बच्चों के लिए ज्वरनाशक दवाएं बाल रोग विशेषज्ञ द्वारा निर्धारित की जाती हैं। लेकिन बुखार के लिए आपातकालीन स्थितियाँ होती हैं जब बच्चे को तुरंत दवा देने की आवश्यकता होती है। तब माता-पिता जिम्मेदारी लेते हैं और ज्वरनाशक दवाओं का उपयोग करते हैं। शिशुओं को क्या देने की अनुमति है? आप बड़े बच्चों में तापमान कैसे कम कर सकते हैं? कौन सी दवाएं सबसे सुरक्षित हैं?
2. मल्टी-स्टेज रॉकेट के संचालन का सिद्धांत
रॉकेट एक बहुत ही "महंगा" वाहन है। अंतरिक्ष यान वाहक रॉकेट मुख्य रूप से अपने इंजनों और अपने स्वयं के डिजाइन के संचालन के लिए आवश्यक ईंधन का "परिवहन" करते हैं, जिसमें मुख्य रूप से ईंधन कंटेनर और एक प्रणोदन प्रणाली शामिल होती है। पेलोड रॉकेट के प्रक्षेपण द्रव्यमान का केवल एक छोटा सा हिस्सा है।
एक मिश्रित रॉकेट इस तथ्य के कारण संसाधनों का अधिक तर्कसंगत उपयोग करना संभव बनाता है कि उड़ान के दौरान जिस चरण में उसका ईंधन समाप्त हो गया है, उसे अलग कर दिया जाता है, और शेष रॉकेट ईंधन खर्च किए गए चरण के डिजाइन को तेज करने पर खर्च नहीं किया जाता है, जो बन गया है उड़ान जारी रखने के लिए अनावश्यक। गणना का एक उदाहरण जो इन विचारों की पुष्टि करता है वह लेख द त्सोल्कोव्स्की फॉर्मूला में दिया गया है।
रॉकेट विकल्प. बाएं से दाएं:
1. एकल-चरण रॉकेट;
2. अनुप्रस्थ पृथक्करण के साथ दो-चरणीय रॉकेट;
3. अनुदैर्ध्य पृथक्करण के साथ दो चरणों वाली मिसाइल।
4. बाहरी ईंधन टैंक के साथ रॉकेट, उनमें ईंधन समाप्त होने के बाद अलग किया जा सकता है।
अनुप्रस्थ पृथक्करण वाला तीन चरण वाला रॉकेट सैटर्न-5 बिना एडेप्टर के
संरचनात्मक रूप से, मल्टी-स्टेज रॉकेट चरणों के अनुप्रस्थ या अनुदैर्ध्य पृथक्करण के साथ बनाए जाते हैं।
अनुप्रस्थ पृथक्करण के साथ, चरणों को एक के ऊपर एक रखा जाता है और क्रमिक रूप से एक के बाद एक कार्य किया जाता है, पिछले चरण के पृथक्करण के बाद ही चालू किया जाता है। ऐसी योजना सिद्धांत रूप में, किसी भी संख्या में चरणों के साथ सिस्टम बनाना संभव बनाती है। इसका नुकसान इस तथ्य में निहित है कि बाद के चरणों के संसाधनों का उपयोग पिछले चरण के काम में नहीं किया जा सकता है, क्योंकि यह उसके लिए एक निष्क्रिय बोझ है।
अनुदैर्ध्य-अनुप्रस्थ पृथक्करण के साथ सोयुज-2 तीन-चरण प्रक्षेपण यान।
अनुदैर्ध्य पृथक्करण के साथ, पहले चरण में कई समान रॉकेट होते हैं जो एक साथ संचालित होते हैं और दूसरे चरण के शरीर के चारों ओर सममित रूप से स्थित होते हैं, ताकि पहले चरण के इंजनों के जोर बलों का परिणाम दूसरे के समरूपता के अक्ष के साथ निर्देशित हो . ऐसी योजना दूसरे चरण के इंजन को पहले चरण के इंजन के साथ एक साथ संचालित करने की अनुमति देती है, जिससे कुल जोर बढ़ जाता है, जो विशेष रूप से पहले चरण के संचालन के दौरान आवश्यक होता है, जब रॉकेट का द्रव्यमान अधिकतम होता है। लेकिन चरणों के अनुदैर्ध्य पृथक्करण वाला एक रॉकेट केवल दो-चरण वाला हो सकता है।
एक संयुक्त पृथक्करण योजना भी है - अनुदैर्ध्य-अनुप्रस्थ, जो आपको दोनों योजनाओं के लाभों को संयोजित करने की अनुमति देती है, जिसमें पहला चरण दूसरे से अनुदैर्ध्य रूप से विभाजित होता है, और बाद के सभी चरणों का पृथक्करण अनुप्रस्थ रूप से होता है। इस तरह के दृष्टिकोण का एक उदाहरण घरेलू वाहक सोयुज है।
अंतरिक्ष शटल लेआउट.
पहला चरण पार्श्व ठोस प्रणोदक बूस्टर है।
दूसरा चरण एक वियोज्य बाहरी ईंधन टैंक वाला एक ऑर्बिटर है। प्रारंभ में, दोनों चरणों के इंजन चालू हो जाते हैं।
अंतरिक्ष शटल प्रक्षेपण.
स्पेस शटल अंतरिक्ष यान में अनुदैर्ध्य पृथक्करण के साथ दो चरणों वाले रॉकेट का एक अनूठा डिजाइन है, जिसके पहले चरण में दो तरफ ठोस-प्रणोदक बूस्टर होते हैं, और दूसरे चरण में, ईंधन का हिस्सा ऑर्बिटर टैंक में समाहित होता है, और इसका अधिकांश भाग एक वियोज्य बाहरी ईंधन टैंक में है। सबसे पहले, ऑर्बिटर की प्रणोदन प्रणाली बाहरी टैंक से ईंधन की खपत करती है, और जब यह समाप्त हो जाता है, तो बाहरी टैंक को डंप कर दिया जाता है और इंजन ऑर्बिटर के टैंक में मौजूद ईंधन पर काम करना जारी रखते हैं। ऐसी योजना ऑर्बिटर की प्रणोदन प्रणाली का अधिकतम उपयोग करना संभव बनाती है, जो कक्षा में अंतरिक्ष यान के प्रक्षेपण के दौरान संचालित होती है।
अनुप्रस्थ पृथक्करण के साथ, चरण विशेष खंडों - एडेप्टर - एक बेलनाकार या शंक्वाकार आकार की असर संरचनाओं द्वारा परस्पर जुड़े होते हैं, जिनमें से प्रत्येक को सभी उड़ान खंडों में रॉकेट द्वारा अनुभव किए गए अधिकतम अधिभार से गुणा किए गए सभी बाद के चरणों के कुल वजन का सामना करना होगा। यह एडॉप्टर रॉकेट का हिस्सा है।
अनुदैर्ध्य पृथक्करण के दौरान, दूसरे चरण के शरीर पर शक्ति पट्टियाँ बनाई जाती हैं, जिनसे पहले चरण के ब्लॉक जुड़े होते हैं।
मिश्रित रॉकेट के हिस्सों को जोड़ने वाले तत्व इसे एक एकल निकाय की कठोरता देते हैं, और जब चरण अलग हो जाते हैं, तो उन्हें लगभग तुरंत ऊपरी चरण को छोड़ देना चाहिए। आमतौर पर सीढ़ियाँ पायरोबोल्ट का उपयोग करके जुड़ी होती हैं। पायरोबोल्ट एक बन्धन बोल्ट है, जिसके शाफ्ट में सिर के पास एक गुहा बनाई जाती है, जो एक इलेक्ट्रिक डेटोनेटर के साथ उच्च विस्फोटक से भरी होती है। जब इलेक्ट्रिक डेटोनेटर पर करंट पल्स लगाया जाता है, तो एक विस्फोट होता है, जिससे बोल्ट शाफ्ट नष्ट हो जाता है, जिसके परिणामस्वरूप उसका सिर अलग हो जाता है। पायरोबोल्ट में विस्फोटकों की मात्रा सावधानीपूर्वक निर्धारित की जाती है ताकि एक ओर सिर को अलग करने की गारंटी दी जा सके और दूसरी ओर रॉकेट को नुकसान न पहुंचे। जब चरणों को अलग किया जाता है, तो अलग-अलग हिस्सों को जोड़ने वाले सभी पाइरोबोल्ट के इलेक्ट्रिक डेटोनेटर को एक साथ वर्तमान पल्स की आपूर्ति की जाती है, और कनेक्शन जारी किया जाता है।
इसके बाद, चरणों को एक दूसरे से सुरक्षित दूरी पर तलाक दिया जाना चाहिए। वायुमंडल में चरणों को अलग करते समय, आने वाले वायु प्रवाह के वायुगतिकीय बल का उपयोग उन्हें अलग करने के लिए किया जा सकता है, और शून्य में अलग करते समय, कभी-कभी सहायक छोटे ठोस रॉकेट इंजन का उपयोग किया जाता है।
तरल-प्रणोदक रॉकेटों पर, वही इंजन ऊपरी चरण के टैंकों में ईंधन को "अवक्षेपित" करने का भी काम करते हैं: जब निचले चरण का इंजन बंद हो जाता है, तो रॉकेट जड़ता से मुक्त गिरावट की स्थिति में उड़ता है, जबकि तरल ईंधन अंदर होता है टैंक सस्पेंशन में हैं, जिससे इंजन शुरू करते समय विफलता हो सकती है। सहायक इंजन चरणों में थोड़ा त्वरण प्रदान करते हैं, जिसके प्रभाव में ईंधन टैंकों के तल पर "बसता" है।
सैटर्न वी रॉकेट के ऊपर की छवि में, तीसरे और दूसरे चरण के सहायक ठोस प्रणोदक पृथक्करण इंजनों में से एक का काला शरीर तीसरे चरण के शरीर पर दिखाई देता है।
चरणों की संख्या बढ़ाने से एक निश्चित सीमा तक ही सकारात्मक प्रभाव मिलता है। जितने अधिक चरण, एडेप्टर का कुल द्रव्यमान उतना ही अधिक, साथ ही केवल एक उड़ान खंड में काम करने वाले इंजन, और, कुछ बिंदु पर, चरणों की संख्या में और वृद्धि प्रतिकूल हो जाती है। आधुनिक रॉकेट विज्ञान अभ्यास में, एक नियम के रूप में, चार से अधिक चरण नहीं किए जाते हैं।
चरणों की संख्या चुनते समय, विश्वसनीयता के मुद्दे भी महत्वपूर्ण हैं। पायरोबोल्ट और सहायक ठोस प्रणोदक रॉकेट इंजन एक बार के तत्व हैं, जिनके संचालन को रॉकेट लॉन्च से पहले जांचा नहीं जा सकता है। इस बीच, केवल एक पायरोबोल्ट की विफलता से रॉकेट की उड़ान की आपातकालीन समाप्ति हो सकती है। कार्यात्मक सत्यापन के अधीन नहीं होने वाले डिस्पोजेबल तत्वों की संख्या में वृद्धि से संपूर्ण रॉकेट की विश्वसनीयता कम हो जाती है। यह डिजाइनरों को बहुत अधिक कदम उठाने से परहेज करने के लिए भी मजबूर करता है।
| मोर्टार लॉन्च | परिवहन और लॉन्च कंटेनर >>> |
प्रक्षेपण एक मल्टी-स्टेज रॉकेट की मदद से किया गया था, ”हमने इन शब्दों को दुनिया के पहले कृत्रिम पृथ्वी उपग्रहों के प्रक्षेपण, सूर्य के उपग्रह के निर्माण के बारे में रिपोर्टों में कई बार पढ़ा है। चंद्रमा पर अंतरिक्ष रॉकेटों का प्रक्षेपण। बस एक छोटा सा वाक्यांश, और इन छह शब्दों के पीछे हमारी मातृभूमि के वैज्ञानिकों, इंजीनियरों और श्रमिकों का कितना प्रेरित कार्य छिपा हुआ है!
आधुनिक मल्टी-स्टेज रॉकेट क्या हैं? अंतरिक्ष उड़ानों के लिए बड़ी संख्या में चरणों वाले रॉकेटों का उपयोग करना क्यों आवश्यक हो गया? रॉकेट चरणों की संख्या बढ़ाने का तकनीकी प्रभाव क्या है?
आइए इन प्रश्नों का संक्षेप में उत्तर देने का प्रयास करें। अंतरिक्ष में उड़ान भरने के लिए ईंधन के विशाल भंडार की आवश्यकता होती है। वे इतने बड़े हैं कि उन्हें एकल-चरण रॉकेट के टैंक में नहीं रखा जा सकता है। इंजीनियरिंग विज्ञान के वर्तमान स्तर के साथ, एक रॉकेट बनाना संभव है जिसमें ईंधन उसके कुल वजन का 80-90% तक होगा। और अन्य ग्रहों की उड़ानों के लिए, आवश्यक ईंधन भंडार रॉकेट के अपने वजन और उसमें मौजूद पेलोड से सैकड़ों और हजारों गुना अधिक होना चाहिए। ईंधन के उन भंडारों के साथ जिन्हें एकल-चरण रॉकेट के टैंकों में रखा जा सकता है, 3-4 किमी/सेकेंड तक की उड़ान गति प्राप्त करना संभव है। रॉकेट इंजनों में सुधार, ईंधन के सबसे लाभप्रद ग्रेड की खोज, उच्च गुणवत्ता वाली संरचनात्मक सामग्रियों का उपयोग और रॉकेटों के डिजाइन में और सुधार निश्चित रूप से एकल-चरण रॉकेटों की गति को थोड़ा बढ़ाना संभव बना देगा। लेकिन यह अभी भी ब्रह्मांडीय गति से बहुत दूर होगा।
ब्रह्मांडीय गति प्राप्त करने के लिए, के. ई. त्सोल्कोव्स्की ने मल्टी-स्टेज रॉकेट के उपयोग का प्रस्ताव रखा। वैज्ञानिक ने स्वयं लाक्षणिक रूप से उन्हें "रॉकेट ट्रेन" कहा। त्सोल्कोव्स्की के अनुसार, एक रॉकेट ट्रेन, या, जैसा कि हम अब कहते हैं, एक मल्टी-स्टेज रॉकेट, में एक के ऊपर एक लगे कई रॉकेट शामिल होने चाहिए। निचला रॉकेट आमतौर पर सबसे बड़ा होता है। वह पूरी "ट्रेन" ले जाती है। इसके बाद के चरण छोटे और छोटे बनाए जाते हैं।
पृथ्वी की सतह से उड़ान भरते समय निचले रॉकेट के इंजन काम करते हैं। वे तब तक कार्रवाई करते हैं जब तक कि वे उसके टैंकों का सारा ईंधन ख़त्म नहीं कर देते। जब पहले चरण के टैंक खाली होते हैं, तो यह ऊपरी रॉकेटों से अलग हो जाता है ताकि उनकी आगे की उड़ान पर भारी भार न पड़े। खाली टैंकों के साथ अलग किया गया पहला चरण कुछ समय तक जड़ता से ऊपर उड़ता रहता है, और फिर जमीन पर गिर जाता है। पहले चरण को पुन: उपयोग के लिए सुरक्षित रखने के लिए इसे पैराशूट से नीचे उतारा जा सकता है।
पहले चरण के अलग होने के बाद दूसरे चरण के इंजनों को चालू किया जाता है। वे तब कार्य करना शुरू करते हैं जब रॉकेट पहले से ही एक निश्चित ऊंचाई तक बढ़ चुका होता है और उसकी उड़ान की गति महत्वपूर्ण होती है। दूसरे चरण के इंजन रॉकेट को और तेज़ करते हैं, जिससे इसकी गति कुछ और किलोमीटर प्रति सेकंड बढ़ जाती है। दूसरे चरण के टैंकों में मौजूद सारा ईंधन ख़त्म हो जाने के बाद उसे भी डंप कर दिया जाता है। समग्र रॉकेट की आगे की उड़ान तीसरे चरण के इंजनों के संचालन से सुनिश्चित होती है। फिर तीसरा चरण गिरा दिया जाता है। कतार चौथे चरण के इंजनों के पास पहुंचती है। उन्हें सौंपा गया कार्य पूरा करने के बाद, वे रॉकेट की गति को एक निश्चित मात्रा तक बढ़ा देते हैं, और फिर पांचवें चरण के इंजनों को रास्ता देते हैं। पांचवें चरण को रीसेट करने के बाद, छठा इंजन काम करना शुरू कर देता है।
तो, रॉकेट का प्रत्येक चरण क्रमिक रूप से उड़ान की गति बढ़ाता है, और अंतिम, ऊपरी चरण वायुहीन अंतरिक्ष में आवश्यक ब्रह्मांडीय गति तक पहुँच जाता है। यदि कार्य किसी अन्य ग्रह पर उतरना और पृथ्वी पर वापस लौटना है, तो जो रॉकेट अंतरिक्ष में उड़ गया है, उसमें कई चरण शामिल होने चाहिए जो ग्रह पर उतरते समय और वहां से उड़ान भरते समय क्रमिक रूप से चालू होते हैं।
यह देखना दिलचस्प है कि रॉकेट पर बड़ी संख्या में चरणों का उपयोग क्या प्रभाव डालता है।
500 टन के लॉन्च वजन के साथ एक सिंगल-स्टेज रॉकेट लें। मान लीजिए कि यह वजन निम्नानुसार वितरित किया गया है: पेलोड - 1 टन, चरण का सूखा वजन - 99.8 टन और ईंधन - 399.2 टन। इसलिए, इस रॉकेट की संरचनात्मक पूर्णता ऐसा है कि ईंधन का वजन चरण के सूखे वजन का 4 गुना है, यानी, ईंधन और पेलोड के बिना रॉकेट का वजन। इस रॉकेट के लिए त्सोल्कोव्स्की संख्या, यानी रॉकेट के लॉन्च वजन और सभी ईंधन के उपयोग के बाद उसके वजन का अनुपात 4.96 होगा। यह संख्या और जिस दर पर गैस इंजन नोजल से बाहर निकलती है वह उस गति को निर्धारित करती है जिस तक रॉकेट पहुंच सकता है। आइए अब हम एकल-चरण वाले रॉकेट को दो-चरण वाले रॉकेट से बदलने का प्रयास करें। आइए हम फिर से 1 टन का पेलोड लें और मान लें कि चरणों की डिजाइन पूर्णता और गैस बहिर्वाह वेग एकल-चरण रॉकेट के समान ही रहेगा। फिर, जैसा कि गणना से पता चलता है, पहले मामले में समान उड़ान गति प्राप्त करने के लिए, केवल 10.32 टन के कुल वजन वाले दो-चरण वाले रॉकेट की आवश्यकता होती है, यानी एकल-चरण वाले की तुलना में लगभग 50 गुना हल्का। दो चरणों वाले रॉकेट का सूखा वजन 1.86 टन होगा, और दोनों चरणों में रखे गए ईंधन का वजन 7.46 टन होगा। जैसा कि आप देख सकते हैं, विचाराधीन उदाहरण में, एकल चरण वाले रॉकेट को दो चरणों वाले रॉकेट से बदला जा सकता है। चरण एक समान पेलोड लॉन्च करते समय धातु और ईंधन की खपत को 54 गुना कम करना संभव बनाता है।
उदाहरण के लिए 1 टन के पेलोड के साथ एक अंतरिक्ष रॉकेट लें। मान लीजिए कि इस रॉकेट को वायुमंडल की घनी परतों को तोड़ना है और, वायुहीन अंतरिक्ष में उड़कर, 11.2 किमी/सेकेंड का दूसरा अंतरिक्ष वेग विकसित करना है। हमारे चित्र प्रत्येक चरण में ईंधन के वजन अंश और चरणों की संख्या के आधार पर ऐसे अंतरिक्ष रॉकेट के वजन में परिवर्तन दिखाते हैं (पेज 22 देखें)।
यह गणना करना आसान है कि यदि आप एक रॉकेट बनाते हैं जिसके इंजन 2,400 मीटर/सेकेंड की गति से गैस फेंकते हैं और प्रत्येक चरण में केवल 75% भार ईंधन के हिस्से पर पड़ता है, तो छह चरणों के साथ भी, टेक- रॉकेट का वजन बहुत बड़ा होगा - लगभग 5.5 हजार टन। रॉकेट चरणों की डिजाइन विशेषताओं में सुधार करके, शुरुआती वजन में महत्वपूर्ण कमी हासिल करना संभव है। इसलिए, उदाहरण के लिए, यदि किसी चरण के वजन का 90% हिस्सा प्रणोदक का होता है, तो छह-चरण वाले रॉकेट का वजन 400 टन हो सकता है।
रॉकेटों में उच्च-कैलोरी ईंधन का उपयोग और उनके इंजनों की दक्षता में वृद्धि असाधारण रूप से शानदार प्रभाव पैदा करती है। यदि इस तरह से इंजन नोजल से गैस के बहिर्वाह की गति को केवल 300 मीटर/सेकेंड तक बढ़ाया जाता है, तो इसे ग्राफ पर इंगित मूल्य - 2,700 मीटर/सेकेंड पर लाया जाता है, तो रॉकेट का लॉन्च वजन कई गुना कम किया जा सकता है। एक छह-चरण रॉकेट, जिसमें ईंधन का वजन चरण संरचना के वजन का केवल 3 गुना है, का प्रक्षेपण वजन लगभग 1.5 हजार टन होगा। और संरचना के वजन को प्रत्येक चरण के कुल वजन का 10% तक कम करके, हम रॉकेट के लॉन्च वजन को 200 कदम तक कम कर सकते हैं
यदि हम गैस के बहिर्वाह की गति को 300 मीटर/सेकंड और बढ़ा दें, यानी इसे 3 हजार मीटर/सेकंड के बराबर ले लें, तो वजन में और भी अधिक कमी आएगी। उदाहरण के लिए, 75% ईंधन भार अंश वाले छह चरण वाले रॉकेट का प्रक्षेपण भार 600 टन होगा। ईंधन भार अंश को 90% तक बढ़ाकर, केवल दो चरणों वाला एक अंतरिक्ष रॉकेट बनाना संभव है। इसका वजन लगभग 850 टन होगा। चरणों की संख्या दोगुनी करके, आप रॉकेट का वजन 140 टन तक कम कर सकते हैं। और छह चरणों के साथ, टेक-ऑफ वजन घटकर 116 टन हो जाएगा।
इस प्रकार चरणों की संख्या, उनकी डिजाइन पूर्णता और गैस के बहिर्वाह की गति रॉकेट के वजन को प्रभावित करती है।
फिर, चरणों की संख्या में वृद्धि के साथ, आवश्यक ईंधन भंडार और उनके साथ रॉकेट का कुल वजन क्यों कम हो जाता है? ऐसा इसलिए है क्योंकि चरणों की संख्या जितनी अधिक होगी, उतनी ही अधिक बार खाली टैंकों को त्याग दिया जाएगा, रॉकेट तेजी से बेकार माल से मुक्त हो जाएगा। वहीं, चरणों की संख्या में वृद्धि के साथ, पहले तो रॉकेट का टेक-ऑफ वजन बहुत कम हो जाता है, और फिर चरणों की संख्या बढ़ने का प्रभाव कम महत्वपूर्ण हो जाता है। यह भी ध्यान दिया जा सकता है, जैसा कि ग्राफ़ में स्पष्ट रूप से देखा जा सकता है, कि अपेक्षाकृत खराब डिज़ाइन विशेषता वाले रॉकेटों के लिए, प्रत्येक चरण में ईंधन के उच्च प्रतिशत वाले रॉकेटों की तुलना में चरणों की संख्या में वृद्धि अधिक प्रभाव डालती है। यह काफी समझने योग्य बात है. यदि प्रत्येक चरण के गोले बहुत भारी हैं, तो उन्हें यथाशीघ्र गिरा देना चाहिए। और यदि पतवार का वजन बहुत कम है, तो यह मिसाइलों पर बहुत अधिक बोझ नहीं डालता है, और खाली पतवार के बार-बार गिरने से इतना बड़ा प्रभाव नहीं पड़ता है।
जब रॉकेट अन्य ग्रहों के लिए उड़ान भरते हैं, तो आवश्यक ईंधन की खपत उस मात्रा तक सीमित नहीं होती है जो पृथ्वी से उड़ान भरने के दौरान त्वरण के लिए आवश्यक होती है। दूसरे ग्रह के पास पहुंचते ही, अंतरिक्ष यान उसके आकर्षण क्षेत्र में आ जाता है और बढ़ती गति के साथ उसकी सतह के करीब पहुंचने लगता है। यदि ग्रह गति के कम से कम हिस्से को बुझाने में सक्षम वातावरण से वंचित है, तो ग्रह की सतह पर गिरने पर रॉकेट उसी गति को विकसित करेगा जो इस ग्रह से दूर उड़ने के लिए आवश्यक है, अर्थात दूसरा अंतरिक्ष वेग. जैसा कि ज्ञात है, दूसरे ब्रह्मांडीय वेग का मान प्रत्येक ग्रह के लिए अलग-अलग होता है। उदाहरण के लिए, मंगल के लिए यह 5.1 किमी/सेकंड है, शुक्र के लिए - 10.4 किमी/सेकंड, चंद्रमा के लिए - 2.4 किमी/सेकंड। मामले में जब रॉकेट ग्रह के आकर्षण क्षेत्र तक उड़ता है, तो बाद के सापेक्ष एक निश्चित गति होने पर, रॉकेट के गिरने की गति और भी अधिक होगी। उदाहरण के लिए, दूसरा सोवियत अंतरिक्ष रॉकेट 3.3 किमी/सेकंड की गति से चंद्रमा की सतह पर पहुंचा। यदि कार्य चंद्रमा की सतह पर रॉकेट की सुचारू लैंडिंग सुनिश्चित करना है, तो रॉकेट पर अतिरिक्त ईंधन की आपूर्ति होनी चाहिए। किसी भी गति को बुझाने के लिए उतने ही ईंधन का उपयोग करना आवश्यक होता है जितना रॉकेट को समान गति विकसित करने के लिए आवश्यक होता है। नतीजतन, चंद्र सतह पर किसी प्रकार के कार्गो की सुरक्षित डिलीवरी के लिए डिज़ाइन किए गए अंतरिक्ष रॉकेट को ईंधन का महत्वपूर्ण भंडार ले जाना चाहिए। 1 टन के पेलोड वाले एकल-चरण रॉकेट का वजन उसके डिजाइन पूर्णता के आधार पर 3-4.5 टन होना चाहिए।
पहले, हमने दिखाया था कि बाहरी अंतरिक्ष में 1 टन का भार ले जाने के लिए रॉकेटों का कितना भारी वजन होना चाहिए। और अब हम देखते हैं कि इस भार का केवल एक तिहाई या एक चौथाई हिस्सा ही चंद्रमा की सतह पर सुरक्षित रूप से उतारा जा सकता है। बाकी ईंधन, भंडारण टैंक, इंजन और नियंत्रण प्रणाली होनी चाहिए।
चंद्रमा की सतह पर 1 टन वजन वाले वैज्ञानिक उपकरण या अन्य पेलोड की सुरक्षित डिलीवरी के लिए लक्षित अंतरिक्ष रॉकेट का अंतिम वजन कितना होना चाहिए?
इस प्रकार के जहाजों का अंदाजा देने के लिए, हमारे चित्र में, पारंपरिक रूप से एक पांच चरण के रॉकेट को अनुभाग में दिखाया गया है, जिसे चंद्रमा की सतह पर 1 टन वजन वाले वैज्ञानिक उपकरणों के साथ एक कंटेनर पहुंचाने के लिए डिज़ाइन किया गया है। यह रॉकेट बड़ी संख्या में पुस्तकों में दिए गए तकनीकी डेटा पर आधारित था (उदाहरण के लिए, वी. फियोदोसेव और जी. सिन्यारेव की पुस्तकों "रॉकेटरी का परिचय" और सटन "रॉकेट इंजन") में।
तरल प्रणोदक रॉकेट इंजन लिए गए। दहन कक्षों में ईंधन की आपूर्ति के लिए, टर्बोपंप इकाइयाँ प्रदान की जाती हैं, जो हाइड्रोजन पेरोक्साइड के अपघटन उत्पादों द्वारा संचालित होती हैं। पहले चरण के इंजनों के लिए औसत गैस बहिर्वाह वेग 2,400 मीटर/सेकेंड माना जाता है। ऊपरी चरणों के इंजन वायुमंडल की अत्यधिक विरल परतों और वायुहीन स्थान में काम करते हैं, इसलिए उनकी दक्षता कुछ अधिक होती है और उनके लिए गैस बहिर्वाह वेग 2,700 मीटर/सेकेंड माना जाता है। चरणों की डिज़ाइन विशेषताओं के लिए ऐसे मानों को अपनाया गया जो तकनीकी साहित्य में वर्णित रॉकेटों में पाए जाते हैं।
चयनित प्रारंभिक डेटा के साथ, अंतरिक्ष रॉकेट की निम्नलिखित वजन विशेषताएं प्राप्त की गईं: टेक-ऑफ वजन - 3,348 टन, जिसमें 2,892 टन ईंधन, 455 टन संरचना और 1 टन पेलोड शामिल है। व्यक्तिगत चरणों का वजन निम्नानुसार वितरित किया गया था: पहला चरण - 2,760 टन, दूसरा - 495 टन, तीसरा - 75.5 टन, चौथा - 13.78 टन, पांचवां - 2.72 टन। रॉकेट की ऊंचाई 60 मीटर तक पहुंच गई , निचले चरण का व्यास - 10 मीटर
पहले चरण में, 350 टन के थ्रस्ट वाले 19 इंजन वितरित किए गए। दूसरे पर - एक ही इंजन के 3, तीसरे पर - 60 टन के जोर के साथ 3 इंजन। चौथे पर - 35 टन के जोर के साथ एक और अंतिम चरण में - 10 टन के जोर के साथ एक इंजन।
पृथ्वी की सतह से उड़ान भरते समय पहले चरण के इंजन रॉकेट को 2 किमी/सेकेंड की गति तक बढ़ा देते हैं। पहले चरण की खाली बॉडी गिराए जाने के बाद, अगले तीन चरणों के इंजन चालू हो जाते हैं, और रॉकेट दूसरा अंतरिक्ष वेग प्राप्त कर लेता है।
इसके अलावा, रॉकेट जड़ता से चंद्रमा की ओर उड़ता है। अपनी सतह के पास पहुँचकर, रॉकेट अपना नोजल नीचे कर देता है। पांचवें चरण का इंजन चालू है। यह गिरने की गति को कम कर देता है, और रॉकेट आसानी से चंद्र सतह पर उतर जाता है।
उपरोक्त आंकड़ा और उससे संबंधित गणना, निश्चित रूप से, चंद्र रॉकेट के लिए एक वास्तविक परियोजना का प्रतिनिधित्व नहीं करती है। वे केवल अंतरिक्ष मल्टीस्टेज रॉकेट के पैमाने का पहला विचार देने के लिए दिए गए हैं। यह बिल्कुल स्पष्ट है कि रॉकेट का डिज़ाइन, उसके आयाम और वजन विज्ञान और प्रौद्योगिकी के विकास के स्तर, डिजाइनरों के पास उपलब्ध सामग्रियों, उपयोग किए गए ईंधन और रॉकेट इंजन की गुणवत्ता पर निर्भर करते हैं। इसके निर्माताओं का कौशल. अंतरिक्ष रॉकेटों का निर्माण वैज्ञानिकों, इंजीनियरों और प्रौद्योगिकीविदों की रचनात्मकता के लिए असीमित गुंजाइश प्रस्तुत करता है। इस क्षेत्र में अभी भी कई खोजें और आविष्कार होने बाकी हैं। और प्रत्येक नई उपलब्धि के साथ मिसाइलों की विशेषताएं बदल जाएंगी।
जिस तरह IL-18, TU-104, TU-114 प्रकार के आधुनिक हवाई जहाज इस सदी की शुरुआत में उड़ान भरने वाले हवाई जहाजों की तरह नहीं हैं, इसलिए अंतरिक्ष रॉकेटों में लगातार सुधार किया जाएगा। समय के साथ, अंतरिक्ष उड़ानों के लिए, रॉकेट इंजन न केवल रासायनिक प्रतिक्रियाओं की ऊर्जा का उपयोग करेंगे, बल्कि ऊर्जा के अन्य स्रोतों, जैसे परमाणु प्रक्रियाओं की ऊर्जा का भी उपयोग करेंगे। रॉकेट इंजनों के प्रकार बदलने के साथ ही रॉकेटों का डिज़ाइन भी बदल जाएगा। लेकिन "रॉकेट ट्रेनों" के निर्माण के बारे में के. ई. त्सोल्कोवस्की का उल्लेखनीय विचार हमेशा अंतरिक्ष के विशाल विस्तार के अध्ययन में एक सम्मानजनक भूमिका निभाएगा।
यदि रॉकेट लंबे समय तक गति करता है - ताकि अंतरिक्ष यात्रियों को अत्यधिक अधिभार का अनुभव न हो - नोजल से निकलने वाली गैस न केवल शेल में गति स्थानांतरित करती है, बल्कि ईंधन की भारी आपूर्ति भी करती है जिसे रॉकेट "साथ ले जाना" जारी रखता है। यह।" चूँकि प्रणोदक का द्रव्यमान शेल के द्रव्यमान से बहुत अधिक है, इसलिए रॉकेट का त्वरण उस स्थिति की तुलना में बहुत धीमा है जब सभी प्रणोदक को एक ही बार में बाहर निकाल दिया गया था। गणना से पता चलता है कि रॉकेट को पहले ब्रह्मांडीय वेग तक पहुंचने और एक कृत्रिम उपग्रह को पृथ्वी की कक्षा में स्थापित करने में सक्षम होने के लिए, ईंधन का द्रव्यमान पेलोड के द्रव्यमान से दस गुना अधिक होना चाहिए। रॉकेट के “त्वरित” भाग के द्रव्यमान को कम करने के लिए रॉकेट बनाया जाता है बहुस्तरीय .
पहले और दूसरे चरण में ईंधन, दहन कक्ष और नोजल वाले कंटेनर होते हैं। जैसे ही पहले चरण में मौजूद ईंधन जल जाता है, यह चरण रॉकेट से अलग हो जाता है, जिसके परिणामस्वरूप रॉकेट का द्रव्यमान काफी कम हो जाता है। दूसरे चरण के इंजन तुरंत चालू हो जाते हैं और तब तक काम करते हैं जब तक दूसरे चरण में मौजूद ईंधन खत्म नहीं हो जाता। अंत में, इस चरण को भी हटा दिया जाता है, और फिर तीसरे चरण के इंजनों को चालू कर दिया जाता है, जिससे रॉकेट का त्वरण डिज़ाइन गति तक पूरा हो जाता है।
यांत्रिकी। 2014
-
ग्रेड 10 के लिए भौतिकी चित्रण -> गतिशीलता - रॉकेट की गति और रॉकेट द्वारा उत्सर्जित गैस की गति के बीच क्या संबंध है?
ग्रेड 10 के लिए भौतिकी की पाठ्यपुस्तक -> यांत्रिकी - यदि आसपास कुछ भी नहीं है तो आप किससे दूर हट सकते हैं?
ग्रेड 10 के लिए भौतिकी की पाठ्यपुस्तक -> यांत्रिकी - जेट इंजन
ग्रेड 10 के लिए भौतिकी की पाठ्यपुस्तक -> यांत्रिकी - रोलिंग घर्षण बल का क्या कारण है?
ग्रेड 10 के लिए भौतिकी की पाठ्यपुस्तक -> यांत्रिकी - जेट इंजन
भौतिकी के बारे में दिलचस्प -> भौतिकी का विश्वकोश - रॉकेट के संचालन का सिद्धांत
ग्रेड 10 के लिए भौतिकी चित्रण -> - समस्या का समाधान 5. गैस के स्थिर द्रव्यमान के लिए अवस्था के समीकरण की व्युत्पत्ति
कक्षा 10 के लिए भौतिकी की पाठ्यपुस्तक -> - गैस अणुओं की कुल ऊर्जा क्या निर्धारित करती है?
ग्रेड 10 के लिए भौतिकी की पाठ्यपुस्तक -> आणविक भौतिकी और थर्मोडायनामिक्स - पैराग्राफ के लिए प्रश्न § 17. जेट प्रणोदन। अंतरिक्ष की खोज
ग्रेड 10 के लिए भौतिकी की पाठ्यपुस्तक -> यांत्रिकी - अंतरिक्ष में उड़ान भरने के लिए रॉकेट का उपयोग करने का प्रस्ताव सबसे पहले किसने दिया था?
ग्रेड 10 के लिए भौतिकी की पाठ्यपुस्तक -> यांत्रिकी - पहला रॉकेट
ग्रेड 10 के लिए भौतिकी की पाठ्यपुस्तक -> यांत्रिकी - रॉकेट के संचालन का सिद्धांत
ग्रेड 10 के लिए भौतिकी की पाठ्यपुस्तक -> यांत्रिकी - फिसलने वाले घर्षण बल का क्या कारण है?
ग्रेड 10 के लिए भौतिकी की पाठ्यपुस्तक -> यांत्रिकी - 1. सर्किट अनुभाग के लिए प्रतिरोध और ओम का नियम
ग्रेड 11 के लिए भौतिकी की पाठ्यपुस्तक -> इलेक्ट्रोडायनामिक्स - संवेग संरक्षण का नियम
भौतिकी के बारे में दिलचस्प -> भौतिकी का विश्वकोश - राकेट
भौतिकी के बारे में दिलचस्प -> भौतिकी का विश्वकोश - जंग थॉमस (1773-1829)
भौतिकी के बारे में दिलचस्प -> - हॉकिंग स्टीवन (जन्म 1942)
भौतिकी के बारे में दिलचस्प -> भौतिकी में वैज्ञानिकों के बारे में कहानियाँ - फ़्रैंकलिन बेंजामिन (1706 - 1790)
भौतिकी के बारे में दिलचस्प -> भौतिकी में वैज्ञानिकों के बारे में कहानियाँ - फ़रादेई माइकल (1791-1867)
भौतिकी के बारे में दिलचस्प -> भौतिकी में वैज्ञानिकों के बारे में कहानियाँ - स्कोलोडोस्का-क्यूरी मारिया (1867-1934)
भौतिकी के बारे में दिलचस्प -> भौतिकी में वैज्ञानिकों के बारे में कहानियाँ - क्यूरी पियरे (1859-1906)
भौतिकी के बारे में दिलचस्प -> भौतिकी में वैज्ञानिकों के बारे में कहानियाँ - केपलर जोहान (1571-1630)
भौतिकी के बारे में दिलचस्प -> भौतिकी में वैज्ञानिकों के बारे में कहानियाँ - त्सिओलकोव्स्की कॉन्स्टेंटिन एडुआर्डोविच (1857-1935)
भौतिकी के बारे में दिलचस्प -> भौतिकी में वैज्ञानिकों के बारे में कहानियाँ - घरेलू अनुभव
ग्रेड 10 के लिए भौतिकी चित्रण -> थर्मोडायनामिक्स - कम दबाव पर पानी उबालना
ग्रेड 10 के लिए भौतिकी चित्रण -> थर्मोडायनामिक्स -
ग्रेड 10 के लिए भौतिकी चित्रण -> थर्मोडायनामिक्स - मुक्त दोलनों की घटना के लिए शर्तें
ग्रेड 10 के लिए भौतिकी चित्रण -> - दोलन उदाहरण: स्ट्रिंग वजन
ग्रेड 10 के लिए भौतिकी चित्रण -> यांत्रिक कंपन और तरंगें - क्या चप्पू के बिना नाव की गति बढ़ाना संभव है?
ग्रेड 10 के लिए भौतिकी चित्रण -> यांत्रिकी में संरक्षण कानून - जेट प्रणोदन और अंतरिक्ष अन्वेषण
ग्रेड 10 के लिए भौतिकी चित्रण -> यांत्रिकी में संरक्षण कानून - प्रभाव पर बड़ी ताकतें क्यों हैं?
ग्रेड 10 के लिए भौतिकी चित्रण -> यांत्रिकी में संरक्षण कानून - तोप पीछे हटना
ग्रेड 10 के लिए भौतिकी चित्रण -> यांत्रिकी में संरक्षण कानून - यू. ए. गगारिन (1934 - 1968)
ग्रेड 10 के लिए भौतिकी चित्रण -> यांत्रिकी में संरक्षण कानून - एस. पी. कोरोलेव (1907 - 1966)
ग्रेड 10 के लिए भौतिकी चित्रण -> यांत्रिकी में संरक्षण कानून - के. ई. त्सोल्कोव्स्की (1857 - 1935)
ग्रेड 10 के लिए भौतिकी चित्रण -> यांत्रिकी में संरक्षण कानून - जेट-चालित कार का प्रस्ताव सबसे पहले किसने दिया था?
ग्रेड 10 के लिए भौतिकी चित्रण -> यांत्रिकी में संरक्षण कानून - अंतरिक्ष रॉकेट कैसे बनता है?
ग्रेड 10 के लिए भौतिकी चित्रण -> यांत्रिकी में संरक्षण कानून - सीधीरेखीय गति
ग्रेड 10 के लिए भौतिकी चित्रण -> गतिशीलता - गेंद के साथ एक फुटबॉल खिलाड़ी की बातचीत
ग्रेड 10 के लिए भौतिकी चित्रण -> गतिशीलता - आइए संतृप्त और असंतृप्त भाप विषय पर एक प्रयोग करें
ग्रेड 10 के लिए भौतिकी की पाठ्यपुस्तक -> आणविक भौतिकी और थर्मोडायनामिक्स - संतृप्त और असंतृप्त भाप
ग्रेड 10 के लिए भौतिकी की पाठ्यपुस्तक -> आणविक भौतिकी और थर्मोडायनामिक्स - आइए वाष्पीकरण के विषय पर एक प्रयोग करें: वाष्पीकरण और उबलना
ग्रेड 10 के लिए भौतिकी की पाठ्यपुस्तक -> आणविक भौतिकी और थर्मोडायनामिक्स - क्या पानी 100°C से अधिक तापमान पर उबल सकता है?
ग्रेड 10 के लिए भौतिकी की पाठ्यपुस्तक -> आणविक भौतिकी और थर्मोडायनामिक्स - पिघलने और क्रिस्टलीकरण विषय के उदाहरण
ग्रेड 10 के लिए भौतिकी की पाठ्यपुस्तक -> आणविक भौतिकी और थर्मोडायनामिक्स - ऊष्मा इंजन पर्यावरण को कैसे प्रभावित करते हैं?
ग्रेड 10 के लिए भौतिकी की पाठ्यपुस्तक -> आणविक भौतिकी और थर्मोडायनामिक्स - अध्याय 3 में मुख्य बिंदु। यांत्रिकी में संरक्षण कानून
ग्रेड 10 के लिए भौतिकी की पाठ्यपुस्तक -> यांत्रिकी
यह परियोजना यूरोपीय संघ के एक उद्यम निवेशक के अनुरोध पर विकसित की गई थी।
अंतरिक्ष यान को कक्षा में प्रक्षेपित करने की लागत अभी भी बहुत अधिक है। यह रॉकेट इंजनों की उच्च लागत, एक महंगी नियंत्रण प्रणाली, रॉकेट और उनके इंजनों के तनावग्रस्त डिजाइन में उपयोग की जाने वाली महंगी सामग्री, जटिल और, एक नियम के रूप में, उनके निर्माण के लिए महंगी तकनीक, प्रक्षेपण की तैयारी और, मुख्य रूप से, के कारण है। उनका एक बार उपयोग।
किसी अंतरिक्ष यान को लॉन्च करने की कुल लागत में वाहक की लागत का हिस्सा अलग-अलग होता है। यदि मीडिया धारावाहिक है, और डिवाइस अद्वितीय है, तो लगभग 10%। इसके विपरीत, यह 40% या उससे अधिक तक पहुंच सकता है। यह बहुत महंगा है, और इसलिए एक लॉन्च वाहन बनाने का विचार आया, जो एक एयर लाइनर की तरह, कॉस्मोड्रोम से उड़ान भरेगा, कक्षा में उड़ान भरेगा और, एक उपग्रह या अंतरिक्ष यान को वहां छोड़कर, कॉस्मोड्रोम में वापस आ जाएगा।
इस तरह के विचार को लागू करने का पहला प्रयास स्पेस शटल प्रणाली का निर्माण था। डिस्पोजेबल वाहक और स्पेस शटल प्रणाली की कमियों के विश्लेषण के आधार पर, जिसे कॉन्स्टेंटिन फेओक्टिस्टोव ने बनाया था (के. फेओक्टिस्टोव। जीवन का प्रक्षेप पथ। मॉस्को: वैग्रियस, 2000। आईएसबीएन 5-264-00383-1। अध्याय 8. एक हवाई जहाज के रूप में रॉकेट), उन गुणों का एक विचार है जो एक अच्छे लॉन्च वाहन में न्यूनतम लागत पर और अधिकतम विश्वसनीयता के साथ कक्षा में पेलोड की डिलीवरी सुनिश्चित करने के लिए होने चाहिए। यह 100-1000 उड़ानों में सक्षम पुन: प्रयोज्य प्रणाली होनी चाहिए। प्रत्येक उड़ान की लागत को कम करने के लिए (विकास और विनिर्माण लागत को उड़ानों की संख्या पर वितरित किया जाता है), और कक्षा में पेलोड लॉन्च करने की विश्वसनीयता बढ़ाने के लिए पुन: प्रयोज्यता की आवश्यकता होती है: कार द्वारा प्रत्येक यात्रा और विमान की उड़ान की शुद्धता की पुष्टि होती है इसका डिज़ाइन और उच्च गुणवत्ता वाला विनिर्माण। नतीजतन, पेलोड का बीमा करने और रॉकेट का बीमा कराने की लागत को कम करना संभव है। केवल पुन: प्रयोज्य मशीनें ही वास्तव में विश्वसनीय और संचालित करने में सस्ती हो सकती हैं - जैसे भाप इंजन, कार, हवाई जहाज।
रॉकेट सिंगल-स्टेज होना चाहिए। यह आवश्यकता, पुन: प्रयोज्यता की तरह, लागत को कम करने और विश्वसनीयता सुनिश्चित करने से जुड़ी है। दरअसल, यदि रॉकेट मल्टी-स्टेज है, तो भले ही उसके सभी चरण सुरक्षित रूप से पृथ्वी पर लौट आएं, फिर भी प्रत्येक लॉन्च से पहले उन्हें एक पूरे में इकट्ठा किया जाना चाहिए, और चरण की प्रक्रियाओं की सही असेंबली और कार्यप्रणाली की जांच करना असंभव है असेंबली के बाद पृथक्करण, क्योंकि प्रत्येक जांच के साथ असेंबल की गई मशीन उखड़नी चाहिए। परीक्षण नहीं किया गया, असेंबली के बाद कामकाज के लिए परीक्षण नहीं किया गया, कनेक्शन, जैसे कि, डिस्पोजेबल हो गए। और कम विश्वसनीयता वाले नोड्स द्वारा जुड़ा पैकेट भी कुछ हद तक डिस्पोजेबल हो जाता है। यदि रॉकेट बहु-मंचीय है, तो इसके संचालन की लागत निम्नलिखित कारणों से एकल-चरण मशीन के संचालन की लागत से अधिक है:
- एकल चरण मशीन के लिए, किसी असेंबली लागत की आवश्यकता नहीं होती है।
- पहले चरण की लैंडिंग के लिए पृथ्वी की सतह पर लैंडिंग क्षेत्रों को आवंटित करने की कोई आवश्यकता नहीं है, और परिणामस्वरूप, उनके किराए का भुगतान करने की कोई आवश्यकता नहीं है, इस तथ्य के लिए कि इन क्षेत्रों का उपयोग अर्थव्यवस्था में नहीं किया जाता है।
- प्रक्षेपण स्थल तक पहले चरण के परिवहन के लिए भुगतान करने की कोई आवश्यकता नहीं है।
- मल्टी-स्टेज रॉकेट में ईंधन भरने के लिए अधिक जटिल तकनीक, अधिक समय की आवश्यकता होती है। पैकेज की असेंबली और लॉन्च साइट पर चरणों की डिलीवरी सरलतम स्वचालन के लिए उत्तरदायी नहीं है और इसलिए, अगली उड़ान के लिए ऐसे रॉकेट को तैयार करने में बड़ी संख्या में विशेषज्ञों की भागीदारी की आवश्यकता होती है।
रॉकेट को ईंधन के रूप में हाइड्रोजन और ऑक्सीजन का उपयोग करना चाहिए, जिसके दहन के परिणामस्वरूप, इंजन से बाहर निकलने पर, उच्च विशिष्ट आवेग पर पर्यावरण के अनुकूल दहन उत्पाद बनते हैं। पर्यावरणीय स्वच्छता न केवल शुरुआत में, ईंधन भरने के दौरान, दुर्घटना की स्थिति में किए गए काम के लिए महत्वपूर्ण है, बल्कि वायुमंडल की ओजोन परत पर दहन उत्पादों के हानिकारक प्रभावों से बचने के लिए भी महत्वपूर्ण है।
स्काईलॉन, डीसी-एक्स, लॉकहीड मार्टिन एक्स-33 और रोटन विदेशों में एकल-चरण अंतरिक्ष यान की सबसे विकसित परियोजनाओं में से हैं। यदि स्काईलॉन और एक्स-33 पंख वाले वाहन हैं, तो डीसी-एक्स और रोटन ऊर्ध्वाधर टेकऑफ़ और ऊर्ध्वाधर लैंडिंग मिसाइलें हैं। इसके अलावा, वे दोनों परीक्षण नमूने बनाने में भी आगे बढ़े। यदि रोटन के पास ऑटोरोटेशन में लैंडिंग का अभ्यास करने के लिए केवल एक वायुमंडलीय प्रोटोटाइप था, तो डीसी-एक्स प्रोटोटाइप ने तरल ऑक्सीजन और हाइड्रोजन पर तरल-प्रणोदक रॉकेट इंजन (एलआरई) पर कई किलोमीटर की ऊंचाई तक कई उड़ानें भरीं।
ज़ेया रॉकेट का तकनीकी विवरण
अंतरिक्ष में कार्गो लॉन्च करने की लागत को मौलिक रूप से कम करने के लिए, लिन इंडस्ट्रियल ने ज़ेया लॉन्च वाहन (एलवी) बनाने का प्रस्ताव रखा है। यह एक एकल-चरण, पुन: प्रयोज्य वर्टिकल टेक-ऑफ और वर्टिकल लैंडिंग परिवहन प्रणाली है। यह पर्यावरण के अनुकूल और अत्यधिक कुशल ईंधन घटकों का उपयोग करता है: ऑक्सीडाइज़र - तरल ऑक्सीजन, ईंधन - तरल हाइड्रोजन।
प्रक्षेपण यान में एक ऑक्सीडाइज़र टैंक (जिसके ऊपर वायुमंडलीय प्रवेश के लिए एक हीट शील्ड और एक नरम लैंडिंग रोटर है), एक पेलोड कम्पार्टमेंट, एक उपकरण कम्पार्टमेंट, एक ईंधन टैंक, एक प्रणोदन प्रणाली के साथ एक टेल कम्पार्टमेंट और एक लैंडिंग गियर होता है। ईंधन और ऑक्सीडाइज़र टैंक - खंडीय-शंक्वाकार, भार वहन करने वाले, मिश्रित। ईंधन टैंक पर तरल हाइड्रोजन गैसीकरण द्वारा दबाव डाला जाता है, और ऑक्सीडाइज़र टैंक पर उच्च दबाव वाले सिलेंडरों से संपीड़ित हीलियम द्वारा दबाव डाला जाता है। मार्चिंग प्रणोदन प्रणाली में परिधि के चारों ओर स्थित 36 इंजन और एक केंद्रीय निकाय के रूप में एक बाहरी विस्तार नोजल होता है। पिच और यॉ में मुख्य इंजन के संचालन के दौरान नियंत्रण, व्यास में स्थित इंजनों को रोल करके - पेलोड डिब्बे के नीचे स्थित गैसीय ईंधन घटकों पर आठ इंजनों की मदद से किया जाता है। कक्षीय उड़ान खंड में नियंत्रण के लिए गैसीय प्रणोदक घटकों पर इंजन का उपयोग किया जाता है।
ज़ेया का उड़ान पैटर्न इस प्रकार है। संदर्भ निकट-पृथ्वी कक्षा में प्रवेश करने के बाद, रॉकेट, यदि आवश्यक हो, लक्ष्य कक्षा में प्रवेश करने के लिए कक्षीय युद्धाभ्यास करता है, जिसके बाद, पेलोड डिब्बे (200 किलोग्राम तक वजन) को खोलकर, इसे अलग करता है।
प्रक्षेपण के क्षण से निकट-पृथ्वी की कक्षा में एक क्रांति के दौरान, एक ब्रेकिंग आवेग जारी करते हुए, ज़ेया लॉन्च कॉस्मोड्रोम के क्षेत्र में उतरता है। पार्श्व और रेंज युद्धाभ्यास के लिए मिसाइल के आकार द्वारा बनाए गए लिफ्ट-टू-ड्रैग अनुपात का उपयोग करके उच्च लैंडिंग सटीकता सुनिश्चित की जाती है। ऑटोरोटेशन के सिद्धांत और आठ लैंडिंग शॉक अवशोषक का उपयोग करके उतरते हुए एक नरम लैंडिंग की जाती है।
अर्थव्यवस्था
पहले स्टार्ट-अप से पहले काम के समय और लागत का अनुमान नीचे दिया गया है:
- पायलट प्रोजेक्ट: 2 महीने - €2 मिलियन
- प्रणोदन प्रणाली का निर्माण, समग्र टैंकों और नियंत्रण प्रणाली का विकास: 12 महीने - €100 मिलियन
- बेंच बेस का निर्माण, प्रोटोटाइप का निर्माण, उत्पादन की तैयारी और आधुनिकीकरण, ड्राफ्ट डिजाइन: 12 महीने - €70 मिलियन
- घटकों और प्रणालियों का विकास, प्रोटोटाइप परीक्षण, उड़ान उत्पाद का अग्नि परीक्षण, तकनीकी डिजाइन: 12 महीने - € 143 मिलियन
कुल: 3.2 वर्ष, €315 मिलियन
हमारे अनुमान के अनुसार, एक लॉन्च की लागत €0.15 मिलियन होगी, और अंतर-उड़ान रखरखाव और ओवरहेड लागत लगभग € होगी। इंटरलांच अवधि के लिए 0.1 मिलियन। यदि आप लॉन्च मूल्य € में निर्धारित करते हैं 35 हजार प्रति 1 किलोग्राम (€1250/किग्रा की कीमत पर), जो कि डेनेप्र रॉकेट पर लॉन्च कीमत के करीब है विदेशी ग्राहकों के लिए, संपूर्ण लॉन्च (200 किग्रा पेलोड) की लागत ग्राहक को € होगी 7 मिलियन। इस प्रकार, परियोजना 47 लॉन्च में भुगतान करेगी।
तीन-घटक इंजन वाला ज़ेया संस्करण
एकल-चरण प्रक्षेपण यान की दक्षता बढ़ाने का दूसरा तरीका तीन ईंधन घटकों वाले एलआरई पर स्विच करना है।
1970 के दशक की शुरुआत से, यूएसएसआर और यूएसए में तीन-घटक इंजनों की अवधारणा का अध्ययन किया गया है, जो ईंधन के रूप में हाइड्रोजन का उपयोग करते समय एक उच्च विशिष्ट आवेग और एक उच्च औसत ईंधन घनत्व (और, परिणामस्वरूप, ए) को संयोजित करेगा। ईंधन टैंकों की छोटी मात्रा और वजन), हाइड्रोकार्बन ईंधन की विशेषता। स्टार्ट-अप पर, ऐसा इंजन ऑक्सीजन और केरोसिन पर चलेगा, और उच्च ऊंचाई पर यह तरल ऑक्सीजन और हाइड्रोजन का उपयोग करने के लिए स्विच हो जाएगा। इस तरह के दृष्टिकोण से एकल-चरण अंतरिक्ष वाहक बनाना संभव हो सकता है।
हमारे देश में, तीन-घटक इंजन RD-701, RD-704 और RD0750 विकसित किए गए थे, लेकिन उन्हें प्रोटोटाइप बनाने के चरण में नहीं लाया गया था। 1980 के दशक में, एनपीओ मोलनिया ने ऑक्सीजन + केरोसिन + हाइड्रोजन ईंधन के साथ आरडी-701 तरल-प्रणोदक रॉकेट इंजन पर आधारित बहुउद्देशीय एयरोस्पेस सिस्टम (एमएकेएस) विकसित किया। तीन-घटक रॉकेट इंजनों की गणना और डिज़ाइन भी अमेरिका में किए गए थे (उदाहरण के लिए, दोहरे ईंधन प्रणोदन: यह क्यों काम करता है, संभावित इंजन और वाहन अध्ययन के परिणाम, जेम्स ए मार्टिन और एलन डब्ल्यू विल्हाइट द्वारा देखें) , मई 1979 में एम में प्रकाशितएरिकन इंस्टीट्यूट ऑफ एरोनॉटिक्स एंड एस्ट्रोनॉटिक्स (एआईएए) पेपर नंबर। 79-0878).
हमारा मानना है कि तीन-घटक ज़ेया के लिए, ऐसे तरल-प्रणोदक रॉकेट इंजनों के लिए पारंपरिक रूप से पेश किए जाने वाले केरोसिन के बजाय तरल मीथेन का उपयोग किया जाना चाहिए। इसके लिए कई कारण हैं:
- ज़ेया एक ऑक्सीडाइज़र के रूप में तरल ऑक्सीजन का उपयोग करता है, -183 डिग्री सेल्सियस के तापमान पर उबलता है, अर्थात, क्रायोजेनिक उपकरण पहले से ही रॉकेट और ईंधन भरने वाले परिसर के डिजाइन में उपयोग किया जाता है, जिसका अर्थ है कि केरोसिन को बदलने में कोई बुनियादी कठिनाइयां नहीं होंगी। -162 डिग्री सेल्सियस पर मीथेन टैंक वाला टैंक।
- केरोसीन की तुलना में मीथेन अधिक कुशल है। मीथेन + तरल ऑक्सीजन ईंधन जोड़ी का विशिष्ट आवेग (एसआई, एलआरई दक्षता का एक माप - इंजन द्वारा बनाए गए आवेग और ईंधन की खपत का अनुपात) केरोसिन + तरल ऑक्सीजन जोड़ी के एसआई से लगभग 100 मीटर/सेकेंड से अधिक है।
- मीथेन केरोसीन से सस्ता है।
- केरोसिन इंजनों के विपरीत, मीथेन इंजनों में लगभग कोई कोकिंग नहीं होती है, यानी, दूसरे शब्दों में, हटाने में मुश्किल कालिख का निर्माण होता है। और, इसलिए, ऐसे इंजन पुन: प्रयोज्य प्रणालियों में उपयोग करने के लिए अधिक सुविधाजनक होते हैं।
- यदि आवश्यक हो, तो मीथेन को समान तरलीकृत प्राकृतिक गैस (एलएनजी) से बदला जा सकता है। एलएनजी में लगभग पूरी तरह से मीथेन होता है, इसकी भौतिक और रासायनिक विशेषताएं समान होती हैं, और यह शुद्ध मीथेन की तुलना में थोड़ा कम कुशल होता है। वहीं, एलएनजी केरोसिन से 1.5-2 गुना सस्ता और कहीं अधिक किफायती है। तथ्य यह है कि रूस प्राकृतिक गैस पाइपलाइनों के व्यापक नेटवर्क से घिरा हुआ है। यह एक शाखा को कॉस्मोड्रोम में ले जाने और एक छोटा गैस द्रवीकरण परिसर बनाने के लिए पर्याप्त है। इसके अलावा रूस में, सखालिन पर एक एलएनजी संयंत्र और सेंट पीटर्सबर्ग में दो छोटे पैमाने के द्रवीकरण परिसर बनाए गए थे। रूसी संघ के विभिन्न हिस्सों में पांच और संयंत्र बनाने की योजना है। इसी समय, रॉकेट केरोसिन के उत्पादन के लिए कड़ाई से परिभाषित क्षेत्रों से निकाले गए विशेष ग्रेड के तेल की आवश्यकता होती है, जिसके भंडार रूस में समाप्त हो गए हैं।
तीन-घटक प्रक्षेपण यान के संचालन की योजना इस प्रकार है। सबसे पहले, मीथेन को जलाया जाता है - उच्च घनत्व वाला ईंधन, लेकिन निर्वात में अपेक्षाकृत छोटा विशिष्ट आवेग। फिर हाइड्रोजन को जलाया जाता है - कम घनत्व वाला ईंधन और उच्चतम संभव विशिष्ट आवेग। दोनों प्रकार के ईंधन को एक ही प्रणोदन प्रणाली में जलाया जाता है। पहले प्रकार के ईंधन का अनुपात जितना अधिक होगा, संरचना का द्रव्यमान उतना ही छोटा होगा, लेकिन ईंधन का द्रव्यमान उतना ही अधिक होगा। तदनुसार, दूसरे प्रकार के ईंधन का अनुपात जितना अधिक होगा, आवश्यक ईंधन आपूर्ति उतनी ही कम होगी, लेकिन संरचना का द्रव्यमान उतना ही अधिक होगा। इसलिए, तरल मीथेन और हाइड्रोजन के द्रव्यमान के बीच इष्टतम अनुपात खोजना संभव है।
हमने हाइड्रोजन के लिए ईंधन डिब्बों के गुणांक को 0.1 के बराबर और मीथेन के लिए - 0.05 लेते हुए, संबंधित गणना की। ईंधन डिब्बे का अनुपात ईंधन डिब्बे के अंतिम द्रव्यमान और उपलब्ध ईंधन आपूर्ति के द्रव्यमान का अनुपात है। ईंधन डिब्बे के अंतिम द्रव्यमान में गारंटीकृत ईंधन आपूर्ति का द्रव्यमान, प्रणोदक घटकों के अनुपयोगी अवशेष और दबाव गैसों का द्रव्यमान शामिल होता है।
गणनाओं से पता चला है कि तीन-घटक ज़ेया 2.1 टन की संरचना और 19.2 टन के लॉन्च द्रव्यमान के साथ 200 किलोग्राम पेलोड को कम पृथ्वी की कक्षा में लॉन्च करेगा। तरल हाइड्रोजन पर दो-घटक ज़ेया बहुत कुछ खो देता है: द्रव्यमान संरचना का वजन 4.8 टन है, और शुरुआती वजन 37.8 टन है।
रॉकेट का मुख्य कार्य किसी दिए गए भार (अंतरिक्ष यान या वारहेड) को एक निश्चित गति संचारित करना है। पेलोड और आवश्यक गति के आधार पर, ईंधन की आपूर्ति भी निर्धारित की जाती है। भार और गति जितनी अधिक होगी, बोर्ड पर ईंधन की आपूर्ति उतनी ही अधिक होनी चाहिए, और परिणामस्वरूप, रॉकेट का शुरुआती वजन जितना अधिक होगा, इंजन से उतने ही अधिक जोर की आवश्यकता होगी।
ईंधन आपूर्ति में वृद्धि के साथ, टैंकों की मात्रा और वजन बढ़ता है; आवश्यक जोर में वृद्धि के साथ, इंजन का वजन बढ़ता है; संरचना का कुल भार बढ़ जाता है।
एकल-चरण रॉकेट का मुख्य नुकसान यह है कि दी गई गति न केवल पेलोड तक, बल्कि यदि आवश्यक हो, तो संपूर्ण संरचना तक भी संचारित होती है। संरचना के वजन में वृद्धि के साथ, यह एकल-चरण रॉकेट की ऊर्जा पर एक अतिरिक्त बोझ डालता है, जो प्राप्त गति की मात्रा पर स्पष्ट प्रतिबंध लगाता है। आंशिक रूप से, मल्टीस्टेज योजना में परिवर्तन में इन कठिनाइयों को दूर किया जाता है।
मल्टी-स्टेज रॉकेट को ऐसे रॉकेट के रूप में समझा जाता है, जिसमें प्रणोदन प्रणाली या ईंधन टैंक की आंशिक अस्वीकृति जो पहले से ही अपने कार्यों को पूरा कर चुकी है, उड़ान में की जाती है, और अतिरिक्त गति बाद में केवल संरचना के शेष द्रव्यमान की सूचना दी जाती है और पेलोड. समग्र रॉकेट की सबसे सरल योजना चित्र में दिखाई गई है। 1.7.
शुरुआत में, शुरुआत में, सबसे शक्तिशाली इंजन काम करता है - पहला चरण इंजन, रॉकेट को लॉन्चिंग डिवाइस से उठाने और इसे एक निश्चित गति देने में सक्षम। पहले चरण के टैंकों में मौजूद ईंधन का उपयोग हो जाने के बाद, इस चरण के ब्लॉकों को हटा दिया जाता है, और अगले चरण के इंजनों के संचालन के कारण गति में और वृद्धि हासिल की जाती है। दूसरे चरण का ईंधन जलने के बाद, तीसरे चरण का इंजन चालू किया जाता है, और पिछले चरण के संरचनात्मक तत्व जो अनावश्यक हो गए हैं, उन्हें हटा दिया जाना चाहिए। सैद्धांतिक रूप से वर्णित विभाजन प्रक्रिया को आगे भी जारी रखा जा सकता है। हालाँकि, व्यवहार में, चरणों की संख्या के चुनाव को इष्टतम डिज़ाइन विकल्प की खोज का विषय माना जाना चाहिए। किसी दिए गए पेलोड के लिए चरणों की संख्या में वृद्धि से रॉकेट के प्रक्षेपण भार में कमी आती है, लेकिन जब n चरणों से n + 1 की ओर बढ़ते हैं, तो संख्या n के साथ लाभ कम हो जाता है, व्यक्तिगत ब्लॉकों की वजन विशेषताएँ बिगड़ जाती हैं, आर्थिक लागत बढ़ती है और, जाहिर है, विश्वसनीयता कम हो जाती है।
चावल। 1.7. एक मिश्रित (तीन-चरण) रॉकेट का योजनाबद्ध आरेख: 1- ईंधन टैंक,
2- इंजन, 3- पेलोड, 4- ब्लॉक डॉकिंग यूनिट
एकल-चरण रॉकेट के विपरीत, एक मिश्रित रॉकेट में, पेलोड के साथ-साथ, पूरे रॉकेट की संरचना का द्रव्यमान नहीं, बल्कि केवल अंतिम चरण, एक दी गई प्रारंभिक गति प्राप्त करता है। पिछले चरण के ब्लॉकों के द्रव्यमान को कम गति प्राप्त होती है, और इससे ऊर्जा लागत में बचत होती है।
आइए देखें कि एक मिश्रित रॉकेट हमें आदर्श परिस्थितियों में क्या देता है - वायुमंडल के बाहर और गुरुत्वाकर्षण क्षेत्र के बाहर।
आइए हम पहले चरण के ईंधन के बिना रॉकेट के द्रव्यमान और पूरे रॉकेट के प्रक्षेपण द्रव्यमान के अनुपात को μ k1 से निरूपित करें, μ k2 द्वारा इस चरण के ईंधन के बिना दूसरे चरण के द्रव्यमान और रॉकेट के द्रव्यमान के अनुपात को निरूपित करें। पहले चरण के ब्लॉक गिराए जाने के तुरंत बाद। इसी प्रकार, अगले चरणों के लिए, हम पदनाम μ k3, μ k4 लेंगे...
पहले चरण का ईंधन ख़त्म होने के बाद रॉकेट की आदर्श गति होगी:
दूसरे चरण के ईंधन के उपयोग के बाद, इस गति में निम्नलिखित को जोड़ा जाएगा:
प्रत्येक अगला चरण गति में वृद्धि देता है, जिसकी अभिव्यक्ति उसी पैटर्न पर बनी होती है। परिणामस्वरूप, हमें मिलता है:
कहाँ हम 1, हम 2, ... प्रभावी बहिर्वाह दरें हैं।
इस प्रकार, इंजनों को क्रमिक रूप से चालू करने की सुविचारित योजना में, एक मिश्रित रॉकेट की आदर्श गति प्रत्येक चरण द्वारा प्राप्त गति के एक सरल योग द्वारा निर्धारित की जाती है। सभी बाद के चरणों (स्वयं पेलोड सहित) के भरे हुए ब्लॉकों के वजन का योग इस मामले में पिछले चरण के लिए पेलोड के रूप में माना जाता है। इंजन स्विचिंग सर्किट न केवल अनुक्रमिक हो सकता है। कुछ मिश्रित रॉकेटों में विभिन्न चरणों के इंजन एक साथ काम कर सकते हैं। ऐसी योजनाओं के बारे में हम बाद में बात करेंगे.
एकल-चरण रॉकेट के विपरीत, रासायनिक रूप से संचालित मिश्रित रॉकेट, सिद्धांत रूप में, पहले से ही एक उपग्रह को पृथ्वी की कक्षा में लॉन्च करने की समस्या को हल कर देता है। पहला कृत्रिम पृथ्वी उपग्रह लॉन्च किया गया था
1957 दो चरणों वाले रॉकेट के साथ। दो चरणों वाले रॉकेट ने कोसमोस और इंटरकोसमोस श्रृंखला के सभी उपग्रहों को कक्षा में स्थापित किया। भारी उपग्रहों के लिए, कुछ मामलों में तीन चरण वाले रॉकेट की आवश्यकता होती है।
मल्टी-स्टेज रॉकेट चंद्रमा और सौर मंडल के ग्रहों की उड़ान के लिए आवश्यक उच्च गति प्राप्त करने की संभावना को खोलते हैं। यहां तीन चरणों वाले रॉकेट से पहुंचना हमेशा संभव नहीं होता है। आवश्यक विशेषता गति वीएक्सउल्लेखनीय रूप से बढ़ जाता है, और अंतरिक्ष कक्षाएँ बनाने की समस्या अधिक जटिल हो जाती है। आपको स्पीड बढ़ाने की बिल्कुल भी जरूरत नहीं है. चंद्रमा या किसी ग्रह के उपग्रह की कक्षा में प्रवेश करते समय, सापेक्ष गति कम होनी चाहिए, और उतरते समय, यह पूरी तरह से समाप्त हो जानी चाहिए। इंजनों को लंबे अंतराल के साथ बार-बार चालू किया जाता है, जिसके दौरान जहाज की गति सूर्य और आस-पास के खगोलीय पिंडों के गुरुत्वाकर्षण क्षेत्र की कार्रवाई से निर्धारित होती है। लेकिन अब और इसके बाद, हम खुद को केवल पृथ्वी के गुरुत्वाकर्षण की भूमिका का आकलन करने तक ही सीमित रखेंगे।
