¿Cómo vuelan los cohetes? Descubrimientos científicos que nos llevaron al espacio: Cohetes En qué consiste un cohete para volar.

Es difícil imaginar cómo cambiará nuestro mundo si entran en él lanzamientos espaciales baratos. Las bases en otros planetas y satélites, el turismo espacial, las fábricas orbitales y mucho más se convertirán no solo en una realidad, sino en un lugar común. Reducir el costo de lanzar carga más allá de nuestra cuna es ahora el objetivo principal de toda la astronáutica. Traigo a su atención una descripción general de los proyectos más populares para el lanzamiento de carga por métodos sin cohetes.

ascensor espacial

Debe ser el más popular y replicado en los medios de comunicación. Un ascensor espacial es un cable estirado desde la superficie de la Tierra y que se extiende desde allí 144.000 km hacia el espacio.
Base representa un lugar en la superficie del planeta donde se sujeta el cable y comienza el levantamiento de la carga. Puede ser móvil (por ejemplo, colocarse en un barco de alta mar) o no móvil. La ventaja de una base móvil es bastante obvia: es posible alejarse de huracanes y tormentas que pueden dañar el cable.

Cable es un hilo muy delgado (relativo a su longitud, por supuesto) hecho de material resistente, llevado más allá de la órbita geoestacionaria y mantenido en esta posición debido a la fuerza centrífuga. En la actualidad, no es posible crear dicho material, pero según la teoría, los nanotubos de carbono pueden convertirse en dicho material. Por desgracia, su producción a escala industrial aún está muy lejos. La resistencia de la correa espacial debe ser del orden de 65 a 120 gigapascales, según la altura (a modo de comparación, la resistencia del acero no supera 1 GPa).

Contrapeso sirve para que el cable esté siempre en estado de tensión. Pueden ser cualquier objeto masivo, ya sea un asteroide o una base espacial (que es más atractivo). El contrapeso está ubicado mucho más alto que la órbita geoestacionaria, por lo tanto, si el cable se rompe, es posible que vuele a la órbita circunsolar. Por lo tanto, si una estación espacial les sirve, entonces debe estar equipada con su propio sistema de propulsión.

Las cargas se elevan a la órbita mediante un ascensor especial (o tal vez incluso más de uno) y, según los cálculos de los científicos, el viaje de un extremo a otro debería durar unos 7 días. No rápido, por supuesto, pero muy barato. Después de todo, esto es mucho más rápido que lanzar cohetes, que lleva muchos meses preparar. Por supuesto, un proyecto de esta magnitud debe ser internacional, porque ningún estado puede dominarlo solo. Y esto, a su vez, plantea una serie de problemas y preguntas. En primer lugar, ¿en qué territorio debería ubicarse dicha estructura? De hecho, debido a su gigantesco tamaño, es imposible evitar violar el espacio aéreo de varios estados. En segundo lugar, ascensor espacial debe ser protegido de actos terroristas y conflictos militares.

Ventajas:

• Barato relativo de la entrega de carga a la órbita geoestacionaria
• Ahorros significativos en costos al lanzar naves espaciales interplanetarias
• La posibilidad de implementar excursiones espaciales de bajo costo
• A diferencia de los cohetes, no se emiten sustancias tóxicas a la atmósfera.

Contras:

• Complejidad de implementación
• Altos costos de construcción
• La necesidad de abordar muchas cuestiones jurídicas y legales.

Sí, y el cable debe estar hecho de un material resistente que, por desgracia, no está disponible ahora.

El material más adecuado y más cercano a crear son los nanotubos de carbono, pero los avances en su fabricación dejan mucho que desear. Además, no es lo más manera rápida entrar en órbita.

Ascensor inflable para enviar al espacio

La empresa canadiense Thoth Technology decidió tomar una ruta menos ambiciosa. La altura de la torre, para la que se emitió una patente estadounidense el 21 de julio de 2015, será de 20 kilómetros y un diámetro de unos 230 metros.

La torre estará equipada con una o más cubiertas desde las que será posible lanzar satélites con cargas útiles. Quizás 20 kilómetros no suenen tan impresionantes como 36 mil kilómetros, pero la torre de Thoth seguirá siendo 20 veces más alta que cualquier otra estructura hecha por el hombre que se encuentre actualmente en la Tierra. Además, será lo suficientemente alto como para reducir el costo de los lanzamientos espaciales en alrededor de un tercio.

Los ingenieros canadienses proponen hacer una torre a partir de secciones inflables reforzadas con un ascensor interno.

Una torre inflable gigante no debe balancearse con el viento, pero la estructura en sí será demasiado alta para el uso de cables de sujeción. Por eso, los expertos sugieren utilizar un sistema de volantes que proporcionen estabilidad dinámica y actúen como compresores de la estructura. Los volantes podrán regular la presión y la rotación, compensar cualquier flexión en la torre y mantenerla en un estado fijo en todo momento.

La patente también sugiere que el ascensor no se movería sobre cables (un cable de veinte kilómetros no podría soportar su propio peso sin deformarse). Las cargas serán enviadas a la parte superior ya sea a través de un tubo neumático, gracias a la presión que se inyecta, o desde el exterior mediante dispositivos similares a arañas mecánicas.

El propósito principal de la torre Thoth será lanzar naves espaciales desde la parte superior de la torre. Actuará como una plataforma de lanzamiento y reemplazará la primera etapa del vehículo de lanzamiento. También se puede utilizar para aterrizar y repostar.

Skyhook es un satélite giratorio, que se encuentra en una órbita cercana a la Tierra, y dos cables bastante largos que divergen de él en direcciones opuestas. El satélite debe rotar en el plano de su órbita para que las cuerdas estén en contacto con los límites superiores de la atmósfera en cada revolución.

La velocidad de rotación de la estructura compensará parcial o totalmente la velocidad orbital. En general, Skyhook se asemeja a una rueda de la fortuna gigante con dos radios a los lados, que rueda a lo largo de la superficie de la tierra a velocidad orbital. El cable Skyhook se puede utilizar para colgar cargas de aviones hipersónicos o globos estratosféricos. Al mismo tiempo, todo el diseño de Skyhook funciona como un volante gigante: un acumulador de par y energía cinética.

bucle de inicio

El Launch Loop o Lofstrom Loop es un proyecto de un sistema de transporte por cable diseñado para lanzar cargas útiles a la órbita terrestre. El proyecto se basa en un cable que se mueve continuamente a alta velocidad (12-14 km/s) dentro de un tubo de vacío. Para que el cable no entre en contacto con las paredes de la tubería, están separados por una suspensión magnética.

Sección del acelerador de bucle espacial (no se muestra el cable de retorno).

En general, este dispositivo es una estructura enorme con una longitud de aproximadamente 2000 km, y el bucle en sí debe elevarse a una altura de hasta 80 km y mantenerse en él debido al momento de inercia del cable giratorio. La rotación del cable esencialmente transfiere el peso de toda la estructura al par de cojinetes magnéticos que lo sostienen, uno en cada extremo. La ventaja de este sistema es que puede proporcionar lanzamientos de turistas espaciales, proporcionando un nivel de sobrecarga relativamente leve igual a 3g.

ventajas

Se espera que el ciclo de lanzamiento proporcione una alta tasa de lanzamientos (múltiples lanzamientos por hora, independientemente del clima), y este sistema prácticamente no contamina. Los lanzamientos de cohetes producen contaminación en forma de nitratos debido a alta temperatura gases de escape, y dependiendo del tipo de combustible pueden ser emitidos gases de invernadero. El lazo de lanzamiento, como una especie de planta de energía eléctrica, es amigable con el medio ambiente, puede operar desde cualquier fuente de energía: geotérmica, nuclear, solar, eólica o cualquier otra, incluso intermitente, ya que el sistema tiene un gran almacenamiento de energía incorporado. .

A diferencia de un ascensor espacial, que debe atravesar el cinturón de radiación en cuestión de días, los pasajeros del bucle de lanzamiento pueden lanzarse a la órbita terrestre baja, que está por debajo del cinturón de radiación, o atravesarlo en cuestión de horas. Esta situación es similar a la que enfrentan los astronautas del Apolo, para quienes las dosis de radiación son 200 veces menores que las que puede entregar un ascensor espacial.

A diferencia de un ascensor espacial, que corre el riesgo de colisionar con desechos espaciales y meteoritos en toda su longitud, el circuito de lanzamiento está ubicado en altitudes donde las órbitas son inestables debido a la resistencia del aire. Los desechos espaciales no permanecen allí durante mucho tiempo, la posibilidad de que colisionen con la instalación es bastante pequeña. Si bien la vida útil de un ascensor espacial es del orden de unos pocos años, el daño o la destrucción del bucle de lanzamiento es relativamente raro. Además, el bucle de lanzamiento en sí no es una fuente importante de desechos espaciales, ni siquiera en caso de accidente. Todos sus posibles fragmentos tendrán un perigeo intersectando con la atmósfera, o sus velocidades estarán por debajo de la primera cósmica.

El bucle de lanzamiento está orientado al transporte de personas, porque la aceleración máxima de 3g es segura en él, la gran mayoría de personas es capaz de soportarlo. Además, proporciona una forma mucho más rápida de llegar al espacio exterior que el ascensor espacial.

El bucle de lanzamiento funcionará en silencio, a diferencia de los misiles, no tendrá ningún efecto de ruido.

Finalmente, el bajo costo de poner una carga útil en órbita la hace adecuada incluso para la colonización espacial.

Dificultades

El bucle sin torsión almacenará una gran cantidad de energía en forma de impulso. Debido a que el sistema de levitación magnética será altamente redundante, la falla en un área pequeña no afectará el rendimiento del sistema. Pero si hay una destrucción importante de la estructura, habrá una liberación de toda la energía almacenada (1,5 petajjulios), lo que equivale a la explosión de una bomba atómica con una potencia de 350 kilotones (aunque sin radiación). Aunque se trata de una gran cantidad de energía, es poco probable que se destruya toda la estructura debido a su gran tamaño, y también porque si se detecta un mal funcionamiento, la mayor parte de la energía se dirigirá a un lugar especialmente previsto. Puede ser necesario tomar medidas para bajar el cable desde una altura de 80 km con daños mínimos, por ejemplo, proporcionar paracaídas. Por lo tanto, para garantizar la seguridad y por razones astrodinámicas, el bucle de lanzamiento deberá instalarse sobre el océano cerca del ecuador, lejos de los asentamientos.

El proyecto publicado del ciclo inicial requiere control electrónico levitación magnética para minimizar la disipación de energía y estabilizar la atenuación del cable causada por otras causas. La inestabilidad ocurrirá principalmente en las secciones giratorias y también en el cable.

Los platos giratorios son potencialmente inestables porque alejar el rotor de los imanes produce una disminución de la atracción magnética, mientras que moverse hacia los imanes aumenta la atracción. De cualquier manera, se produce inestabilidad. Este problema se resuelve con la ayuda de sistemas de servocontrol que controlan la fuerza de los imanes. Aunque la confiabilidad de los servos a altas velocidades del rotor es objeto de investigación, se perderá una gran cantidad de secciones de servos en serie para contener el rotor en caso de falla del sistema.

Las secciones del cable también compartirán este destino potencial, aunque las fuerzas aquí son mucho menores. Sin embargo, existe otra inestabilidad potencial, que radica en que el cable/vaina/rotor puede sufrir meandros (como una cadena Lariat), y la amplitud de este proceso puede aumentar sin restricciones (resonancia). Lofstrom cree que esta inestabilidad también se puede controlar en tiempo real mediante servomecanismos, aunque nadie lo ha hecho todavía.

Para mantener el vacío en el sistema a un nivel aceptable, necesitará muchas bombas de vacío distribuidas uniformemente a lo largo (es decir, a una altitud de 80 kilómetros también) trabajando constantemente para bombear para compensar las fugas.

La dificultad es obtener la energía eléctrica necesaria en medio del océano.

Problemas

• Los vuelos espaciales suborbitales comienzan desde una altitud de unos 100 km, mientras que ya a una altitud de 30 km, una disminución en la densidad del aire anula las ventajas aerodinámicas del ala y se necesitan tecnologías de cohetes para aumentar aún más la altitud.
• La escalabilidad es difícil: los cohetes que ponen en órbita al menos 2 toneladas pesan entre 100 y 200 toneladas, lo que está cerca del límite de capacidad de carga de los aviones existentes: An-124 levanta 120 toneladas, An-225 - 247 toneladas.
• Problemas de resistencia estructural de la carga útil y del vehículo de lanzamiento: los satélites a menudo se diseñan con el requisito de soportar solo sobrecargas axiales, e incluso el montaje horizontal (cuando el satélite se encuentra "sobre un lado") es inaceptable para ellos.
• La necesidad de desarrollar potentes motores hipersónicos. Debido a que un portaaviones eficiente es un portaaviones rápido, los turborreactores convencionales no encajan bien.

Con el nivel actual de desarrollo tecnológico, los sistemas aeroespaciales pueden volverse herramienta eficaz entrega de bienes en órbita, pero solo si estos bienes son pequeños (en la región de cinco toneladas) y el portador es hipersónico.

StarTram, cañón orbital (cañón Gauss), catapulta electromagnética y trineo cohete.

Todas estas ideas son similares a la idea de lanzar objetos disparando desde un arma enorme, que fue considerada por los escritores de ciencia ficción allá por el siglo XIX. Con el tiempo, el concepto ha mejorado, y hoy en día los teóricos todavía lo consideran como un posible método de entrega a la órbita. La esencia de este método de lanzamiento sin cohete es "disparar" el dispositivo por medio de aceleración electromagnética, transfiriéndole la velocidad suficiente, y cuando alcanza la órbita, utiliza el mínimo de combustible transportado, pudiendo transportar el máximo. carga.

StarTram propone acelerar un vehículo no tripulado con una fuerza g de 30 g a través de un túnel de 130 km de largo, al final del cual hay una ventana de plasma que evita que entre aire en el túnel. Idealmente, la ventana debería estar ubicada en el pico de una montaña de 6.000 km de altura, donde el lanzamiento se realizará en un ángulo de 10 grados a una velocidad de 8,78 km/s. También puedes obtener una bonificación de la rotación de la Tierra en forma de velocidad adicional, si "disparas" hacia el este, lo que compensa las pérdidas por el paso de la atmósfera.

El diseño en sí se verá como una enorme arma de artillería, cuya longitud de cañón puede alcanzar varios kilómetros, o ubicarse profundamente en la superficie de acuerdo con el principio de un silo de misiles.

Teóricamente, tal diseño permitirá acelerar el proyectil a la primera velocidad cósmica necesaria para lanzarlo a una órbita estacionaria (alrededor de 8 km/s), sin embargo, las sobrecargas logradas con tal aceleración serán enormes, del orden de 100 g. y la resistencia del aire en las capas inferiores de la atmósfera requerirá materiales resistentes al calor para el "proyectil" de la carcasa, por lo que sería razonable utilizar este método de lanzamiento exclusivamente para la carga.

El arma espacial en sí no está diseñada para colocar cargas útiles en una órbita estable alrededor de la Tierra. Las leyes de la física no permiten alcanzar una órbita estable sin una corrección de vuelo después del lanzamiento. La trayectoria de lanzamiento puede ser parabólica, hiperbólica o elíptica (al alcanzar la primera velocidad de escape).

Este último termina en la superficie de la Tierra en el punto de lanzamiento (más o menos la rotación del planeta y la resistencia atmosférica). Y esto significa que sin ajuste, la trayectoria balística siempre terminará en una caída al planeta dentro de la primera órbita, siempre que el lanzamiento se realice a la primera velocidad cósmica. Cuando se lanza a la segunda velocidad espacial, el proyectil entra en una órbita alrededor del Sol, que se cruza con la órbita de la Tierra, sin embargo, esta órbita, debido a las perturbaciones de otros planetas, puede cambiar y ya no se cruza con la órbita de la Tierra. Por lo tanto, el lanzamiento desde un arma espacial solo es posible para dispositivos equipados con sus propios motores para el ajuste, además, necesitan una protección térmica seria para atravesar la atmósfera.

Pero por ejemplo, en la Luna, donde no hay atmósfera, el esquema del cañón puede ser óptimo.

Sistemas de propulsión láser

Los sistemas de propulsión láser pueden transmitir impulso a una nave espacial de dos maneras diferentes. La primera forma es usar la presión de los fotones, transmitiendo el impulso según el principio de las velas solares y láser. El segundo método usa un láser para calentar la sustancia de trabajo de la nave espacial, como en un cohete convencional.

Entonces, por ejemplo, para lanzar un satélite que pesa 100 kg, se requiere un láser con una potencia de al menos 1 MW. Ahora se ha establecido que un láser de gas dinámico se puede utilizar de la forma más eficaz para los fines anteriores. En este caso tecnología láser se cruza significativamente con la tecnología de creación misiles modernos, que ya está suficientemente bien desarrollado desde hace 50 años, lo que permite plantear tales problemas. Además, el láser debe operar en un modo pulsado repetitivamente con una alta tasa de repetición de pulsos cortos para eliminar el apantallamiento de la radiación láser entrante por el plasma generado durante la operación del motor, así como para aumentar la eficiencia de su operación. Según expertos nacionales y extranjeros, estos motores a reacción láser se pueden utilizar como parte de vehículos de lanzamiento económicos de una sola etapa para nano, micro y minisatélites.

fuente espacial

Este concepto fue iniciado por los esfuerzos conjuntos de Robert L. Forward, Marvin Minsky, John McCarthy, Hans Moravec, Roderick Hyde y Lowell Wood. Se puede encontrar una gran cantidad de información al respecto en el libro de Robert L. Forward Indistinguible de la magia.

A diferencia del diseño original del ascensor espacial, la fuente es una torre extremadamente alta, ya que torre alta no puede soportar su peso con los materiales tradicionales, se prevé que este peso se sostenga de la siguiente manera: dentro de la torre será hueca, dentro de esta cavidad hay una sustancia granular especial. Esta sustancia, después de transferirle energía cinética, se mueve rápidamente hacia arriba desde la parte inferior de la torre y transfiere esta energía a su parte superior, después de lo cual vuelve a caer bajo la influencia de la gravedad, esto evitará que la torre se caiga.

La fuente espacial utiliza un flujo continuo de gránulos de metal acelerados electromagnéticamente para llevar la carga a alturas extremas, utilizando los mismos principios físicos básicos que una fuente convencional mantendría una bola de plástico sobre un chorro de agua vertical.

Millones de pequeños gránulos metálicos se dispararán a una estación "deflectora" muy por encima del suelo, que utilizará un campo magnético para atrapar los gránulos, haciéndolos circular en un impulsor electromagnético y devolviéndolos al suelo. La estación terrestre, a su vez, utilizará una "cuchara" magnética para atrapar las bolas, lanzarlas en una curva de regreso a la estación con un potente refuerzo electromagnético, todo en un ciclo continuo. La presión ejercida sobre los campos magnéticos de la cuchara y el acelerador curvo por un flujo continuo de perdigones mantendrá toda la estructura en el aire.

La clave para comprender la fuente cósmica es que utiliza un flujo continuo de gránulos para presurizar y elevar constantemente la estación. Recordemos la analogía de la fuente, así es como puede mantener una bola suspendida por un chorro de agua mediante la recirculación continua del agua: el agua que vuelve a caer en la fuente es succionada en las tomas y alimentada de nuevo al chorro de agua, y así sucesivamente. infinito. Lo mismo con el "chorro" de metal de la fuente cósmica.

Además, es importante entender que los balines y la estación nunca tendrán contacto físico. Los campos magnéticos de la pala y el propulsor curvo actúan como una especie de amortiguador, evitando cualquier daño causado por los gránulos que se precipitan hacia la estación a 4 km/s. Sin embargo, los gránulos ejercen presión sobre los campos magnéticos a medida que pasan a través de ellos y esta fuerza, a su vez, se transfiere a la estación, manteniéndola en el aire.

Usando esta tecnología, la fuente podría elevar una estación espacial totalmente equipada que pese 40 toneladas o más a cualquier altura, incluso la altura de un ascensor espacial (40.000 km). Sin embargo, cuanto mayor sea la altura, más energía se requiere (más sobre eso a continuación). Para mantener una fuente cósmica de unos 2000 km de altura se requiere una energía constante comparable al consumo de una ciudad moderna.

Pero una de las ventajas de una fuente es que una vez que el sistema está funcionando, la energía necesaria para mantenerlo será mucho menor que la energía para hacerlo funcionar. La pérdida de impulso de la gravedad cuando el flujo de gránulos despega se equilibrará con precisión con la ganancia de impulso de la gravedad cuando el flujo cae sobre la estación terrestre y el impulso total del sistema nunca cambia. La entropía dicta que eventualmente se perderá algo de energía con el tiempo, pero esto puede compensarse fácilmente con centrales eléctricas auxiliares que generan una pequeña fracción de la energía necesaria para iniciar inicialmente el sistema. Así, incluso si se interrumpe el suministro eléctrico, la fuente funcionará normalmente durante algún tiempo. Para estaciones de suspensión con una altura de 1000 km o más, esto puede demorar varias horas.

Otra ventaja de la fuente espacial es que el sistema se puede construir desde cero. La estación terrestre y el deflector de la estación con sus impulsores se pueden construir completamente en el suelo y la estación se asentará sobre la estación terrestre con los impulsores alineados. Luego, la fuerza del flujo de gránulos, lenta pero finalmente, elevaría la estación primero unos pocos centímetros, luego varios cientos de metros, y así kilómetro a kilómetro. El proceso se puede suspender a cualquier altura, desde unos pocos centímetros hasta varios miles de metros, indefinidamente, lo que permite realizar calibraciones, Mantenimiento, obra nueva, etc.

La fuente de energía para sostener la fuente también se puede usar para soportar estructuras laterales como ascensores o paredes a lo largo de su longitud. Los aceleradores/desaceleradores electromagnéticos se pueden construir verticalmente a lo largo de la "corriente" de los gránulos, por lo que la fuente se puede construir lentamente en función de la potencia de los gránulos. Dado que las secciones de muro (y cualquier estructura interna) pueden sostenerse en el aire por el flujo interno a través de ellas, no se sobrecargarán, como sería el caso de los edificios convencionales de cientos o miles de kilómetros de altura.

De esta manera, las fuentes espaciales se pueden utilizar para crear edificios y torres verdaderamente gigantes. Y, a diferencia de un ascensor espacial, una fuente espacial no requiere materiales extremadamente caros o actualmente inexistentes para construir. Las aleaciones modernas y los materiales compuestos son muy adecuados para su construcción.

El uso más obvio para una estructura tan súper alta sería, por supuesto, como un lanzamiento espacial sin cohetes. Se pueden instalar aceleradores electromagnéticos en las paredes exteriores para "disparar" cargas a la órbita. Una fuente de unos 40 km de altura será suficiente para poner a los pasajeros en órbita con menos de 3 g de aceleración, mientras que una fuente de 100 km o más puede simplemente lanzar una carga útil directamente en órbita sin exceder ni siquiera 1 g.

La torre de la fuente también se puede utilizar como una gran arcología, centro de investigación, centro industrial, etc. Una fuente de 100 kilómetros de altura y 100 metros de ancho tendrá un volumen de unos 7,85 kilómetros cúbicos. Los diseñadores y arquitectos pueden usar este espacio para cualquier cosa. Pero también son posibles torres más anchas y de mayor capacidad.

Ventajas sobre el ascensor espacial

• Se puede construir una fuente espacial utilizando las tecnologías ya disponibles en este momento. No requiere materiales exóticos (como nanotubos), a diferencia de un ascensor espacial.
• La fuente espacial se puede construir desde la Tierra, y no con la OSG como es el caso del ascensor espacial.
• La fuente espacial se puede construir en cualquier parte de la tierra, no solo en el ecuador.
• La fuente espacial se puede construir sobre cuerpos celestes con una velocidad de rotación muy baja, por ejemplo: la Luna, Venus.
• La fuente espacial no corre tanto riesgo de ser golpeada por desechos espaciales, debido a que es más pequeña que un ascensor espacial.

Desventajas en comparación con Space Elevator

Su principal desventaja es que es una estructura activa y por lo tanto requiere energía constante.

Así, vemos que hoy en día cualquiera de los métodos presentados es inalcanzable, debido a la insolvencia económica, la falta de tecnologías y materiales necesarios. Sin embargo, la necesidad de extraer nuevos recursos, explorar planetas y satélites tarde o temprano nos obligará a considerar los métodos presentados anteriormente no como invenciones de escritores y teóricos de ciencia ficción, sino como una alternativa real y necesaria al lanzamiento de cohetes que existe en la actualidad.

El escritor Aulo Gelio (lat. Aulo Gelio) uno de los primeros dispositivos de chorro se utilizó hace más de 2000 años, ya en el año 400 a. mi. , el filósofo griego pitagórico Arquitas de Tarento, obligando con una pluma a una paloma de palo a moverse por el alambre, ante los ojos atónitos de los habitantes de su ciudad. Archytas of Tarentum usó el principio de "acción-reacción", que se describió científicamente solo en el siglo XVII.

Sin embargo, la mayoría de los historiadores rastrean los orígenes de los cohetes hasta la dinastía Han china (206 a. C. - d. C.), hasta el descubrimiento de la pólvora y el comienzo de su uso para fuegos artificiales y entretenimiento. La fuerza generada por la explosión de una carga de pólvora fue suficiente para mover varios objetos. Posteriormente, este principio encontró aplicación en la creación de los primeros cañones y mosquetes. Los proyectiles de armas de pólvora podían volar largas distancias, pero no eran cohetes, ya que no tenían sus propias reservas de combustible. Sin embargo, fue la invención de la pólvora la que se convirtió en el principal requisito previo para la aparición de cohetes reales. La descripción de las "flechas de fuego" voladoras utilizadas por los chinos muestra que estas flechas eran misiles. Se les adjuntó un tubo de papel compactado, abierto solo en la parte trasera y lleno de una composición combustible. Esta carga se prendió fuego y luego se disparó la flecha con la ayuda de un arco. Tales flechas se usaron en varios casos durante el asedio de fortificaciones, contra barcos, caballería.

Se sabe que los cosacos de Zaporizhzhya utilizaron cohetes, a partir de los siglos XVI y XVII. En el siglo XVII, el ingeniero militar lituano Kazimir Semenovich describió un cohete de varias etapas.

Cohete de dos etapas del siglo XVI.

La artillería de cohetes fue ampliamente utilizada hasta finales del siglo XIX. Los cohetes eran más ligeros y móviles que piezas de artillería. La precisión y precisión de disparar misiles era pequeña, pero comparable a las piezas de artillería de esa época. Sin embargo, en la segunda mitad del siglo XIX, aparecieron los cañones de artillería estriados, que brindaban una mayor precisión y precisión de fuego, y la artillería de cohetes se retiró del servicio en todas partes. Solo sobrevivieron fuegos artificiales y bengalas.

A fines del siglo XIX, comenzaron los intentos de explicar matemáticamente la propulsión a chorro y crear un sistema más eficiente. armamento de misiles. En Rusia, uno de los primeros en tratar este tema fue Nikolai Tikhomirov en 1894.

La teoría de la propulsión a chorro fue estudiada por Konstantin Tsiolkovsky. Presentó la idea de usar cohetes para vuelos espaciales y argumentó que el combustible más eficiente para ellos sería una combinación de oxígeno líquido e hidrógeno. Diseñó un cohete para la comunicación interplanetaria en 1903.

El 17 de agosto de 1933 se lanzó el cohete GIRD 9, que puede considerarse el primer misil antiaéreo soviético. Alcanzó una altura de 1,5 km. Y el próximo cohete GIRD 10, lanzado el 25 de noviembre de 1933, ya había alcanzado una altura de 5 km.

En Alemania, la Sociedad Alemana de Comunicaciones Interplanetarias (VfR) llevó a cabo un trabajo similar. El 14 de marzo de 1931, el miembro de VfR, Johannes Winkler, llevó a cabo el primer lanzamiento exitoso de un cohete de combustible líquido en Europa.

En 1957, en la URSS, bajo el liderazgo de Sergei Korolev, se creó el primer misil balístico intercontinental R-7 del mundo como medio para lanzar armas nucleares, que en el mismo año se utilizó para lanzar el primer satélite terrestre artificial del mundo. Así comenzó el uso de cohetes para vuelos espaciales.

Motores de cohetes

La mayoría de los cohetes modernos funcionan con motores de cohetes químicos. Dicho motor puede utilizar propulsores sólidos, líquidos o híbridos. La reacción química entre el combustible y el comburente comienza en la cámara de combustión, los gases calientes resultantes forman un chorro efluente, se aceleran en la tobera (o toberas) del chorro y se expulsan del cohete. La aceleración de estos gases en el motor crea empuje, una fuerza de empuje que hace que el cohete se mueva. El principio de la propulsión a chorro está descrito por la tercera ley de Newton.

Sin embargo, las reacciones químicas no siempre se utilizan para propulsar cohetes. En los cohetes de vapor, el agua sobrecalentada que escapa a través de una boquilla se convierte en un chorro de vapor de alta velocidad que sirve como propulsión. La eficiencia de los cohetes de vapor es relativamente baja, pero esto se compensa con su simplicidad y seguridad, así como con el bajo costo y la disponibilidad de agua. El rendimiento de un pequeño cohete de vapor se probó en el espacio a bordo del satélite UK-DMC. Hay proyectos para el uso de cohetes de vapor para el transporte interplanetario de mercancías, con calentamiento de agua por energía nuclear o solar.

Los cohetes como el vapor, en los que el calentamiento del fluido de trabajo ocurre fuera del área de trabajo del motor, a veces se describen como sistemas con motores de combustión externa. Otros ejemplos de motores de cohetes de combustión externa son la mayoría de los diseños de motores de cohetes nucleares.

Solicitud

Guerra

Los cohetes se utilizan como una forma de entregar armas a un objetivo. tamaño pequeño y alta velocidad el movimiento de los misiles les proporciona poca vulnerabilidad. Dado que no se necesita un piloto para controlar un misil de combate, puede llevar cargas de gran poder destructivo, incluidas las nucleares. Los modernos sistemas de localización y navegación dan a los misiles mayor precisión y maniobrabilidad.

Hay muchos tipos de misiles de combate que difieren en el rango de vuelo, así como en el lugar de lanzamiento y el lugar donde se golpea el objetivo ("tierra" - "aire"). Los sistemas de defensa antimisiles se utilizan para combatir misiles reales.

También hay señales y bengalas.

Investigación científica

Los aviones y globos lanzados para estudiar la atmósfera de la Tierra tienen un techo de gran altitud de 30 a 40 kilómetros. Los cohetes no tienen ese techo y se utilizan para sondear las capas superiores de la atmósfera, principalmente la mesosfera y la ionosfera.

Hay una división de cohetes en meteorológicos ligeros, capaces de elevar un conjunto de instrumentos a una altura de unos 100 kilómetros, y geofísicos pesados, que pueden transportar varios conjuntos de instrumentos y cuya altura de vuelo es prácticamente ilimitada.

Por lo general, los cohetes científicos están equipados con instrumentos para medir la presión atmosférica, el campo magnético, radiación cósmica y composición del aire, así como equipos para transmitir los resultados de las mediciones por radio a tierra. Hay modelos de cohetes, donde los dispositivos con datos obtenidos durante el ascenso se bajan al suelo mediante paracaídas.

Los estudios meteorológicos de cohetes precedieron a los de satélite, por lo que los primeros satélites meteorológicos tenían los mismos instrumentos que los cohetes meteorológicos. La primera vez que se lanzó un cohete para estudiar los parámetros del entorno aéreo fue el 11 de abril, pero los lanzamientos regulares de cohetes comenzaron en la década de 1950, cuando se crearon una serie de cohetes científicos especializados. En la Unión Soviética, estos eran misiles meteorológicos MR-1, M-100, MR-12, MMR-06 y tipo geofísico "Vertical". A Rusia moderna en septiembre se utilizaron los misiles M-100B. Fuera de Rusia, se utilizaron misiles Aerobi, Black Brant y Skylark.

astronáutica

El creador de la cosmonáutica como ciencia es Hermann Oberth, quien fue el primero en demostrar la capacidad física del cuerpo humano para soportar las sobrecargas que se producen durante el lanzamiento de un cohete, así como el estado de ingravidez.

10 de mayo de 1897 K. E. Tsiolkovsky en el manuscrito "Rocket" explora una serie de problemas de propulsión a chorro, donde determina la velocidad que desarrolla un avión bajo la influencia del empuje de un motor de cohete, sin cambios en la dirección, en ausencia de todo otras fuerzas; la dependencia final se denominó "fórmula Tsiolkovsky" (el artículo se publicó en la revista "Scientific Review" en 1903).

1903 K. E. Tsiolkovsky publicó el trabajo "Investigación de los espacios mundiales con dispositivos a reacción", el primero en el mundo dedicado a la justificación teórica de la posibilidad de vuelos interplanetarios utilizando un avión a reacción - "cohetes". En 1911-1912 se publicó la segunda parte de este trabajo, en 1914, una adición. K. E. Tsiolkovsky e, independientemente de él, F. A. Zander, llegaron a la conclusión de que los vuelos espaciales son posibles con fuentes de energía ya conocidas e indicaron esquemas prácticos para su implementación (la forma de un cohete, los principios de enfriamiento del motor, el uso de gases líquidos como un par de combustible y etc.).

La alta velocidad de escape de los productos de la combustión del combustible (a menudo superior a 10) hace posible el uso de cohetes en áreas donde se requieren velocidades súper altas, por ejemplo, para lanzar naves espaciales a la órbita de la Tierra (ver Primera velocidad espacial). La velocidad máxima que se puede alcanzar con un cohete se calcula utilizando la fórmula de Tsiolkovsky, que describe el incremento de velocidad como el producto de la velocidad de escape y el logaritmo natural de la relación entre las masas inicial y final del aparato.

El cohete es el único vehículo capaz de lanzar una nave espacial al espacio. Las formas alternativas de poner en órbita las naves espaciales, como el "ascensor espacial", las armas electromagnéticas y convencionales, aún se encuentran en la etapa de diseño.

En el espacio, la característica principal del cohete se manifiesta con mayor claridad: la ausencia de la necesidad de medioambiente o fuerzas externas para su movimiento. Esta característica, sin embargo, requiere que todos los componentes necesarios para generar energía reactiva estén a bordo del propio cohete. Entonces, para cohetes que usan componentes densos como oxígeno líquido y queroseno como combustible, la relación entre el peso del combustible y el peso de la estructura alcanza 20/1. Para cohetes propulsados ​​por oxígeno e hidrógeno, esta relación es menor, alrededor de 10/1. Las características de masa de un cohete dependen en gran medida del tipo de motor de cohete utilizado y de los límites de fiabilidad del diseño.

Al reducir el peso total de la estructura y el consumo de combustible, la aceleración de un cohete compuesto aumenta con el tiempo. Puede disminuir ligeramente solo en el momento de la baja de las etapas pasadas y el inicio de la operación de los motores de la siguiente etapa. Estos cohetes de etapas múltiples diseñados para lanzar naves espaciales se denominan vehículos de lanzamiento.

Los cohetes utilizados para las necesidades de la astronáutica se denominan vehículos de lanzamiento, ya que llevan una carga útil. Muy a menudo, los misiles balísticos de etapas múltiples se utilizan como vehículos de lanzamiento. El lanzamiento del vehículo de lanzamiento tiene lugar desde la Tierra o, en el caso de un vuelo largo, desde la órbita de un satélite terrestre artificial.

Fuerzas que actúan sobre un cohete en vuelo

La ciencia que estudia las fuerzas que actúan sobre los cohetes u otras naves espaciales se llama astrodinámica.

Las principales fuerzas que actúan sobre el cohete en vuelo:

1. empuje del motor
2. Atracción de un cuerpo celeste
3. Al moverse en la atmósfera, arrastre.
4. fuerza de elevación Por lo general, pequeño, pero significativo para aviones cohete.

ver también

notas

Literatura

• Cohete // astronáutica : Pequeña enciclopedia ; Editor en jefe V. P. Glushko. 2ª edición, adicional - Moscú: " Enciclopedia soviética”, - C. 372
• Boris Rauschenbach. Hermann Oberth 1894-1989. Über die Erde hinaus - eine Biographie: - Der. Böttiger Verlags - GmbH - ISBN 3-925725-27-7
• Harald Tresp, Karlheinz Rohrwild. - Am Anfang war die Idea… Hermann Oberth - Vater der Raumfahrt: Herman E. Sieger GmbH, Lorh/Württemberg. 1994
• Hermann Oberth. Mein Beitrag zur Weltraumfahrt: - Hermann - Oberth - Raumfahrt - Museo, Druck Center Meckencheim. Núremberg/Feucht. 1994. ISBN 3-925103-71-6
• Marsha Freeman. Hin zu neuen Welten. Die Geschichte der deutschen Raumfahrtpioniere: - Der. Böttiger Verlags GmbH, Wiesbaden. 1995. ISBN 3-925725-22-9
• Walter Dornberger, V2 - Der Schuß ins Weltall, Bechtle Verlag, Esslingen 1952.

Enlaces

• Znamensk.info - historia del primer alcance de misiles Kapustin Yar
• Gonchar A.S. Reloj estelar de tecnología de cohetes (Memorias). // Kharkov: Fact, 2008. - 400 p.: il. ISBN 978-966-637-633-9.

Deje que los vuelos espaciales hayan sido durante mucho tiempo algo común. Pero, ¿sabes todo sobre los vehículos de lanzamiento espacial? Echemos un vistazo a las partes y veamos en qué consisten y cómo funcionan.

motores de cohetes

Los motores son lo más importante. componente vehículo de lanzamiento. Crean la fuerza de empuje, debido a que el cohete se eleva hacia el espacio. Pero cuando se trata de motores de cohetes, no hay que recordar los que se encuentran bajo el capó de un coche o, por ejemplo, girar las palas del rotor de un helicóptero. Los motores de cohetes son completamente diferentes.

Los motores de cohetes se basan en la tercera ley de Newton. La formulación histórica de esta ley dice que para toda acción siempre hay una reacción igual y opuesta, es decir, una reacción. Por lo tanto, tales motores se llaman reactivos.

Un motor de cohete a reacción durante el funcionamiento emite una sustancia (la llamada cuerpo de trabajo) en una dirección mientras se mueve en la dirección opuesta. Para comprender cómo sucede esto, no es necesario volar un cohete usted mismo. El ejemplo más cercano, “terrenal”, es el retroceso que se obtiene al disparar un arma de fuego. El fluido de trabajo aquí es una bala y gases en polvo que escapan del cañón. Otro ejemplo es inflado y liberado. globo. Si no está atada, volará hasta que le salga el aire. El aire aquí es el fluido de trabajo. En pocas palabras, el fluido de trabajo en un motor de cohete son los productos de combustión del combustible para cohetes.

Motor cohete modelo RD-180

Combustible

El combustible para motores de cohetes suele ser de dos componentes e incluye combustible y un oxidante. El vehículo de lanzamiento Proton utiliza heptilo (dimetilhidrazina asimétrica) como combustible y tetróxido de nitrógeno como oxidante. Ambos componentes son extremadamente tóxicos, pero este es el "recuerdo" de la misión de combate original del misil. El misil balístico intercontinental UR-500, el progenitor del Proton, que tenía un propósito militar, tenía que estar en condiciones de combate durante mucho tiempo antes del lanzamiento. Y otros tipos de combustible no permitían el almacenamiento a largo plazo. Los cohetes Soyuz-FG y Soyuz-2 utilizan queroseno y oxígeno líquido como combustible. Los mismos componentes de combustible se utilizan en la familia de vehículos de lanzamiento Angara, Falcon 9 y el prometedor Falcon Heavy de Elon Musk. El vapor de combustible del vehículo de lanzamiento japonés "H-IIB" ("H-to-bi") es hidrógeno líquido (combustible) y oxígeno líquido (oxidante). Como en el cohete de la empresa aeroespacial privada Blue Origin, utilizado para lanzar la nave espacial suborbital New Shepard. Pero todos estos son motores de cohetes líquidos.

Los motores de cohetes de propulsante sólido también se utilizan, pero, por regla general, en etapas de propulsor sólido de cohetes multietapa, como el propulsor del vehículo de lanzamiento Ariane-5, la segunda etapa del vehículo de lanzamiento Antares y los propulsores laterales del MTKK. Transbordador espacial.

pasos

La carga útil lanzada al espacio es solo una pequeña fracción de la masa del cohete. Los vehículos de lanzamiento principalmente se "transportan" a sí mismos, es decir, su propio diseño: tanques de combustible y motores, así como el combustible necesario para su funcionamiento. Los tanques de combustible y los motores de cohetes se encuentran en diferentes etapas de un cohete, y una vez que se quedan sin combustible, se vuelven redundantes. Para no llevar una carga extra, se separan. Además de las etapas completas, también se utilizan tanques de combustible externos que no están equipados con sus propios motores. Durante el vuelo, también se reinician.

La primera etapa del vehículo de lanzamiento Proton-M

Hay dos esquemas clásicos para construir cohetes de etapas múltiples: con separación transversal y longitudinal de etapas. En el primer caso, los escalones se colocan uno encima del otro y se encienden solo después de la separación del escalón inferior anterior. En el segundo caso, varias etapas de cohetes idénticas se ubican alrededor del cuerpo de la segunda etapa, que se encienden y se dejan caer simultáneamente. En este caso, el motor de segunda etapa también puede funcionar en el arranque. Pero el esquema combinado longitudinal-transversal también se usa ampliamente.

Opciones de diseño de misiles

Lanzado en febrero de este año desde el cosmódromo de Plesetsk, el cohete portador de clase ligera Rokot es una separación transversal de tres etapas. Pero el vehículo de lanzamiento Soyuz-2, lanzado desde el nuevo cosmódromo de Vostochny en abril de este año, es una separación longitudinal-transversal de tres etapas.

Un esquema interesante de un cohete de dos etapas con separación longitudinal es el sistema Space Shuttle. Aquí es donde radica la diferencia entre los transbordadores estadounidenses y Buran. La primera etapa del sistema del transbordador espacial son los propulsores laterales de propulsor sólido, la segunda es el transbordador en sí (orbitador) con un tanque de combustible externo desmontable, que se parece a un cohete en forma. Durante el lanzamiento, se ponen en marcha los motores tanto del transbordador como de los propulsores. En el sistema Energia-Buran, el vehículo de lanzamiento superpesado de dos etapas Energia era un elemento independiente y, además de lanzar el Buran MTKK al espacio, también podía utilizarse para otros fines, por ejemplo, para proporcionar expediciones automáticas y tripuladas. a la Luna y Marte.

Bloque superior

Puede parecer que tan pronto como el cohete salió al espacio, se logró el objetivo. Pero no siempre es así. La órbita objetivo de una nave espacial o carga útil puede ser mucho más alta que la línea desde la que comienza el espacio. Así, por ejemplo, la órbita geoestacionaria, que alberga satélites de telecomunicaciones, se encuentra a una altura de 35.786 km sobre el nivel del mar. Para eso está la etapa superior que, de hecho, es otra etapa del cohete. El espacio comienza ya a una altitud de 100 km, la ingravidez comienza allí, lo cual es un problema grave para los motores de cohetes convencionales.

Uno de los principales "caballos de batalla" de la cosmonáutica rusa, el vehículo de lanzamiento Proton, junto con la etapa superior Breeze-M, asegura el lanzamiento de cargas útiles que pesen hasta 3,3 toneladas en órbita geoestacionaria. órbita de referencia (200 km ). Aunque la etapa superior se denomina una de las etapas del barco, se diferencia de la etapa habitual por los motores.

Vehículo de lanzamiento "Proton-M" con etapa superior "Breeze-M" en montaje

Para mover una nave espacial o una nave espacial a una órbita objetivo o dirigirla a una trayectoria de salida o interplanetaria, la etapa superior debe poder realizar una o más maniobras, durante las cuales cambia la velocidad de vuelo. Y para esto necesitas encender el motor cada vez. Además, en los períodos entre maniobras, el motor está en estado apagado. Por lo tanto, el motor de la etapa superior puede encenderse y apagarse repetidamente, a diferencia de los motores de otras etapas del cohete. Las excepciones son el Falcon 9 reutilizable y New Shepard, cuyos motores de primera etapa se utilizan para frenar durante el aterrizaje en la Tierra.

Carga útil

Los cohetes existen para lanzar algo al espacio. En particular, naves espaciales y naves espaciales. En la cosmonáutica doméstica, estos son los buques de carga de transporte Progress y las naves espaciales tripuladas Soyuz enviadas a la ISS. Desde naves espaciales este año en vehículos de lanzamiento rusos, la nave espacial estadounidense Intelsat DLA2 y la nave espacial francesa Eutelsat 9B, la nave espacial de navegación doméstica Glonass-M No. 53 y, por supuesto, la nave espacial ExoMars-2016, diseñada para buscar metano en la atmósfera. de Marte

Los misiles tienen diferentes capacidades de carga útil. La masa de la carga útil del vehículo de lanzamiento de clase ligera Rokot, diseñado para lanzar naves espaciales en órbitas terrestres bajas (200 km), es de 1,95 toneladas. El vehículo de lanzamiento Proton-M pertenece a la clase pesada. Ya pone 22,4 toneladas en órbita baja, 6,15 toneladas en órbita geotransicional y 3,3 toneladas en órbita geoestacionaria. Dependiendo de la modificación y el cosmódromo, Soyuz-2 es capaz de poner de 7,5 a 8,7 toneladas, en órbita de geotransferencia - de 2,8 a 3 toneladas y geoestacionario: de 1,3 a 1,5 toneladas El cohete está diseñado para lanzamientos desde todos los sitios de Roscosmos: Vostochny, Plesetsk, Baikonur y un proyecto conjunto ruso-europeo. Utilizado para lanzar naves espaciales de transporte y tripuladas a la ISS, el vehículo de lanzamiento Soyuz-FG tiene una masa de carga útil de 7,2 toneladas (con la nave espacial tripulada Soyuz) a 7,4 toneladas (con la nave espacial de carga Progress). Actualmente, este es el único cohete utilizado para llevar cosmonautas y astronautas a la ISS.

La carga útil generalmente se encuentra en la parte superior del cohete. Para superar la resistencia aerodinámica, astronave o se coloca la nave dentro del carenado del cohete, el cual, tras atravesar las densas capas de la atmósfera, se deja caer.

Las palabras de Yuri Gagarin que pasaron a la historia: “Veo la Tierra… ¡qué belleza!” les dijeron precisamente después de la descarga del carenado del vehículo de lanzamiento Vostok.

Instalación del carenado de cabeza del vehículo de lanzamiento Proton-M, la carga útil de las naves espaciales Express-AT1 y Express-AT2

Sistema de rescate de emergencia

Un cohete que pone en órbita una nave espacial tripulada casi siempre puede distinguirse por su apariencia de uno que lanza una nave de carga o una nave espacial. Para que en caso de una situación de emergencia en el vehículo de lanzamiento, la tripulación de la nave espacial tripulada permanezca con vida, se utiliza un sistema de rescate de emergencia (SAS). De hecho, este es otro cohete (aunque pequeño) en la cabeza del vehículo de lanzamiento. De lado, el SAS parece una torreta de forma inusual en la parte superior del cohete. Su tarea es sacar una nave espacial tripulada en caso de emergencia y alejarla del lugar del accidente.

En caso de explosión del cohete en el lanzamiento o al comienzo del vuelo, los motores principales del sistema de rescate arrancan la parte del cohete en la que se encuentra la nave espacial tripulada y la retiran del lugar del accidente. Después de eso, se realiza un descenso en paracaídas. En el caso de que el vuelo se desarrolle con normalidad, tras alcanzar una altitud segura, el sistema de rescate de emergencia se separa del vehículo de lanzamiento. En altitudes elevadas, el papel del SAS no es tan importante. Aquí la tripulación ya puede escapar gracias a la separación del módulo de descenso de la nave espacial del cohete.

Vehículo de lanzamiento Soyuz con SAS en la parte superior del cohete

Teniendo en cuenta la experiencia de uso en combate. misiles de crucero abarcando seis décadas y media, pueden verse como una tecnología madura y bien establecida. Durante su existencia, ha habido un desarrollo significativo en las tecnologías utilizadas en la creación de misiles de crucero, que abarcan el fuselaje, los motores, los medios para superar la defensa aérea y los sistemas de navegación.

Gracias a la tecnología de creación, los fuselajes de cohetes se volvieron cada vez más compactos. Ahora se pueden colocar en los compartimentos internos y en la suspensión externa de aviones, lanzadores de barcos tipo tubo o tubos de torpedos de submarinos. Los motores han cambiado de simples chorros de pulso a través de turborreactores y motores de cohetes de combustible líquido o motores estatorreactores (motores estatorreactores) a la combinación actual de motores turborreactores para misiles de crucero tácticos subsónicos, turboventiladores para misiles de crucero estratégicos subsónicos y motores estatorreactores o motores turborreactores híbridos/estructuras de misiles para misiles de crucero tácticos supersónicos.

Las ayudas a la penetración de la defensa aérea surgieron en la década de 1960 cuando los sistemas de defensa aérea se volvieron más efectivos. Estos incluyen el seguimiento del terreno a baja altitud o el vuelo de un misil a una altitud extremadamente baja sobre la superficie del mar para ocultarse del radar, y cada vez más formas que mejoran el sigilo y materiales absorbentes de radar diseñados para reducir la visibilidad del radar. Algunos misiles de crucero soviéticos también estaban equipados con bloqueadores defensivos diseñados para frustrar las interceptaciones de misiles antiaéreos.

Finalmente, durante este período, el sistema de navegación de misiles de crucero se ha desarrollado y diversificado significativamente.

Problemas de navegación de misiles de crucero
La idea básica de todos los misiles de crucero es que pueden lanzarse contra un objetivo fuera del alcance de los sistemas de defensa aérea enemigos para no someter la plataforma de lanzamiento a un ataque de represalia. Esto plantea serios desafíos de diseño, el primero de los cuales es lograr que el misil de crucero se mueva de manera confiable hasta mil kilómetros cerca del objetivo previsto, y una vez que esté cerca del objetivo, proporcionar a la ojiva una orientación precisa. para producir el efecto militar planeado.

El primer misil de crucero de combate FZG-76/V-1

El primer misil de crucero de combate fue el alemán FZG-76/V-1, del cual se utilizaron más de 8000, y principalmente contra objetivos en el Reino Unido. A juzgar por los estándares modernos, su sistema de navegación era bastante primitivo: un piloto automático basado en un giroscopio mantenía el rumbo y un anemómetro marcaba la distancia al objetivo. El misil se colocó en el curso previsto antes del lanzamiento y se fijó la distancia estimada al objetivo, y tan pronto como el odómetro indicó que el misil estaba sobre el objetivo, el piloto automático lo llevó a una picada pronunciada. El misil tenía una precisión de alrededor de una milla, que fue suficiente para bombardear grandes objetivos urbanos como Londres. El objetivo principal del bombardeo era aterrorizar a la población civil y desviar a las fuerzas militares británicas de las operaciones ofensivas y enviarlas a realizar tareas de defensa aérea.

El primer misil de crucero estadounidense JB-2 es una copia del V-1 alemán

En el período inmediatamente posterior a la guerra, EE. UU. y la URSS recrearon el V-1 y comenzaron a desarrollar sus propios programas de misiles de crucero. Teatro y táctica de primera generación. armas nucleares estimuló la creación de la serie Regulus de la Marina de los EE. UU., la serie Mace/Matador de la Fuerza Aérea de los EE. UU. y las series soviéticas de misiles de crucero Kometa KS-1 y Kometa-20 y el mayor desarrollo de la tecnología de navegación. Todos estos misiles utilizan inicialmente pilotos automáticos basados ​​en giroscopios precisos, pero también la capacidad de ajustar la trayectoria del misil a través de enlaces de radio para que la ojiva nuclear pueda lanzarse con la mayor precisión posible. Una falla de cientos de metros puede ser suficiente para reducir la sobrepresión generada por una ojiva nuclear por debajo del umbral letal de objetivos endurecidos. En la década de 1950, entraron en servicio los primeros misiles de crucero tácticos convencionales de la posguerra, principalmente como arma antibuque. Mientras que en el tramo de marcha de la trayectoria, el guiado continuaba sobre la base de un giroscopio, y en ocasiones corregido por radio, la precisión del guiado en el tramo final de la trayectoria la proporcionaba un buscador de radar de corto alcance, semiactivo en el versiones más antiguas, pero pronto reemplazadas por radares activos. Los misiles de esta generación suelen volar a altitudes medias o altas y se sumergen mientras atacan al objetivo.

Misil de crucero intercontinental Northrop SM-62 Snark

El siguiente hito importante en la tecnología de navegación con misiles de crucero siguió con la adopción de los misiles de crucero intercontinentales basados ​​en tierra Northrop SM-62 Snark, diseñados para volar de forma autónoma sobre las regiones polares para atacar objetivos en el territorio con grandes ojivas nucleares. Unión Soviética. Las distancias intercontinentales presentaron un nuevo desafío para los diseñadores: crear un misil capaz de alcanzar objetivos a una distancia diez veces mayor que más primeras versiones misiles de crucero. El Snark estaba equipado con un sistema de navegación inercial adecuado que utilizaba una plataforma giroestabilizada y acelerómetros precisos para medir el movimiento del misil en el espacio, así como una computadora analógica utilizada para acumular mediciones y determinar la posición del misil en el espacio. Sin embargo, pronto surgió un problema, la deriva en el sistema inercial era demasiado grande para el uso operativo del misil y los errores en el sistema de posicionamiento inercial resultaron ser acumulativos; por lo tanto, el error de posicionamiento se acumuló con cada hora de vuelo.

La solución a este problema fue otro dispositivo diseñado para realizar mediciones precisas de la posición geográfica del cohete en su trayectoria de vuelo y es capaz de corregir o "atentar" los errores generados en el sistema inercial. Esta idea fundamental sigue siendo fundamental para el diseño de las armas guiadas modernas en la actualidad. Así, los errores acumulados del sistema inercial se reducen periódicamente al error del dispositivo de medición de posición.

Misil de crucero Martin Matador

Para solucionar este problema se utilizó un sistema de astronavegación u orientación por estrellas, un dispositivo óptico automatizado que realiza mediciones angulares de la posición conocida de las estrellas y las utiliza para calcular la posición del cohete en el espacio. El sistema de navegación celeste resultó ser muy preciso, pero también bastante caro de fabricar y difícil de mantener. También se requería que los cohetes equipados con este sistema volaran a gran altura para evitar la influencia de las nubes en la línea de visión de las estrellas.

Menos conocido es que el éxito de los sistemas de navegación celeste ha estimulado universalmente el desarrollo actual de sistemas de navegación por satélite como GPS y GLONASS. La navegación por satélite se basa en un concepto similar a la navegación celeste, pero en lugar de estrellas, se utilizan satélites terrestres artificiales en órbitas polares, y señales de microondas artificiales en lugar de luz natural, y se utilizan medidas de pseudodistancia en lugar de medidas angulares. Como resultado, este sistema redujo significativamente los costos y permitió el posicionamiento en todas las altitudes en todas las condiciones climáticas. Aunque las tecnologías de navegación por satélite se inventaron a principios de la década de 1960, solo comenzaron a funcionar en la década de 1980.

La década de 1960 vio mejoras significativas en la precisión de los sistemas inerciales, así como un aumento en el costo de dicho equipo. Como resultado, esto ha llevado a demandas contradictorias en cuanto a precisión y costo. Como resultado, ha surgido una nueva tecnología en el campo de la navegación con misiles de crucero basada en un sistema de posicionamiento de misiles mediante la comparación de la imagen de radar del terreno con un programa de mapeo de referencia. Esta tecnología entró en servicio con misiles de crucero estadounidenses en la década de 1970 y misiles soviéticos en la década de 1980. Se utilizó la tecnología TERCOM (Cruise Missile Guidance Unit Terrain Digital Correlation System), al igual que el sistema de navegación celeste, para poner a cero los errores acumulativos del sistema de inercia.

misil de crucero cometa

La tecnología TERCOM es relativamente simple en concepto, aunque compleja en detalles. Un misil de crucero mide continuamente la altura del terreno debajo de su trayectoria de vuelo utilizando un altímetro de radar y compara estas medidas con las lecturas de un altímetro barométrico. El sistema de navegación TERCOM también almacena mapas digitales de elevación del área sobre la que se va a volar. Luego usando programa de computadora el perfil del terreno sobre el que vuela el cohete se compara con el mapa de elevación digital almacenado para determinar la mejor coincidencia. Una vez que el perfil coincide con la base de datos, se puede determinar con gran precisión la posición del cohete en el mapa digital, que se utiliza para corregir los errores acumulativos del sistema de inercia.

TERCOM tenía una gran ventaja sobre los sistemas de navegación celeste: permitía que los misiles de crucero volaran a la altitud extremadamente baja necesaria para superar las defensas aéreas enemigas, resultó ser relativamente barato de fabricar y muy preciso (hasta diez metros). Esto es más que suficiente para una ojiva nuclear de 220 kilotones y suficiente para una ojiva convencional de 500 kg contra una variedad de tipos de objetivos. Sin embargo, TERCOM no estuvo exento de fallas. El misil, que tenía que volar sobre un terreno montañoso único fácilmente en comparación con el perfil de altitud de los mapas digitales, tenía una precisión excelente. Sin embargo, TERCOM ha demostrado ser ineficaz sobre el agua, sobre terrenos que cambian estacionalmente, como dunas de arena, y terrenos con reflectividad de radar estacional variable, como la tundra siberiana y la taiga, donde las nevadas pueden cambiar la elevación del terreno u ocultar las características. La capacidad de memoria limitada de los misiles a menudo dificultaba almacenar suficientes datos de mapas.

Misil de crucero Boeing AGM-86 CALCM

Al ser suficiente para los lanzadores de misiles Tomahawk RGM-109A Navy y AGM-86 ALCM Air Force con armas nucleares, TERCOM claramente no fue suficiente para destruir edificios o estructuras individuales con una ojiva convencional. En este sentido, la Marina de los EE. UU. equipó los misiles de crucero TERCOM Tomahawk RGM-109C/D con un sistema adicional basado en la denominada tecnología de correlación de visualización de objetos con su imagen digital de referencia. Esta tecnología se utilizó en la década de 1980 en misiles balísticos Pershing II, bombas de precisión KAB-500/1500Kr soviéticas y DAMASK/JDAM estadounidenses, así como en los últimos sistemas de misiles antibuque guiados chinos diseñados para combatir portaaviones.

La correlación de imágenes de objetos utiliza una cámara para capturar el terreno frente al misil y luego compara la información de la cámara con una imagen digital obtenida de satélites o reconocimiento aéreo y almacenada en la memoria del misil. Al medir el ángulo de rotación y el desplazamiento necesarios para hacer coincidir exactamente las dos imágenes, el instrumento puede determinar con mucha precisión el error en la posición del misil y usarlo para corregir errores en los sistemas de navegación inercial y TERCOM. La unidad de correlación digital del sistema de guiado de misiles de crucero DSMAC utilizado en varias unidades Tomahawk KR era precisa, pero tenía efectos secundarios operativos similares a TERCOM, que tenía que programarse para volar el misil sobre un terreno fácilmente reconocible, especialmente en las inmediaciones de el objetivo. En 1991, durante la Operación Tormenta del Desierto, esto llevó a que varios cruces de carreteras en Bagdad se usaran como anclas, lo que a su vez permitió a las fuerzas de defensa aérea de Saddam colocar allí baterías antiaéreas y derribar varios Tomahawks. Al igual que TERCOM, la unidad de correlación digital del sistema de guía de misiles de crucero es sensible a los cambios estacionales en el contraste del terreno. Los tomahawks equipados con DSMAC también llevaban flashes para iluminar el área por la noche.

En la década de 1980, los primeros receptores GPS se integraron en los misiles de crucero estadounidenses. La tecnología GPS era atractiva porque permitía que el cohete corrigiera constantemente sus errores de inercia independientemente del terreno y las condiciones climáticas, y también funcionaba igual de bien sobre el agua que sobre la tierra.

Estas ventajas se han visto contrarrestadas por el problema de la débil inmunidad GPS, ya que la señal GPS es inherentemente muy débil, susceptible a los efectos "fantasmas" (donde la señal GPS se refleja en el terreno o los edificios) y la variación en la precisión dependiendo de la cantidad de señales recibidas. satélites y cómo se distribuyen por el cielo. Todos los misiles de crucero de EE. UU. en la actualidad están equipados con receptores GPS y un paquete de sistema de guía inercial, y la tecnología del sistema de guía inercial mecánica fue reemplazada a fines de la década de 1980 y principios de la de 1990 por un sistema de navegación inercial de giroscopio láser de anillo más económico y más preciso.

Misil de crucero AGM-158 JASSM

Los problemas asociados con la precisión básica del GPS se están resolviendo gradualmente con la introducción de métodos GPS de amplio rango (GPS diferencial de área amplia), en los que las señales de corrección válidas para una ubicación geográfica determinada se transmiten al receptor GPS por radio (en el caso de misiles estadounidenses, se utiliza WAGE - Ampliación de GPS de área amplia). Las principales fuentes de señal de este sistema son las radiobalizas de navegación y los satélites en órbita geoestacionaria. La tecnología más precisa de su tipo, desarrollada en los EE. UU. en la década de 1990, es capaz de corregir errores de GPS de hasta unas pocas pulgadas en tres dimensiones y es lo suficientemente precisa como para disparar un misil en la escotilla abierta de un vehículo blindado.

Los problemas con la inmunidad al ruido y la "imagen repetida" fueron los más difíciles de resolver. Han llevado a la introducción de la llamada tecnología de antena "inteligente", típicamente basada en la "formación de haz digital" en el software. La idea detrás de esta tecnología es simple, pero generalmente compleja en los detalles. Una antena GPS convencional recibe señales de todo el hemisferio superior por encima del misil, lo que incluye satélites GPS e interferencias enemigas. La llamada Antena de Patrón de Recepción Controlada (CRPA) utiliza software para sintetizar haces estrechos dirigidos hacia la ubicación prevista de los satélites GPS, lo que hace que la antena quede "ciega" en todas las demás direcciones. Los diseños más avanzados de este tipo de antena producen los llamados "nulos" en el patrón de radiación de la antena dirigido a las fuentes de interferencia para suprimir aún más su influencia.

Misil de cruceroTomahawk

Gran parte de los problemas publicitados al principio de la producción de los misiles de crucero AGM-158 JASSM fueron el resultado de problemas con software receptor GPS, lo que provocó que el misil perdiera los satélites GPS y perdiera su trayectoria.

Los receptores GPS avanzados proporcionan nivel alto precisión e inmunidad robusta a fuentes terrestres de interferencia GPS. Son menos efectivos contra sofisticados bloqueadores de GPS desplegados en satélites, drones o globos.

La última generación de misiles de crucero estadounidenses utiliza un sistema de guía inercial GPS, complementado con una cámara termográfica digital montada en la punta del misil, con el objetivo de proporcionar capacidades similares a las del DSMAC contra objetivos estacionarios con el software adecuado y la capacidad de reconocimiento automático de patrones. y contra objetivos en movimiento como sistemas de misiles antiaéreos o lanzamisiles. Los enlaces de datos generalmente se derivan de la tecnología JTIDS/Link-16, que se está introduciendo para brindar la capacidad de cambiar el objetivo de un arma en caso de que un objetivo en movimiento cambie de ubicación mientras el misil está en movimiento. El uso de esta función depende principalmente de los usuarios con la inteligencia y la capacidad para detectar tales movimientos de objetivos.

Las tendencias a largo plazo en el desarrollo de la navegación con misiles de crucero conducirán a su mayor inteligencia, mayor autonomía, mayor diversidad de sensores, mayor confiabilidad y menor costo.

Los motores de cohetes en llamas impulsan las naves espaciales en órbita alrededor de la Tierra. Otros cohetes sacan naves del sistema solar.

En cualquier caso, cuando pensamos en cohetes, imaginamos vuelos espaciales. Pero los cohetes también pueden volar en tu habitación, por ejemplo, durante tu fiesta de cumpleaños.

cohetes en casa

Un globo ordinario también puede ser un cohete. ¿Cómo? Infle el globo y pellizque su cuello para evitar que se escape el aire. Ahora suelte la pelota. Comenzará a volar por la habitación de forma totalmente impredecible e incontrolable, empujado por la fuerza del aire que se le escapa.

Aquí hay otro cohete simple. Pongamos un cañón en un vagón de ferrocarril. Vamos a enviarlo de vuelta. Supongamos que la fricción entre los rieles y las ruedas es muy pequeña y el frenado será mínimo. Disparemos un cañón. En el momento del disparo, el carro avanzará. Si comienza a disparar con frecuencia, el carro no se detendrá, pero con cada disparo aumentará la velocidad. Volando desde el cañón del cañón hacia atrás, los proyectiles empujan el carro hacia adelante.

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La fuerza que se crea en este caso se llama retroceso. Es esta fuerza la que hace que cualquier cohete se mueva, tanto en condiciones terrestres como en el espacio. Cualesquiera que sean las sustancias u objetos que salen volando de un objeto en movimiento, empujándolo hacia adelante, tendremos un ejemplo de un motor de cohete.

Un cohete es mucho más adecuado para volar en el vacío del espacio que en la atmósfera terrestre. Para lanzar un cohete al espacio, los ingenieros deben diseñar potentes motores de cohetes. Basan sus diseños en las leyes universales del universo, descubiertas por el gran científico inglés Isaac Newton, quien trabajó a finales del siglo XVII. Las leyes de Newton describen la fuerza de la gravedad y lo que les sucede a los cuerpos físicos cuando se mueven. La segunda y tercera leyes ayudan a comprender claramente qué es un cohete.

Movimiento de cohetes y leyes de Newton

La segunda ley de Newton relaciona la fuerza de un objeto en movimiento con su masa y aceleración (cambio de velocidad por unidad de tiempo). Así, para crear un cohete potente, es necesario que su motor expulse grandes masas de combustible quemado a gran velocidad. La tercera ley de Newton establece que la fuerza de acción es igual a la fuerza de reacción y está dirigida en dirección opuesta. En el caso de un cohete, la fuerza de acción son los gases calientes que escapan de la tobera del cohete, la fuerza de reacción empuja el cohete hacia adelante.