del RD-180 eran casi el doble que las de sus competidores. La razón es que Estados Unidos nunca ha dominado los motores de cohetes de ciclo cerrado. En principio, es posible sin él, el mismo F-1 con ciclo abierto o Merlin de SpaceX. Pero en la relación potencia/peso los motores de ciclo cerrado ganan, aunque pierden en precio.

Aquí, en el video de prueba del motor Merlin-1D, puede ver una corriente de gas del generador que brota de un tubo al lado de la boquilla:

15. Finalmente, el final de la exposición es la esperanza de la empresa: el motor RD-191. Este es el modelo más joven de la familia hasta el momento. Fue creado para el cohete Angara, logró funcionar en el KSLV-1 coreano y está siendo considerado como una de las opciones por la compañía estadounidense Orbital Sciences, que necesitaba un reemplazo para el Samara NK-33 después del accidente del cohete Antares en Octubre.

16. En la fábrica, esta trinidad RD-170, RD-180, RD-191 se llama en broma "litro", "medio litro" y "cuarto".

17. Hay muchas cosas interesantes en la planta, y lo principal era ver cómo se crea tal milagro de la ingeniería a partir de un montón de piezas en bruto de acero y aluminio.

¿Qué es un cohete espacial? ¿En qué se diferencia del habitual? Un cohete espacial es un cohete compuesto de varias etapas propulsado por combustible líquido. ¡A nadie se le ocurrió de inmediato un cohete así en su forma terminada!

Los primeros cohetes simples aparecieron en el siglo XIII en China.

Los bocetos y dibujos de los primeros cohetes de múltiples etapas aparecieron en las obras del técnico militar Konrad Haas (1556) y del científico Kazimir Semenovich (1650). Fue él, según muchos expertos, el primer inventor de un cohete de múltiples etapas. Pero se trataba de proyectos de ingeniería militar. Ni Haas ni Semenovich imaginaron su uso con fines espaciales.

Fue el primero en proponer la idea de utilizar un cohete de varias etapas para vuelos espaciales.
en el siglo XVII... Cyrano de Bergerac en su cuento fantástico “Un viaje a la luna” (1648).

Pero el hecho es que un cohete convencional de combustible sólido de múltiples etapas (se propuso principalmente pólvora) no era adecuado para vuelos espaciales. Se necesitaba un tipo de combustible fundamentalmente diferente.

Y finalmente, a principios del siglo XX, en 1903, nuestro compatriota K. E. Tsiolkovsky descubrió cómo enseñarle a un cohete a volar en el espacio. ¡Se le ocurrió el combustible LÍQUIDO de dos componentes! – ¡Por primera vez propuso el diseño de un cohete espacial con un motor a reacción de líquido! - Este es su gran mérito. Y es por eso que Tsiolkovsky es considerado uno de los fundadores de la astronáutica (aunque no pudo proponer un diseño de cohete viable). “Uno de” – porque sólo hay tres. Además de nuestro Tsiolkovsky, también están el estadounidense Robert Goddard y el alemán Hermann Oberth.

Goddard en 1914 fue el primero en proponer finalmente un prototipo de un cohete espacial real: un cohete de combustible líquido de múltiples etapas. Es decir, Goddard reunió dos ideas fundamentales: la idea de múltiples etapas y la idea de combustible líquido. Multietapa + Combustible líquido = Cohete espacial. Es decir, el proyecto de un cohete espacial real apareció por primera vez en la obra de Goddard. Además, el diseño del cohete Goddard prevé la separación secuencial de etapas. Fue Goddard quien, en 1914, recibió por primera vez una patente por la invención de cohetes multietapa.
Además, Goddard no sólo se dedicó a cálculos teóricos. ¡Él también era un practicante! En 1926, fue el propio Goddard quien construyó el primer cohete del mundo con un motor a reacción líquido (combustible líquido). ¡Construido y lanzado! (¡Aunque no a una altitud muy alta entonces, pero este fue solo el primer lanzamiento de prueba!)
Entonces, si la frase "inventó un cohete espacial" se aplica más a alguien, ese es a Goddard.

Sólo uno de los tres "padres", Hermann Oberth, estaba destinado a presenciar los lanzamientos de cohetes espaciales de múltiples etapas. En 1923 se publicó su libro, en el que proponía un cohete de dos etapas para volar al espacio. ¡El lanzamiento de esta obra tuvo una enorme resonancia en la sociedad! Incluso el periódico soviético Pravda escribió repetidamente sobre la idea del "profesor alemán Oberth, a quien se le ocurrió una manera de volar al espacio". Oberth también era practicante. También construyó su propio cohete.

Además de los tradicionalmente llamados tres "padres", quizás también podamos nombrar al cuarto fundador de la cosmonáutica, Yuri Kondratyuk, quien en su obra "Para aquellos que leerán para construir" dio un diagrama esquemático y una descripción de un cohete de 4 etapas. impulsado por combustible de oxígeno-hidrógeno El trabajo sobre el manuscrito comenzó en 1916 y finalizó en 1919. Kondratyuk es famoso, en primer lugar, por el hecho de que fue él quien calculó la trayectoria óptima de vuelo a la Luna. Estos cálculos fueron utilizados por la NASA en el programa lunar Apolo. La trayectoria que propuso en 1916 se denominó más tarde “ruta Kondratyuk”.

Capítulo 1

Introducción a la tecnología espacial y de cohetes.

Etapas de desarrollo de cohetes y tecnología de cohetes.

La historia del desarrollo de cohetes se remonta a la antigüedad. La aparición de los cohetes está indisolublemente ligada a la invención de la pólvora, cuyos productos de combustión crean una fuerza reactiva capaz de impartir una velocidad relativamente alta al cohete. La literatura indica que la receta para fabricar pólvora se conocía en China, India y los países árabes, pero aún se desconoce dónde apareció por primera vez. Se cree que en China los cohetes (“flechas de fuego”) se utilizaban entre los siglos X y XII.

El uso de misiles como armas siempre ha estado determinado por las capacidades energéticas relativamente altas de los cohetes, lo que hizo que los misiles fueran efectivos en el uso en combate. Sin embargo, la competencia constante de otros tipos de lanzamiento de proyectiles, por regla general, llevó en muchas etapas de la creación de cohetes al abandono del uso de este último. La principal razón del fracaso fue la baja precisión de los misiles en alcanzar el objetivo en comparación con los sistemas de la competencia. Esto se debe al hecho de que en los sistemas que no son de misiles, la velocidad requerida se comunica a un proyectil, bala, etc., durante un corto período de movimiento del proyectil a lo largo de una guía, que puede apuntar con bastante precisión al objetivo.

Como resultado de esto, el vector de velocidad de lanzamiento del proyectil, cuyo valor se forma durante el movimiento del proyectil en el cañón, puede orientarse con mayor o menos precisión y está relativamente poco influenciado por las condiciones externas del vuelo del proyectil. . Sin embargo, estas mismas condiciones requieren que se apliquen grandes aceleraciones al proyectil y, en consecuencia, grandes cargas provocadas por las reacciones que actúan sobre el dispositivo de lanzamiento. Esto obliga a producir un sistema propulsor que no sea un cohete y que sea significativamente más pesado en comparación con la masa del proyectil (cientos de veces).

En un sistema de cohetes, la transferencia de velocidad al proyectil se produce principalmente fuera del lanzador, en una sección relativamente larga de la trayectoria de vuelo. Esto lleva al hecho de que la aceleración del proyectil es pequeña y, por lo tanto, la carga sobre el sistema de lanzamiento también es pequeña. El peso del sistema de lanzamiento del cohete se vuelve comparable al peso del cohete y puede variar sólo unas pocas veces.

Las "flechas de fuego" se generalizaron en la India. Los europeos (los británicos) encontraron por primera vez “flechas de fuego” durante la colonización de la India. Un ingeniero militar, el coronel William Congreve, comenzó a estudiarlos. Llevó los misiles a Inglaterra, los mejoró y se aseguró de que el ejército británico los adoptara. Los misiles se utilizaron de forma bastante amplia y exitosa en las operaciones de combate del ejército británico. Así, en 1807, durante la guerra con Napoleón, la flota inglesa durante el asedio de Copenhague destruyó casi por completo la ciudad con la ayuda de misiles. número 2 pág.152 fig. 7; página 159 fig. 11. La aparición de misiles en el arsenal de Inglaterra obligó a su adopción en otros países.

En Rusia, los cohetes se describen en la "Carta" de Anisim Mikhailov, escrita por él entre 1607 y 1621. Bajo Pedro I, los cohetes se usaban ampliamente en el ejército ruso. A principios de los años 80 del siglo XVII se creó en Moscú un "establecimiento de cohetes", que luego se trasladó a San Petersburgo. A principios del siglo XVIII se creó allí un cohete de señales, que estuvo en servicio en el ejército ruso durante más de siglo y medio. asunto 2, página 159 Fig. 11.

Uno de los primeros creadores de misiles de combate para el ejército ruso fue el general Alexander Dmitrievich Zasyadko (1779 - 1837), quien creó exitosos misiles incendiarios y de rebote que se utilizaron en las compañías de cohetes y baterías del ejército ruso.

En los años 40 del siglo pasado, el científico ruso general Konstantinov K.I. desarrolló la base científica para el cálculo y diseño de cohetes de pólvora. número 2 pág.160 fig. 12. Con sus técnicas se crearon misiles con un alcance de disparo de hasta 4-5 km, que se convirtieron en un arma eficaz para el ejército ruso.

Sin embargo, el desarrollo en la segunda mitad del siglo XIX de la artillería estriada, que permitió obtener un mayor alcance de tiro y mayor precisión y menor dispersión de los impactos, suplantó a los cohetes. Como ya se señaló, el impacto de cargas externas (aerodinámicas, causadas por imprecisiones en la fabricación del proyectil, propulsor, etc.) sobre el proyectil cuando se vuela en la sección de aceleración bajo la influencia de la fuerza reactiva conduce a grandes desviaciones angulares del proyectil. vector de velocidad del valor requerido y, en consecuencia, a las desviaciones de los parámetros del movimiento del proyectil a lo largo de la trayectoria. Estas desviaciones superaron significativamente las desviaciones similares de los cañones de artillería desarrollados en la segunda mitad del siglo XIX; la precisión de los misiles era mucho menor que la precisión de los proyectiles disparados con estos cañones. Ésta fue la razón por la que se abandonó el uso de misiles como proyectiles para alcanzar objetivos.

En el curso del desarrollo de los métodos de lucha armada durante el período de rápido desarrollo de la ciencia y la tecnología a finales del siglo XIX y principios del XX, hubo una transición a guerras de posición, cuya conducción requirió una enorme tensión en todo el sistema económico y potencial moral de los países enemigos y el gasto de grandes recursos humanos, organizando la gestión de la economía de estos países, maniobra de fuerzas y medios en todo el país.

Durante tales guerras, los requisitos para la capacidad de destruir objetivos enemigos a una distancia considerable de la línea del frente de la lucha armada de los ejércitos combatientes aumentaron constantemente. Dichos objetos incluían centros de control, centros de comunicaciones de todo tipo, los centros más importantes de suministro de energía, producción industrial, concentraciones de tropas, equipo militar y almacenes principales para diversos suministros. Para infligir daño moral a la población del país y reducir sus recursos laborales, se consideró posible atacar grandes asentamientos enemigos.

Uno de los primeros intentos de crear medios para lanzar un proyectil de combate muy detrás de las líneas enemigas (según los conceptos de esa época) fue la creación en Alemania durante la Primera Guerra Mundial de armas de ultra largo alcance diseñadas para disparar contra objetivos ubicados en una distancia de 200-250 km del arma.

La experiencia única en el uso de esta arma ha demostrado que la efectividad de dicho sistema de lanzamiento es extremadamente baja. Para lanzar un proyectil que pesa 7 kilogramos al objetivo, fue necesario crear un arma que pesa 350 toneladas, que tiene una velocidad de disparo baja y una capacidad de supervivencia muy baja debido a la carga extremadamente alta en el cañón cuando se dispara.

Además, la desviación circular del proyectil desde el punto de mira, igual a 2 km, era tan grande que podía disparar contra objetivos de área como, por ejemplo, una gran ciudad como París. Esto demostró que con tales parámetros de dispersión, un aumento de la eficiencia a un nivel aceptable sólo se puede lograr mediante un fuerte aumento (cientos de veces) en la masa de la ojiva. Es decir, fue imposible lograr el éxito utilizando sistemas de cañón para entregar tal carga al objetivo.

El desarrollo de la aviación en las dos primeras décadas del siglo XX podría sugerir que el uso de aviones resolvería el problema. Ya al ​​final de la Primera Guerra Mundial, todos los principales países en conflicto crearon bombarderos capaces de lanzar hasta una tonelada o más de carga de bombas en un alcance de 300 a 350 km (Fridrichshafen G-IV, Gotha G-V en Alemania), (Handley Página H-12, Handley Página H-15 en Inglaterra), (Ilya Muromets en Rusia), (Martin MB en EE. UU.). Es cierto que durante la Primera Guerra Mundial prácticamente no se llevó a cabo ni un solo ataque aéreo contra objetivos enemigos en la retaguardia profunda, a excepción de algunos ataques con bombas realizados por dirigibles alemanes. Pero la experiencia acumulada en el uso de la aviación para atacar a las fuerzas terrestres enemigas en la línea del frente y cerca de las zonas de retaguardia militar, la tendencia en el desarrollo de la aviación (aumento del alcance de vuelo, la velocidad, la capacidad de carga útil, el desarrollo de armas aéreas) hicieron posible crear teorías. de las guerras aéreas, cuyos fundadores demostraron que en tales guerras casi sólo las fuerzas aéreas pueden suprimir la resistencia enemiga, causar daños irreparables a la economía del enemigo y desmoralizar a la población. Pero los autores de estas teorías no tuvieron en cuenta las capacidades de combate del desarrollo de sistemas de defensa aérea, basados ​​en el uso de modernos aviones de combate, artillería antiaérea, detección temprana de aviones enemigos atacantes y equipos de comunicaciones y control. El desarrollo de la defensa aérea hizo posible maniobrar incluso con fuerzas limitadas, proporcionando contramedidas locales en los medios defensivos.

Comprender esto llevó al hecho de que en países con una base científica y técnica desarrollada (EE. UU., URSS, Alemania), surgió la idea de crear aviones robóticos de combate que combinen las capacidades de los aviones para alcanzar objetivos remotos, teniendo una carga útil significativa a bordo con aumentando la confiabilidad de la tarea con costos comparables de recursos materiales para la creación y producción de estos dispositivos, ya sea mediante su uso masivo en una versión relativamente barata, o aumentando su invulnerabilidad al volar a lo largo de tales trayectorias y a tal velocidad, lo que hizo ellos inaccesibles a los sistemas de defensa aérea de esa época. Los científicos e ingenieros alemanes lograron el mayor éxito al implementar esta idea. Esto se explica en gran medida por el hecho de que en los países europeos que salieron victoriosos de la Primera Guerra Mundial (Inglaterra, Francia, Italia), en los Estados Unidos y en la URSS, se dio gran influencia al desarrollo de una aviación militar probada. Y en Alemania, el Tratado de Paz de Versalles prohibió la propiedad y el desarrollo de tales aviones, y los esfuerzos de los científicos se dirigieron a crear medios de ataque no convencionales, una herramienta para reprimir objetivos de retaguardia, que no estaban sujetos a las restricciones del tratado de paz. Estos instrumentos resultaron ser el misil de crucero no tripulado V-1 (FZG-76) y el misil balístico V-2 (A4).

En Alemania, que ha conservado en gran medida su potencial científico y técnico, y a mediados de los años 30 recibió la oportunidad económica de crear nuevos sistemas de armas, fue posible crear un vehículo balístico no tripulado mucho más potente y eficiente que en otros países y diseñar unidades de equipo terrestre, organizar su producción en masa, así como la producción de unidades de equipo terrestre, probar todo el sistema de misiles de combate, encontrar, crear y probar principios de aplicación organizativos y operativos.

La creación de vehículos aéreos no tripulados, como los aviones proyectiles V-1 y los misiles balísticos guiados V-2, y el uso de la experiencia en su operación y combate, intensificaron considerablemente el trabajo sobre sistemas similares de guerra armada que se llevan a cabo en varios países del mundo, especialmente en la URSS y Estados Unidos.

Fue la instalación de un sistema de control a bordo del misil balístico lo que permitió aumentar la precisión del disparo del misil contra objetivos pequeños y hacerlo competitivo en eficiencia con cualquier sistema de misiles.

En la Unión Soviética, en marzo de 1946, en la primera sesión de posguerra del Consejo Supremo de la URSS, entre otras tareas prioritarias para el desarrollo del país, se nombró la tarea de garantizar el trabajo en el desarrollo de la tecnología a reacción. En 1946, por Decreto del Comité Central del PCUS y el Consejo de Ministros de la URSS, se tomó la decisión de crear nuevas organizaciones de investigación, desarrollo y pruebas y desarrollar las existentes, cuyas actividades deberían estar dirigidas a la creación de misiles de diversas clases y propósitos, principalmente misiles balísticos de largo alcance, equipos terrestres que garantizan su preparación, lanzamiento, control de vuelo y medición de parámetros de vuelo.

A principios de los años 50, la Unión Soviética alcanzó la vanguardia en el desarrollo y uso de potentes misiles. Esto permitió a la humanidad en 1957 dar el primer paso en la exploración práctica del espacio: lanzar un satélite terrestre artificial y luego, en 1961, el primer cosmonauta.

Con el mayor desarrollo de la tecnología de cohetes, sus creadores resolvieron dos problemas:

Mejorar los misiles como medio de guerra armada, aumentar su invulnerabilidad a la influencia enemiga y aumentar el poder de combate de los misiles. La solución a este problema siempre ha estado asociada al deseo de reducir las dimensiones del misil manteniendo o incluso aumentando la potencia de la ojiva y su eficacia. Esto, a su vez, permitiría aumentar las propiedades protectoras de los lanzadores de silos, cuyo aumento de tamaño no estaba permitido por los acuerdos internacionales, o crear sistemas de misiles móviles de varios tipos y tamaños aceptables. Por regla general, los cohetes que cumplen estos requisitos se fabrican con combustible sólido;

Incrementar las capacidades de los cohetes como herramienta para la exploración del espacio cercano y profundo. Y en este camino, en el período inicial, hubo una tendencia constante a aumentar el tamaño de los cohetes, ya que las tareas que se planteaban y se plantean a la tecnología de cohetes requieren la capacidad de lanzar objetos más pesados.

En la primera etapa de este desarrollo, casi todos los problemas de la exploración espacial se resolvieron utilizando cohetes de combate y sus etapas como medio para lanzar objetos espaciales. Posteriormente, se crearon portaaviones especiales para resolver los problemas de la exploración espacial.

Los misiles de clase media y pesada utilizados para este fin están equipados principalmente con motores de cohetes líquidos. Y actualmente sólo una pequeña parte de las tareas de exploración espacial pueden resolverse utilizando las etapas de los modernos cohetes de combate (cohetes de doble tecnología). Es decir, cada vez es más visible una cierta diferenciación entre misiles de combate y cohetes que transportan objetos espaciales.

1.2. La teoría de los cuerpos de masa variable es la base de la astronáutica.

Desarrollo de la astronáutica y la tecnología práctica de cohetes.

La creación de la teoría y la práctica del uso de cohetes se basa en los principios básicos de la mecánica de cuerpos de masa variable. Mecánica de cuerpos de masa variable: la ciencia del siglo XX. La tecnología de cohetes moderna presenta cada vez más desafíos para esta rama de la mecánica teórica que ha surgido relativamente recientemente.

Actualmente, la industria de casi todos los países del mundo domina los misiles de diversos tipos, cohetes y torpedos. Todos los cohetes son cuerpos cuya masa cambia significativamente durante el movimiento. En general, los casos de movimiento de cuerpos cuya masa cambia con el tiempo se pueden observar en muchos fenómenos naturales. Por ejemplo, la masa de un meteorito que cae y se mueve en la atmósfera disminuye debido al hecho de que las partículas de meteorito se desprenden debido a la resistencia del aire o se queman.

La ley básica de la dinámica de un punto de masa variable fue descubierta por el científico ruso, profesor del Instituto Politécnico de San Petersburgo I. V. Meshchersky en 1897. Se muestra que hay dos factores que distinguen las ecuaciones de movimiento de un punto de masa variable de las ecuaciones de Newton: la variabilidad de la masa y la hipótesis de separación de partículas que determinan la fuerza adicional o reactiva que crea el movimiento del punto.

La ley del movimiento de un punto de masa variable establece: “Para cualquier momento de tiempo, el producto de la masa del centro radiante y su aceleración es igual a la suma geométrica de las fuerzas externas resultantes que se le aplican y la fuerza reactiva. "

d(m×V)/dt = F + R

La ecuación básica de movimiento de un punto de masa variable obtenida por I. V. Meshchersky permitió establecer leyes cuantitativas para diversos problemas. Una de las hipótesis esenciales que sustentan el método de Meshchersky es la hipótesis de la acción de corto alcance (acción de contacto del cuerpo y las partículas lanzadas). Se supone que en el momento en que la partícula se separa del cuerpo, se produce un fenómeno similar a un impacto, la partícula adquiere una velocidad relativa V 2 en un período de tiempo muy corto y se detiene la interacción adicional entre la partícula y el cuerpo principal.

El científico ruso K. E. Tsiolkovsky hizo una importante contribución a la mecánica de masas variables. En 1903 publicó el trabajo "Exploración de los espacios del mundo mediante instrumentos a reacción", en el que examinó a fondo una serie de casos interesantes de movimiento rectilíneo de cuerpos de masa variable (cohetes). El problema más simple resuelto en la investigación de Tsiolkovsky tiene que ver con el principio mismo de la propulsión a chorro. Al estudiar el movimiento de un punto en un medio sin fuerzas externas, Tsiolkovsky demostró que con una velocidad de expulsión de partículas suficientemente alta y la relación entre la masa inicial del punto y la masa final, se pueden obtener velocidades (cósmicas) muy altas.

En mecánica de cuerpos de masa variable, a Tsiolkovsky se le ocurrió la idea de estudiar tales movimientos de un punto de masa variable, cuando en algunos intervalos de tiempo la masa del punto cambia continuamente, y en algunos momentos de tiempo - abruptamente. Esto hizo posible construir la teoría de los cohetes de múltiples etapas.

La cosmonáutica como ciencia, y luego como rama práctica, se formó a mediados del siglo XX. Pero esto fue precedido por una fascinante historia del nacimiento y desarrollo de la idea de volar al espacio, que comenzó con la fantasía, y solo entonces aparecieron los primeros trabajos teóricos y experimentos. Así, inicialmente en los sueños humanos, el vuelo al espacio exterior se llevaba a cabo con la ayuda de medios fabulosos o fuerzas de la naturaleza (tornados, huracanes). Más cerca del siglo XX, los medios técnicos para estos fines ya estaban presentes en las descripciones de los escritores de ciencia ficción: globos, cañones superpoderosos y, finalmente, motores de cohetes y los propios cohetes. Más de una generación de jóvenes románticos creció con las obras de J. Verne, G. Wells, A. Tolstoi, A. Kazantsev, cuya base fue una descripción de los viajes espaciales.

Todo lo descrito por los escritores de ciencia ficción excitó las mentes de los científicos. Por eso K. E. Tsiolkovsky dijo: “Primero vienen inevitablemente el pensamiento, la fantasía y el cuento de hadas, y detrás de ellos viene el cálculo preciso”.

Publicación a principios del siglo XX de los trabajos teóricos de los pioneros de la astronáutica K. E. Tsiolkovsky, F. A. Tsander, Yu. V. Kondratyuk página 8, edición de R. H. Goddart. 2 pág.174 fig. 9, G. Hanswindt, R. Hainault Peltry, G. Oberta vol. 2, página 175, V. Gomana organizó hasta cierto punto un vuelo de fantasía, pero al mismo tiempo dio vida a nuevas direcciones en la ciencia: aparecieron intentos de determinar qué puede aportar la astronáutica a la sociedad y cómo influye en ella.

Uno de los pioneros de la tecnología espacial y de cohetes es Robert Einaut Pelterie, científico, ingeniero e inventor francés.

Llegó a la astronáutica después de interesarse por la tecnología de la aviación. Fue uno de los primeros en llamar la atención sobre la posibilidad de utilizar la energía atómica en la tecnología espacial.

En 1912-1913, Robert Goddard desarrolló en Estados Unidos la teoría de la propulsión de cohetes. Goddard derivó la ecuación diferencial del movimiento del cohete y desarrolló un método aproximado para resolverla, determinó la masa mínima de lanzamiento para elevar una libra de carga útil a diferentes alturas y obtuvo el valor de eficiencia del cohete. Se les mostró la posibilidad de lanzar un cohete multietapa y se determinaron los beneficios de su uso. Desde 1915 realizó experimentos de banco con cohetes de combustible sólido. En 1920 se publicó en Washington la obra fundamental de Goddard, “El método para alcanzar alturas máximas”. Esta obra es uno de los clásicos de la historia de la tecnología espacial y de cohetes.

En 1921, Goddard comenzó a realizar investigaciones experimentales con motores de cohetes líquidos utilizando oxígeno líquido como oxidante e hidrocarburos como combustible. El primer lanzamiento de un motor cohete de propulsión líquida en el stand tuvo lugar en marzo de 1922. El primer vuelo exitoso de un cohete con un motor cohete creado por Goddard tuvo lugar el 16 de marzo de 1926. 2 págs. 189 fig. El 26, un cohete que pesaba 4,2 kg alcanzó una altura de 12,5 my voló 56 m.

Hay que decir que la idea de conectar las direcciones cósmica y terrestre de la actividad humana pertenece al fundador de la cosmonáutica teórica K. E. Tsiolkovsky. Cuando un científico dijo: "El planeta es la cuna de la razón, pero no se puede vivir para siempre en una cuna", no propuso alternativas, ni la Tierra ni el espacio. Tsiolkovsky nunca consideró ir al espacio como consecuencia de la desesperanza de la vida en la Tierra. Por el contrario, habló de la transformación racional de la naturaleza de nuestro planeta por el poder de la razón. Las personas, argumentó el científico, “cambiarán la superficie de la Tierra, sus océanos, la atmósfera, las plantas y a ellos mismos. Controlarán el clima y gobernarán dentro del sistema solar, así como en la propia Tierra, que seguirá siendo la morada de la humanidad durante un tiempo indefinidamente largo”.

En el campo del desarrollo teórico de la cosmonáutica y los viajes interplanetarios trabajó el talentoso investigador Yu. V. Kondratyuk, quien, independientemente de K. E. Tsiolkovsky, en sus obras “A aquellos que leerán para construir” (1919) y “ La conquista de los espacios interplanetarios” (1929) obtuvo las ecuaciones básicas del movimiento de los cohetes. En una serie de disposiciones discutidas en sus obras, se complementaron las disposiciones básicas expuestas en las obras de Tsiolkovsky. Por ejemplo, Kondratyuk propuso, al volar a la Luna, lanzar un sistema espacial a la órbita de un satélite artificial, y luego un vehículo de despegue y aterrizaje y dirigirlo a la Luna. Se muestra la eficiencia energética de tal lanzamiento de una carga útil dirigida a la Luna.

Otro importante representante de la escuela rusa de astronáutica fue F. A. Tsander. El libro "Problemas de vuelo utilizando vehículos a reacción", publicado en 1932, contiene materiales sobre diseños de cohetes, la teoría del vuelo de cohetes y propuestas para el uso de ciertos metales y aleaciones como combustibles para motores de cohetes.

En 1921, por iniciativa y bajo el liderazgo de N. I. Tikhomirov, se creó un Laboratorio de Dinámica de Gas (GDL) como parte del Comité de Investigación Militar del Consejo Militar Revolucionario de la RSFSR, que se dedicaba al desarrollo de cohetes utilizando pólvora balística. . Sobre la base de estos desarrollos, el Ejército Rojo creó, probó y adoptó con éxito lanzadores de cohetes múltiples, que desempeñaron un papel importante en las batallas de Khalkhin Gol y en la Gran Guerra Patria.

En mayo de 1929, en el GDL, por iniciativa del vicepresidente Glushko, se creó un departamento en el que en 1930-31 se desarrollaron los motores a reacción líquidos ORM-1 y ORM-2 (motores a reacción experimentales).

Como componentes del combustible en los motores se utilizaban óxido de nitrógeno (oxidante) y tolueno o una mezcla de gasolina y tolueno (combustible). Los motores desarrollaron un empuje de hasta 20 kg. Sobre la base de los resultados de las pruebas de 1931-32, se creó y probó una serie de motores de cohetes de propulsión líquida hasta ORM-52 con un empuje de 250-300 kg.

En 1931, bajo Osoviakhim, se crearon grupos para el estudio de la propulsión a chorro (Mos GIRD y Leningrado) en Moscú y Leningrado, que unieron a los entusiastas de la ciencia espacial de forma voluntaria.

En el GIRD de Moscú trabajaron F.A. Tsander, S.P. Korolev, Yu.A. Pobedonostsev, M.K. Tikhonravov y otros.

En MosGIRD, bajo la dirección de S.P. Korolev, se creó según el proyecto el primer cohete GIRD-09 con un motor de 25-33 kg de empuje, cuyo motor funcionaba con un combustible híbrido de gasolina gelatinosa y oxígeno gaseoso. de M. K. Tikhonravov, página 10 fig. 2. El cohete fue probado en agosto de 1933. En noviembre del mismo año, bajo el liderazgo de S.P. Korolev, se creó el cohete GIRD-X, que funciona con combustible líquido, alcohol y oxígeno líquido. El motor cohete desarrolló un empuje de hasta 65 kg. El cohete fue creado según el diseño de F.A. Tsander.

En 1933, sobre la base del GDL y Mos GIRD, se creó el Instituto de Investigación de Cohetes del Ejército Rojo (RNII RKKA) en el sistema del Comisariado de Defensa del Pueblo, que unos meses más tarde fue transferido a la industria. En el Instituto, en 1934-38, se crearon varios motores de propulsor líquido (desde ORM-53 hasta ORM-102), y ORM-65, creado en 1936, desarrolló un empuje de hasta 175 kg y fue el motor más avanzado de ese tiempo.

En 1939, por iniciativa del vicepresidente Glushko y bajo su dirección, se creó una oficina de diseño experimental de motores de cohetes de propulsión líquida (OKB-GDL), donde en los años cuarenta se desarrolló una familia de motores de cohetes de propulsión líquida de aviación, que sirvieron como prototipos para el desarrollo de potentes motores de cohetes.

En la URSS, inmediatamente después de la Segunda Guerra Mundial, el trabajo práctico en programas espaciales está asociado con los nombres de S. P. Korolev y M. K. Tikhonravov. A principios de 1945, M. K. Tikhonravov organizó un grupo de especialistas del RNII para desarrollar un proyecto de un vehículo cohete tripulado de gran altitud (una cabina con dos cosmonautas) para estudiar las capas superiores de la atmósfera. Se decidió crear el proyecto sobre la base de un cohete líquido de una sola etapa, diseñado para volar verticalmente a una altitud de hasta 200 km (proyecto VR-190). El proyecto incluyó la resolución de los siguientes problemas:

Estudio de las condiciones de ingravidez durante vuelos humanos de corta duración en cabina presurizada;

Estudiar el movimiento del centro de masa de la cabina y su movimiento alrededor del centro de masa después de la separación del vehículo de lanzamiento;

Obtención de datos sobre las capas superiores de la atmósfera;

Comprobación de la funcionalidad de los sistemas (separación, descenso, estabilización, aterrizaje, etc.) incluidos en el diseño de la cabina de gran altitud.

El proyecto VR-190 fue el primero en proponer soluciones que han encontrado aplicación en naves espaciales modernas:

Sistema de descenso en paracaídas, motor cohete con frenado de aterrizaje suave, sistema de separación mediante piroboltos;

Varilla de contacto eléctrica para el preencendido del motor de aterrizaje suave, cabina sellada sin eyección con sistema de soporte vital;

Sistema de estabilización de cabina fuera de las densas capas de la atmósfera mediante boquillas de bajo empuje.

En general, el proyecto VR-190 fue un complejo de nuevas soluciones y conceptos técnicos, confirmado por el progreso del desarrollo de la tecnología espacial y de cohetes nacionales y extranjeros. En 1946, Tikhonravov informó a I. V. Stalin sobre los materiales del proyecto VR-190. Desde 1947, Tikhonravov y su grupo han estado trabajando en la idea del vuelo de cohetes y a finales de los años cuarenta y principios de los cincuenta mostraron la posibilidad de obtener la primera velocidad cósmica y lanzar satélites artificiales utilizando una base de cohetes que se estaba desarrollando en la URSS. En los años 1950-53, los esfuerzos de los miembros del grupo de M. K. Tikhonravov se dirigieron a estudiar el problema de la creación de cohetes compuestos y satélites artificiales.

En un informe al Gobierno de 1954 sobre la posibilidad de desarrollar satélites, S.P. Korolev escribió: “Siguiendo sus instrucciones, presento un memorando al camarada. Tikhonravova M.K. "Sobre el satélite artificial de la Tierra". En un informe sobre las actividades científicas de 1954, S.P. Korolev señaló: “Consideramos posible llevar a cabo un desarrollo preliminar del proyecto del satélite en sí, teniendo en cuenta el trabajo en curso (el trabajo de M.K. Tikhonravov merece especial atención). "

Se iniciaron los trabajos de preparación para el lanzamiento del primer satélite PS-1. Se creó el primer Consejo de Diseñadores Jefes, encabezado por S.P. Korolev, quien posteriormente dirigió el programa espacial de la URSS, que se convirtió en líder en exploración espacial. Creada bajo la dirección de S.P. Korolev, OKB-1-TsKBEM-NPO Energia se ha convertido en el centro de la ciencia y la industria espaciales de la URSS desde principios de los años cincuenta. La cosmonáutica es única en el sentido de que mucho de lo que predijeron primero los escritores de ciencia ficción y luego los científicos se ha hecho realidad a velocidad cósmica. Han pasado poco más de 40 años desde el lanzamiento del primer satélite artificial de la Tierra, el 4 de octubre de 1957 p.37 fig. 8, y la historia de la astronáutica ya contiene una serie de logros notables logrados inicialmente por la URSS y los EE.UU., y luego por otras potencias espaciales.

Ya hay miles de satélites volando en órbita alrededor de la Tierra; los aparatos han llegado a la Luna, Venus y Marte; Se envió equipo científico a Júpiter, Mercurio y Saturno para obtener conocimientos sobre estos planetas distantes del sistema solar.

Desde el momento del lanzamiento del primer cosmonauta Yu. A. Gagarin en la nave espacial Vostok, después de los lanzamientos de la nave espacial p.38 fig. 9 “Salyut”, “Mir”, la URSS se convirtió durante mucho tiempo en el país líder del mundo en vuelos espaciales tripulados. Los sistemas espaciales a gran escala en interés de una amplia gama de tareas (incluidas las socioeconómicas y científicas), la integración de las industrias espaciales de varios países.

Los primeros potentes motores de cohetes de propulsión líquida (creados bajo la dirección de V.P. Glushko), la implementación de nuevas ideas y esquemas científicos que prácticamente eliminaron las pérdidas en el propulsor TPU, llevaron a la industria rusa de motores a la vanguardia de la tecnología espacial. Desarrollo de termohidrodinámica, teoría de la transferencia de calor y resistencia, metalurgia de materiales, química de combustibles, tecnología de medición, tecnología de vacío y plasma.

Diseño de sistemas espaciales complejos, construcción de puertos espaciales, sistemas de control confiables y de alta precisión para objetos de apoyo meteorológico remoto, geodesia satelital, creación de espacio de información.

La lucha contra la contaminación espacial está en marcha.

La eficacia de los medios de guerra armada aumenta entre 1,5 y 2 veces.

En los años 20 del siglo XX, en Alemania se llevaron a cabo trabajos prácticos sobre la creación de motores de propulsión líquida y se desarrollaron proyectos de misiles balísticos. En el trabajo participaron destacados científicos e ingenieros alemanes G. Obert, R. Nebel, W. Riedel, K. Riedel. Hermann Oberth trabajó en la creación de cohetes. En 1917, creó un proyecto para un cohete de combate que utilizaba combustible líquido (alcohol y oxígeno líquido), y que debería transportar una carga de combate a una distancia de varios cientos de kilómetros. En 1923, Oberth escribió su disertación, "El cohete en el espacio interplanetario". Las ideas de G. Oberth se desarrollaron aún más en el libro "Formas de vuelo espacial" (1929), que analizaba, en particular, la posibilidad de utilizar la energía de la radiación solar durante los vuelos interplanetarios.

En 1957 se publicó el libro de Oberth "Hombres en el espacio", donde volvió a utilizar la energía de la radiación solar con la ayuda de espejos desplegados en el espacio.

Oberth ha desarrollado varios proyectos para cohetes espaciales con motores de propulsor líquido, ofreciendo alcohol, hidrocarburos, hidrógeno líquido como combustible y oxígeno líquido como oxidante.

R. Nebel trabajó en el proyecto de un misil lanzado contra objetivos terrestres desde un avión.

V. Riedel realizó estudios experimentales sobre motores de cohetes. En 1927 se creó en Breslau. Sociedad de Comunicaciones Interplanetarias, cuyos miembros crearon y probaron un carro cohete en Rousselheim.

A finales de los años 20, para realizar trabajos experimentales destinados a crear cohetes con motores de propulsor líquido, se creó un grupo para el estudio de motores de cohetes líquidos bajo el liderazgo de V. Dornberger en el departamento de balística y municiones del departamento de armas del crucero. . En 1932, en Kuehnelsdorf, cerca de Berlín, en un laboratorio experimental especialmente organizado, comenzó el desarrollo de motores de propulsor líquido para misiles balísticos.

Wierner von Braun se convirtió en el diseñador principal de este laboratorio. En 1933, un grupo de ingenieros dirigido por Dornberger y Brown diseñó un cohete balístico con un motor de propulsión líquida A-1 con un peso de lanzamiento de 150 kg, una longitud de 1,4 m y un diámetro de 0,3 m. El motor desarrollaba un empuje de 295 kg. . Aunque el diseño no tuvo éxito, su versión mejorada A-2, creada sobre la base del A-1, fue lanzado con éxito en diciembre de 1934 en la isla de Borkum (Mar del Norte). El cohete alcanzó una altitud de 2,2 km.

En 1936, con el pleno apoyo del mando de la Reichswehr, el grupo Dorberger-Brown comenzó a desarrollar un misil balístico con un alcance estimado de 275 km y un peso de ojiva de 1 tonelada. Al mismo tiempo se decidió construir en la isla de Usedom, en el Mar Báltico, el centro de investigación de cohetes Peenemünde, que consta de dos partes. Peenemünde-West para probar nuevos tipos de armas para las Fuerzas Aéreas y Peenemünde-Ost, donde se trabajó en un misil para las fuerzas terrestres.

Después de lanzamientos fallidos del cohete A-3, se comenzó a trabajar en el cohete A-4 con un motor cohete de propulsión líquida, que tenía las siguientes características tácticas y técnicas: peso de lanzamiento 12 toneladas, longitud 14 m, diámetro del cuerpo 1,6 m, estabilizador. envergadura 3,5 m, empuje del motor en la Tierra 25 toneladas, alcance de vuelo unos 300 km. La desviación circular del cohete debe estar entre 0,002 y 0,003 km. La ojiva tenía una carga explosiva de 1 tonelada.

El primer lanzamiento experimental del cohete A-4 tuvo lugar el 13 de junio de 1942 y fracasó: el cohete cayó 1,5 minutos después del lanzamiento. El 3 de octubre de 1942, el cohete voló 190 km, alcanzó una altitud de 96 km y se desvió. desde el lugar de aterrizaje calculado a 4 km.

Entre septiembre de 1944 y marzo de 1945, el mando de las fuerzas armadas alemanas envió alrededor de 5,8 mil misiles V-2 para combatir unidades de misiles. Casi 1,5 mil misiles no llegaron a los lanzadores. Se lanzaron alrededor de 4,3 mil misiles hacia Inglaterra y Bélgica. De ellos, el 15% logró la meta. Este bajo porcentaje de lanzamientos exitosos se explica por los defectos de diseño del V-2. Sin embargo, se adquirió experiencia en el uso de armas de misiles de largo alcance, que se utilizaron inmediatamente en los Estados Unidos y la URSS.

1.3. Formación del mercado de servicios espaciales y desarrollo de la tecnología espacial en la etapa actual.

Si en el primer período de rápido desarrollo de la tecnología de cohetes la solución de problemas en el espacio se hacía a cualquier precio, para resolver cada nuevo problema se desarrollaba un nuevo cohete, generalmente más avanzado, entonces, ya a finales de los años 60, la cuestión de Se elevó la eficiencia económica de la tecnología de cohetes.

A medida que aumenta su eficacia práctica, aumenta su impacto en diversas áreas de la actividad humana en el espacio. En los países avanzados, el interés por utilizar sus resultados comenzó a aparecer en la mayoría de los países del mundo. Surgió la pregunta sobre el uso de vehículos de lanzamiento y naves espaciales de países que tienen esta tecnología en arrendamiento, o sobre la creación y el dominio de sus propias tecnologías espaciales. El primer camino condujo a la creación de un mercado de servicios espaciales. Sin embargo, debido al alto costo del alquiler de líneas de comunicación espacial, sistemas meteorológicos, de navegación y otros sistemas espaciales, en muchos países se planteó la cuestión de crear sus propios vehículos de lanzamiento y naves espaciales.

Pero a menudo los estados individuales, incluso los grandes, no tenían suficientes recursos propios para estos fines, por lo que comenzaron a crearse asociaciones espaciales internacionales para implementar grandes proyectos espaciales, por ejemplo, la Agencia Espacial Europea y varios otros.

Desde finales de los años setenta, el mercado de servicios espaciales ha sido un dispositivo y un sector del sistema económico mundial en intenso desarrollo. Esto se debe a la creciente demanda de servicios que se prestan con carácter comercial utilizando sistemas espaciales y de cohetes: telecomunicaciones, productos y servicios de teledetección de la superficie terrestre, lanzamiento de aviones al espacio, servicios geodésicos y de navegación, etc. Los cambios políticos han llevado a un debilitamiento de la regulación gubernamental en el desarrollo de iniciativas privadas en el campo de las actividades espaciales. Como resultado de la creación de tecnologías prometedoras y el desarrollo de vehículos de lanzamiento y naves espaciales, se han abierto nuevas oportunidades en la exploración espacial a nivel comercial.

Los misiles intercontinentales modernos capaces de transportar cargas nucleares y los vehículos de lanzamiento que lanzan naves espaciales a la órbita terrestre baja tienen su origen en la era de la invención de la pólvora en el Reino Medio y su uso para deleitar los ojos de los emperadores con coloridos fuegos artificiales. Nadie sabrá nunca cuál fue el primer cohete y quién fue su creador, pero está documentado que tenía la forma de un tubo con un extremo abierto, del que salía un chorro de una composición inflamable.

El popular predictor y escritor de ciencia ficción Julio Verne describió de manera más detallada en la novela "De un arma a la Luna" el diseño de un cohete capaz de superar la gravedad e incluso indicó de manera confiable la masa de la nave espacial Apolo, que fue la primera. para alcanzar la órbita del satélite terrestre.

Pero en serio, la creación del primer cohete del mundo está asociada con el genio ruso K.E. Tsiolkovsky, quien desarrolló el diseño de este asombroso dispositivo en 1903. Un poco más tarde, en 1926, el estadounidense Robert Goddard logró crear un motor de cohete completo utilizando combustible líquido (una mezcla de gasolina y oxígeno) y lanzó un cohete.

Este evento difícilmente puede servir como respuesta a la pregunta: “¿Cuándo se creó el primer cohete?”, simplemente porque la altura que se alcanzó entonces fue de sólo 12 metros. Pero este fue un avance indudable que aseguró el desarrollo de la astronáutica y la tecnología militar.

El primer misil doméstico, que alcanzó una altura de 5 km en 1936, se desarrolló como parte de experimentos para crear cañones antiaéreos. Como saben, la implementación de este proyecto, cuyo nombre en código es GIRD, decidió el destino de la Gran Guerra Patria, cuando los cohetes Katyusha sumieron al pánico en los invasores alemanes.

Incluso los niños más pequeños saben ahora quién inventó el cohete que envió el primer satélite artificial de la Tierra al espacio en 1957. Este es el diseñador soviético S.P. Korolev, a quien se asocian los logros más destacados de la astronáutica.

Hasta hace poco no se habían producido descubrimientos fundamentales en el campo de los misiles. Por eso, 2004 pasó a ser conocido como el año de la creación y prueba de los cohetes de vapor (también conocidos como "sistemas de combustión externa"), que no son adecuados para superar la gravedad de la Tierra, pero que pueden ser eficaces para el transporte interplanetario de mercancías.

El siguiente gran avance en la industria de los misiles se produjo, como es habitual, en la industria militar. En 2012, los ingenieros estadounidenses anunciaron que habían creado el primer misil bala personal que, durante las pruebas de banco, mostró resultados sorprendentes en cuanto a precisión del impacto (20 cm de desviación por kilómetro de distancia frente a 10 metros de una bala convencional). Con una longitud de unos 10 cm, esta munición de nueva generación está equipada con un sensor óptico y un procesador de 8 bits. En vuelo, una bala de este tipo no gira y su trayectoria se asemeja a la de un pequeño misil de crucero.

La profundidad del cielo estrellado todavía atrae a la gente, y me gustaría que los logros posteriores en el campo de los motores de cohetes y la balística estuvieran asociados sólo con intereses científicos y prácticos, y no con una confrontación militar.

Proyecto de investigación

"Ciencia espacial:

pasado presente Futuro"

Supervisora ​​científica: Daria Vladimirovna

1. Introducción. 3

2. La historia de los orígenes de la ciencia espacial. 4

3. Primeros pasos en el espacio. 7

4. Logros modernos en astronáutica. 14

5. Imitación del lanzamiento de un cohete en casa. dieciséis

6. Conclusión. 17

7. Lista de referencias utilizadas: 18

Introducción

Descubra cómo empezó la ciencia espacial;

Explora los primeros pasos en el espacio,

Conozca los logros modernos en astronáutica,

Simula el lanzamiento de un cohete en casa.

La historia de los orígenes de la ciencia espacial.

A finales del siglo IX, los chinos inventaron la pólvora, con la que inicialmente fabricaban petardos, que fijaban en las puntas de las flechas y los lanzaban hacia sus enemigos. Las explosiones asustaron a los caballos y provocaron pánico. Muy pronto, los armeros chinos se dieron cuenta de que los frágiles petardos volaban solos: así se descubrió el principio de lanzamiento de un cohete. Pronto la pólvora, las granadas, los cañones y los rifles comenzaron a utilizarse ampliamente en asuntos militares. Los estrategas militares confiaban más en los cañones de fuego directo que en los misiles no guiados, pero los proyectiles aéreos demostraron ser eficaces para alcanzar objetivos grandes. Fue la invención de la pólvora la que se convirtió en la base para la aparición de cohetes reales. Los cohetes comenzaron a mejorarse. Con el tiempo, varios científicos calcularon cuánta pólvora se necesitaba para lanzar un cohete a la luna. Y como desde la antigüedad el hombre soñaba con separarse de la Tierra y llegar a otros mundos, llegamos al punto en que empezamos a inventar un cohete espacial. Hace 400 años se demostró la posibilidad de realizar vuelos espaciales, pero hasta mediados del siglo XX, los vuelos espaciales sólo estaban en la mente de científicos y escritores de ciencia ficción. Y sólo dos diseñadores, S. Korolev y V. von Braun, hicieron realidad el sueño.

En 1931 se creó un grupo para el estudio de la propulsión a chorro, encabezado por Sergei Pavlovich Korolev. El científico inmediatamente centró su atención en la creación de misiles de crucero. 17 de agosto de 1933 Un cohete de combustible híbrido, GIRD-09, despegó hacia el cielo, el cohete se elevó más de 400 metros y, unos meses más tarde, se lanzó el primer cohete que utilizó combustible líquido para aviones, GIRD-X. Pronto aparecieron dos dispositivos que fueron probados con éxito: RNII-212 y RNII-217. El estudio de la propulsión a reacción interesó no sólo a los científicos soviéticos. En Alemania se llevó a cabo un trabajo similar. En 1933 En Alemania tuvo lugar el primer lanzamiento de un cohete por parte del científico alemán von Braun: el A-1.

El diseño de este cohete resultó inestable, lo que se tuvo en cuenta a la hora de crear un nuevo cohete: el A-2. A finales de 1934 se lanzaron con éxito dos misiles de este tipo desde el polígono de pruebas. Ambos misiles tenían un motor a reacción de propulsión líquida (LPRE). Ya en 1936 se creó el cohete A-3, luego el mando de la Alemania nazi dio luz verde al desarrollo del programa de cohetes y al año siguiente comenzaron las pruebas del A-3. El cohete, a diferencia de sus predecesores, pesaba más y tenía timones de gas, lo que permitía lanzarlo verticalmente desde la plataforma de lanzamiento. Sin embargo, las pruebas fracasaron y von Braun comenzó a trabajar en la A-5.

Después de lanzar con éxito el A-5, los diseñadores pasaron a trabajar en el gran cohete A-4, que durante la guerra pasó a ser conocido como V-2. El misil, que pesa 13 toneladas y 14 metros de altura, alcanza objetivos a una distancia de hasta 300 km, cubriéndolos en 5 minutos; más tarde, el misil sirvió de modelo para todos los misiles de posguerra. Después de la rendición de Alemania, los científicos alemanes continuaron trabajando para mejorar la tecnología de los cohetes. Von Braun se rindió a los estadounidenses y se convirtió en uno de los principales especialistas del programa espacial estadounidense.

La URSS y Estados Unidos iniciaron una carrera por la posesión de los secretos de los misiles alemanes. Los estadounidenses, junto con von Braun, recibieron no sólo la documentación, sino también las fábricas donde se fabricaba el V-2. Sin embargo, unos meses más tarde, este territorio fue cedido a la URSS, e inmediatamente llegó allí un grupo de científicos liderados por Korolev. A los científicos espaciales se les encomendó la tarea de reproducir el cohete A-4. En 1948

Korolev probó con éxito el cohete R-1, una copia ligeramente modernizada del V-2. Más tarde, en 1953, los diseñadores se enfrentaron a la tarea de crear un cohete capaz de lanzar una ojiva desmontable de 5 toneladas a una distancia de hasta 8 mil kilómetros. S.P. Korolev decidió abandonar la herencia alemana; tuvo que desarrollar un cohete completamente nuevo, que aún no existía. A pesar de que el nuevo orden militar estaba diseñado para un nuevo tipo de arma nuclear, Korolev tuvo la oportunidad de crear un cohete que podría lanzar una nave al espacio. Dado que el motor que podría poner tal carga en órbita ni siquiera existía en los proyectos, Korolev propuso un diseño de cohete revolucionario. Constaba de cuatro bloques de la primera etapa y un bloque de la segunda, conectados en paralelo. Este sistema se denominó "paquete". Además, los motores empezaron a funcionar desde tierra. El 15 de mayo de 1957 tuvo lugar el primer lanzamiento de un nuevo cohete, que recibió el nombre de R-7. El éxito y, como resultado, la fiabilidad del diseño y la altísima potencia de un misil balístico hicieron posible utilizar el R-7 como vehículo de lanzamiento. Fueron los vehículos de lanzamiento los que abrieron la era espacial al hombre.

Primeros pasos en el espacio

Korolev fabricaba cohetes para los militares, pero soñaba con iniciar la exploración espacial con su ayuda. En la primavera de 1954, junto con el académico M.V. Keldysh y un grupo de científicos de la Academia de Ciencias, determinaron la variedad de problemas que los satélites terrestres artificiales debían resolver. Korolev pidió al gobierno que permitiera el uso de un nuevo cohete para lanzar un satélite espacial. Jruschov estuvo de acuerdo y, a principios de 1956, se adoptó una resolución sobre la creación de un satélite terrestre artificial que pesaba entre 1.000 y 1.400 kg y un equipo para investigación científica que pesaba entre 200 y 300 kg. Los científicos comenzaron a trabajar en dos satélites a la vez. El primer "objeto D" pesaba más de 1,3 toneladas y llevaba a bordo 12 instrumentos científicos. Además, estaba equipado con paneles solares, que alimentaban el transmisor de radio Mayak y una grabadora para registrar la telemetría en aquellas partes de la órbita que eran inaccesibles para las estaciones de seguimiento terrestres. Sin embargo, antes de la salida se descompuso. Para evitar que la nave espacial se sobrecaliente con el sol, se desarrolló un sistema de termorregulación de gas dentro del satélite. Además, se inventó un sistema de refrigeración original. Así, el "Objeto D", que supuestamente abriría la era espacial, tenía todos los sistemas de las naves espaciales modernas. Era una estación de investigación espacial en toda regla.

El segundo satélite era biológico. Se trataba del carenado del R-7, en cuyo interior los científicos colocaron una cabina presurizada para el animal y contenedores con equipos científicos y de medición. El satélite tenía una masa de más de media tonelada y debía entrar en órbita después del “objeto D”. El objetivo de su lanzamiento de la pelota es bastante simple: demostrar que un ser vivo es capaz de volar al espacio y mantenerse con vida.

Sin embargo, el primero en volar al espacio no fue un satélite cargado con equipo científico, sino una pequeña bola de metal equipada con un simple transmisor de radio. Este dispositivo fue llamado el "satélite más simple" o PS. Una bola de metal con un diámetro de poco más de medio metro, compuesta por dos hemisferios sujetos con 36 pernos, tenía una masa de sólo 83 kg.

Llevaba instaladas 4 antenas de 2,5 y 2,4 metros de largo. La carcasa de aluminio sellada estaba llena de nitrógeno, lo que debía proteger el dispositivo contra el sobrecalentamiento. También en el interior se encontraban dos transmisores que pesaban 3,5 kg y tres baterías. Las señales de radio que transmitía permitieron explorar las capas superiores de la ionosfera.

El satélite más sencillo se montó en un tiempo récord. El 15 de febrero de 1957 se adoptó una resolución sobre su creación y el 4 de octubre del mismo año entró en órbita. La señal "bip-bip" recibida por todos los radioaficionados anunció el comienzo de una nueva era espacial. PS-1 pasó 92 días en órbita y ya el 4 de noviembre, exactamente un mes después del lanzamiento, PS-2 salió al espacio con la perra Laika a bordo. Se suponía que el primer ser vivo sobreviviría en órbita durante una semana, pero el dispositivo se sobrecalentó y el perro murió rápidamente. Sin embargo, se logró el objetivo principal: Korolev demostró la posibilidad de llevar un ser vivo al espacio.

Laika fue el primer ser vivo en ir al espacio, pero estuvo lejos de ser el primer animal en volar en un cohete. Los científicos de la URSS y EE.UU. utilizaron animales para estudiar las sobrecargas durante el vuelo. Los estadounidenses preferían volar monos y nosotros preferíamos volar perros, que encontrábamos en los patios del Instituto de Medicina Aeronáutica. Los científicos han entrenado a perros para que usen ropa especial y coman comida humedecida de un comedero automático, porque es imposible lamer en gravedad cero. Los perros fueron entrenados, preparándose para sobrecargas y expulsión.

En el mismo año S.P. Korolev inició una investigación sobre la creación de una nave espacial satelital tripulada. El vehículo de lanzamiento iba a ser el R-7. Los cálculos han demostrado que es capaz de transportar carga que pese más de 5 toneladas a la órbita terrestre baja.

Al mismo tiempo, la oficina de Korolev comenzó a trabajar en la nave espacial Vostok. En total, se crearon tres tipos de naves: el prototipo Vostok-1k, en el que se probaron los sistemas, el satélite de reconocimiento Vostok-2k y el Vostok-3k, destinado a vuelos humanos al espacio.

Después de completar el trabajo en la futura nave espacial Vostok, llegó el momento de realizar pruebas. El primero en volar en el barco satélite fue el muñeco, seguido por los perros. El 19 de agosto de 1960, la nave espacial Sputnik 5, que era un prototipo de la nave espacial Vostok, fue lanzada al espacio desde el cosmódromo de Baikonur. Los perros Belka y Strelka subieron al barco.

Pasaron aproximadamente un día en órbita y regresaron sanos y salvos a la Tierra. Durante varios meses hubo todavía intentos de lanzar perros al espacio, pero todos fracasaron y los perros murieron. S.P. Korolev no pudo enviar a un hombre al espacio hasta que estuvo seguro de que la nave era confiable y que el astronauta regresaría sano y salvo a la Tierra, por lo que continuaron los lanzamientos de perros. El 9 de marzo de 1961 se lanzó la nave espacial Sputnik 9, que llevaba a bordo un maniquí, un perro Chernushka, un ratón y un conejillo de indias. Al regresar después de entrar en las densas capas de la atmósfera, el muñeco fue expulsado con éxito y los animales aterrizaron en el módulo de descenso.

Zvezdochka fue el siguiente en ir al espacio. El 25 de marzo, una nave espacial con un perro y un muñeco a bordo entró en órbita, realizó una serie de pruebas y regresó a la Tierra. La seguridad de la nave espacial quedó demostrada y ahora Korolev, con el corazón tranquilo, dio el visto bueno al vuelo humano. La nave espacial monoplaza Vostok puso en órbita a un astronauta que volaba en traje espacial. El sistema de soporte vital fue diseñado para 10 días de vuelo. Una vez finalizado el programa de investigación, el módulo de descenso se separó de la nave, lo que llevó al astronauta a la Tierra. A una altitud de 7 km, el astronauta fue expulsado y aterrizó por separado del módulo de descenso. Sin embargo, en casos de emergencia no podía abandonar el dispositivo. La masa total de la nave espacial alcanzó las 4,73 toneladas, la longitud (sin antenas) de 4,4 m y el diámetro máximo de 2,43 m. Los compartimentos estaban conectados mecánicamente entre sí mediante bandas metálicas y cerraduras pirotécnicas. El barco estaba equipado con sistemas: control automático y manual, orientación automática a

El sol, orientación manual a la Tierra, soporte vital, diseñado para mantener una atmósfera interna cercana en sus parámetros a la atmósfera terrestre durante 10 días, control lógico y de comando, suministro de energía, control térmico y aterrizaje.

El peso de la nave espacial junto con la última etapa del vehículo de lanzamiento fue de 6,17 toneladas y su longitud combinada fue de 7,35 m. Al desarrollar el vehículo de descenso, los diseñadores eligieron una forma esférica asimétrica, como la más estudiada y con características aerodinámicas estables. para todos los rangos a diferentes velocidades. Esta solución permitió proporcionar una masa aceptable de protección térmica al dispositivo e implementar el esquema balístico más simple para el descenso desde la órbita.

Al mismo tiempo, la elección del esquema de descenso balístico determinó las altas sobrecargas que tuvo que experimentar la persona que trabajaba a bordo del barco. El vehículo de descenso tenía dos ventanas, una de las cuales estaba situada en la trampilla de entrada, justo encima de la cabeza del astronauta, y la otra, equipada con un sistema de orientación especial, en el suelo, a sus pies.

El 12 de abril de 1961, se lanzó desde el cosmódromo de Baikonur un vehículo de lanzamiento 8k78 que transportaba la nave espacial Vostok. A bordo de la nave se encontraba el piloto-cosmonauta Yuri Gagarin, quien fue el primero en superar la gravedad de su planeta natal y entrar en la órbita terrestre baja. "Vostok" hizo una revolución alrededor de la Tierra, el vuelo duró 108 minutos. El vuelo de la nave espacial Vostok con una persona a bordo fue el resultado del arduo trabajo de científicos, ingenieros, médicos y especialistas soviéticos en diversos campos de la tecnología. El 6 de agosto de 1961 se botó el barco, llamado Vostok-2, con el piloto y cosmonauta G.S. Titov. El vuelo duró 25 horas y el vuelo orbital y el descenso transcurrieron sin problemas. En el barco Vostok-2 se instaló una cámara de cine de reportaje profesional, modificada para filmar a bordo. Con esta cámara se tomó una fotografía de la Tierra de 10 minutos a través de las ventanillas de la nave.

Los objetos fotografiados fueron elegidos por el propio astronauta, intentando conseguir material que ilustrara las fotografías que observaba durante el vuelo. Las imágenes de alta calidad resultantes se mostraron ampliamente en televisión, se publicaron en periódicos nacionales y despertaron el interés de la comunidad científica por estudiar imágenes de la Tierra desde el espacio. La siguiente etapa fue el programa Voskhod para la entrada del hombre al espacio. Para ello se cambió el diseño. El Voskhod-2 biplaza estaba equipado con una cámara de aire inflable, que se disparaba después de su uso. Fuera de la cámara, los diseñadores instalaron una cámara de cine, cilindros con suministro de aire para inflar y un suministro de oxígeno. Para el vuelo se desarrolló un traje espacial especial Berkut. El traje tenía una capa hermética de múltiples capas, con la que se mantenía la presión, y en el exterior había un revestimiento especial que protegía de la luz solar. El 18 de marzo de 1965 se lanzó el Voskhod-2 con los cosmonautas Belyaev y Leonov. Una hora y media después del inicio del vuelo, Leonov abrió la escotilla exterior y salió al espacio exterior.

Los lanzamientos de naves espaciales marcaron una nueva era en la exploración espacial. En 1962, los diseñadores comenzaron a diseñar la nave espacial Soyuz para volar alrededor de la Luna. Simultáneamente con los científicos soviéticos, la agencia espacial estadounidense comenzó a desarrollar un programa lunar; querían ser los primeros en explorar la superficie de la luna. Los Lunokhods fueron creados para estudiar la superficie de la Luna. Nuevos vehículos de lanzamiento y naves espaciales, como la Apollo, creada por científicos de la NASA, para transportar astronautas a la superficie de la Luna. El 16 de julio de 1969 se lanzó el Apolo 11. El módulo lunar aterrizó en la luna. Neil Armstrong descendió a la superficie lunar el 21 de julio de 1969, realizando el primer alunizaje de la historia de la humanidad. Las naves espaciales no podían garantizar una estancia prolongada en órbita, por lo que los científicos empezaron a pensar en crear una estación orbital. En 1971, la estación orbital Salyut se puso en órbita utilizando el vehículo de lanzamiento Proton. Dos años después, Estados Unidos inauguró la estación Skylab.

Las estaciones orbitales (OS) estaban destinadas a la estancia prolongada de personas en órbita terrestre baja, a realizar investigaciones científicas en el espacio exterior y a observar la superficie y la atmósfera del planeta. Lo que distinguía al sistema operativo de los satélites artificiales era la presencia de una tripulación, que periódicamente era reemplazada por barcos de transporte. Los barcos transportaban relevo de tripulación, suministros de combustible y materiales para la estación, así como equipos de soporte vital para la tripulación. La duración de la estancia en la estación orbital dependía de si se podría repostar combustible y repararla a tiempo. Por lo tanto, al desarrollar la estación orbital Salyut de tercera generación, se decidió crear un buque de carga sobre la base de la nave espacial tripulada Soyuz, que luego recibió el nombre de Progress. Durante el diseño se utilizaron sistemas a bordo y el diseño de la nave espacial Soyuz. "Progress" tenía tres compartimentos principales: un compartimento de carga sellado con una unidad de atraque, que albergaba los materiales y equipos entregados a la estación, un compartimento de reabastecimiento de combustible y un compartimento de instrumentación.

En 1979, los diseñadores soviéticos comenzaron a trabajar en un nuevo tipo de estaciones orbitales de larga duración. 280 organizaciones trabajaron en “El Mundo”. La unidad base fue puesta en órbita el 20 de febrero de 1986. Luego, a lo largo de 10 años, se acoplaron seis módulos más, uno tras otro. A partir de 1995, tripulaciones extranjeras comenzaron a visitar la estación. Asimismo, visitaron la estación 15 expediciones, 14 de ellas internacionales.

La estación pasó 5.511 días en órbita. A finales de la década de 1990 comenzaron numerosos problemas en la estación debido a las constantes fallas de diversos instrumentos y sistemas. Después de un tiempo, se tomó la decisión de hundir el Mir. El 23 de marzo de 2001, la estación, que había trabajado tres veces más, se hundió en el Océano Pacífico. En el mismo año 1979, los diseñadores estadounidenses construyeron el primer Shuttle, el transbordador espacial y la nave espacial de transporte reutilizable. El transbordador se lanza al espacio, realiza maniobras en órbita como una nave espacial y regresa a la Tierra como un avión. Se entendió que los transbordadores se escabullirían como lanzaderas entre la órbita terrestre baja y la Tierra, entregando cargas útiles en ambas direcciones. Los barcos comenzaron a utilizarse para poner carga en órbita a una altitud de 200 a 500 km, realizar investigaciones y dar servicio a estaciones espaciales orbitales.