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로켓은 어떻게 날아갈까요? 우리를 우주로 데려간 과학적 발견: 로켓 비행용 로켓은 무엇으로 구성되나요?

값싼 우주 발사가 이루어지면 우리 세상이 어떻게 변할지 상상하기 어렵습니다. 다른 행성과 위성 기반의 기지, 우주 관광, 궤도 공장 등이 현실이 아니라 일반화될 것입니다. 요람 너머로 화물을 운송하는 비용을 줄이는 것이 이제 모든 우주 비행의 주요 목표입니다. 로켓이 아닌 방법을 사용하여 화물을 발사하는 가장 인기 있는 프로젝트에 대한 개요를 알려드립니다.

우주엘리베이터

이는 미디어에서 가장 인기 있고 널리 복제되는 방법임에 틀림없습니다. 우주 엘리베이터는 지구 표면에서 우주까지 144,000km까지 뻗어 있는 케이블입니다.
베이스케이블이 부착되어 하중이 들어올리기 시작하는 행성 표면의 장소입니다. 이동 가능(예: 원양 항해 선박에 배치)되거나 이동 불가능할 수 있습니다. 이동식 베이스의 장점은 매우 분명합니다. 케이블을 손상시킬 수 있는 허리케인과 폭풍을 피할 수 있습니다.

케이블튼튼한 재료로 만들어진 매우 얇은 실(물론 길이에 비해)이며 정지 궤도를 넘어 통과하여 이 위치에 유지됩니다. 원심력. 현재로서는 그러한 물질을 만드는 것이 불가능하지만, 이론에 따르면 탄소나노튜브가 그러한 물질이 될 수 있습니다. 아아, 산업 규모의 생산은 아직 멀었습니다. 공간 밧줄의 강도는 높이에 따라 65-120기가파스칼 정도여야 합니다(비교를 위해 강철의 강도는 1GPa를 초과하지 않습니다).

균형추케이블이 항상 장력 상태에 있도록 하는 역할을 합니다. 소행성이나 우주 기지(더 매력적인) 등 어떤 거대한 물체로도 사용될 수 있습니다. 균형추는 정지 궤도보다 훨씬 위에 위치하므로 케이블이 끊어지면 태양에 가까운 궤도로 날아갈 수 있습니다. 따라서 우주정거장 역할을 하려면 자체 추진 시스템을 갖추고 있어야 합니다.

화물은 특수 리프트(또는 둘 이상)에 의해 궤도로 들어 올려지며, 과학자들의 계산에 따르면 끝에서 끝까지의 여행은 약 7일이 소요됩니다. 물론 빠르지는 않지만 매우 저렴합니다. 결국 이것은 준비하는 데 수개월이 걸리는 로켓 발사보다 훨씬 빠릅니다. 물론 이 정도 규모의 프로젝트는 국제적이어야 합니다. 어떤 국가도 단독으로 처리할 수 없기 때문입니다. 그리고 이것은 차례로 많은 문제와 질문을 제기합니다. 첫째, 그러한 구조는 어떤 영역에 배치되어야 하는가? 실제로 거대한 크기로 인해 여러 주의 영공을 침해하는 것을 피하는 것은 불가능합니다. 둘째, 우주 엘리베이터테러 공격과 군사적 충돌로부터 보호되어야 합니다.

장점:

정지 궤도로의 화물 운송 비용이 상대적으로 저렴함
행성 간 우주선 발사 시 상당한 비용 절감
저렴한 우주 여행 구현 가능성
로켓과 달리 독성 물질이 대기 중으로 방출되지 않습니다.

단점:

구현 복잡성
높은 건설 비용
많은 법적, 법적 문제를 해결해야 할 필요성

그리고 케이블은 초강력 재질로 만들어져야 하는데 아쉽게도 현재는 구할 수 없습니다.

가장 적합하고 창조에 가장 가까운 소재는 탄소나노튜브이지만, 생산 진전에는 아직 아쉬운 점이 많다. 게다가 이게 가장 아니다. 빠른 방법궤도에 진입합니다.

우주로 보내는 풍선엘리베이터

캐나다 회사인 Thoth Technology는 덜 야심찬 길을 택하기로 결정했습니다. 2015년 7월 21일 미국에서 특허를 취득한 타워의 높이는 20km, 직경은 약 230m에 이른다.

타워에는 페이로드가 탑재된 위성을 발사할 수 있는 하나 이상의 데크가 장착됩니다. 20km는 36,000km만큼 인상적이지는 않지만 토트 타워는 현재 지구상에 있는 다른 인공 구조물보다 여전히 20배 더 높습니다. 또한 우주 발사 비용을 약 3분의 1 정도 줄일 수 있을 만큼 높아질 것입니다.

캐나다 엔지니어들은 내부 엘리베이터가 있는 강화된 팽창식 부분으로 타워를 만들 것을 제안합니다.

거대한 풍선 타워는 바람에 흔들리면 안 되지만 구조물 자체가 너무 높아서 가이 로프를 사용할 수 없습니다. 이러한 이유로 전문가들은 동적 안정성을 제공하고 구조물의 압축기 역할을 하는 플라이휠 시스템을 사용할 것을 제안합니다. 플라이휠은 압력과 회전을 조절하고 타워의 구부러짐을 보상하며 항상 고정된 상태를 유지합니다.

이 특허는 또한 엘리베이터가 케이블 위에서 움직이지 않을 것이라고 가정합니다(20km 길이의 케이블은 변형 없이는 자체 무게를 지탱할 수 없습니다). 하중은 주입된 압력으로 인해 공압 튜브를 통해 위쪽으로 전달되거나 기계식 스파이더와 유사한 장치를 사용하여 외부에서 전달됩니다.

토트 타워의 주요 목적은 타워 꼭대기에서 우주선을 발사하는 것입니다. 이는 발사대 역할을 하며 발사체의 1단을 대체하게 된다. 착륙과 급유에도 사용할 수 있습니다.

스카이훅(Skyhook)은 지구 저궤도에 있는 회전 위성으로, 반대 방향으로 갈라지는 두 개의 상당히 긴 케이블입니다. 위성은 각 회전마다 케이블이 대기의 상부 경계에 접촉하도록 궤도 평면에서 회전해야 합니다.

구조물의 회전 속도는 궤도 속도를 부분적으로 또는 완전히 보상합니다. 전반적으로 Skyhook은 궤도 속도로 지구 표면을 따라 굴러가는 측면에 두 개의 바퀴살이 있는 거대한 관람차와 비슷합니다. Skyhook 케이블은 극초음속 항공기나 성층권 풍선의 하중을 매달아 두는 데 사용할 수 있습니다. 동시에 전체 Skyhook 구조는 토크와 운동 에너지를 축적하는 거대한 플라이휠처럼 작동합니다.

루프 시작

발사 루프 또는 Lofstrom 루프는 화물을 지구 저궤도로 발사하도록 설계된 케이블 운송 시스템의 설계입니다. 이 프로젝트는 진공관 내부에서 엄청난 속도(12~14km/s)로 지속적으로 움직이는 케이블을 기반으로 합니다. 코드가 파이프 벽에 닿지 않도록 자기 서스펜션으로 코드를 서로 분리합니다.

공간 루프의 가속기 섹션(리턴 케이블은 표시되지 않음)

일반적으로 이 장치는 길이가 약 2000km에 달하는 거대한 구조물이며, 회전 케이블의 관성 모멘트로 인해 루프 자체가 최대 80km 높이까지 올라가서 거기에 고정되어야 합니다. 케이블을 회전시키면 전체 구조물의 무게가 케이블을 지지하는 한 쌍의 자기 베어링(양 끝에 하나씩)으로 전달됩니다. 이 시스템의 장점은 3g의 상대적으로 온화한 중력 수준을 제공하면서 우주 관광객 발사를 지원할 수 있다는 것입니다.

장점

발사 루프는 높은 발사율(날씨에 관계없이 시간당 여러 번 발사)을 제공할 것으로 예상되며 이 시스템은 사실상 오염을 일으키지 않습니다. 로켓이 발사되는 동안 질산염 형태의 오염물질이 생성됩니다. 높은 온도배기 가스 및 연료 유형에 따라 방출될 수 있습니다. 온실 가스. 일종의 발전소인 스타팅 루프는 환경 친화적이며 시스템에 거대한 에너지 저장 장치가 내장되어 있기 때문에 지열, 원자력, 태양열, 풍력 또는 기타 간헐적 유형의 에너지원에서도 작동할 수 있습니다. 장치.

며칠에 걸쳐 방사선 벨트를 통과해야 하는 우주 엘리베이터와 달리, 발사 루프에 있는 승객은 방사선 벨트 아래에 있는 저지구 궤도로 발사되거나 몇 시간 내에 이를 통과할 수 있습니다. 이 상황은 우주 엘리베이터가 제공할 수 있는 방사선량보다 200배 낮은 방사선량을 받은 아폴로 우주비행사가 직면한 상황과 유사합니다.

전체 길이에 걸쳐 우주 잔해 및 운석과 충돌할 위험이 있는 우주 엘리베이터와 달리 발사 루프는 공기 저항으로 인해 궤도가 불안정한 고도에 위치합니다. 우주 쓰레기는 오랫동안 그곳에 남아 있지 않으며, 설치물과 충돌할 가능성은 매우 적습니다. 우주 엘리베이터의 수명은 수년 정도이지만 발사 루프의 손상이나 파괴는 비교적 드뭅니다. 더욱이, 발사 루프 자체는 사고가 발생하더라도 우주 쓰레기의 중요한 원인이 아닙니다. 가능한 모든 조각은 대기와 교차하는 근지점을 가지거나 속도가 첫 번째 우주 속도보다 낮습니다.

발사 루프는 안전하고 대다수의 사람들이 다룰 수 있는 최대 가속도가 3g이기 때문에 사람 수송에 맞춰져 있습니다. 게다가 우주엘리베이터보다 훨씬 더 빠르게 우주공간에 도달할 수 있는 방법을 제공한다.

발사 루프는 조용히 작동하며 로켓과 달리 소음 영향을 미치지 않습니다.

마지막으로 페이로드를 궤도에 발사하는 데 드는 비용이 저렴하므로 우주 식민지화에도 적합합니다.

어려움

꼬이지 않은 루프는 운동량의 형태로 엄청난 양의 에너지를 저장합니다. 자기부상 시스템은 많은 중복성을 갖기 때문에 작은 영역에서의 오류는 시스템 기능에 영향을 미치지 않습니다. 그러나 구조가 심각하게 파괴되면 저장된 에너지 전체(1.5페타줄)가 방출됩니다. 이는 350킬로톤의 출력을 가진 원자폭탄이 폭발하는 것과 같습니다(방사선 방출은 없음). 이는 엄청난 양의 에너지이지만 크기가 매우 크기 때문에 구조물 전체가 파괴될 가능성은 거의 없으며, 오작동이 감지되면 대부분의 에너지가 특별히 설계된 위치로 전달되기 때문입니다. 예를 들어 낙하산을 제공하는 등 손상을 최소화하면서 80km 높이에서 케이블을 낮추는 조치를 취해야 할 수도 있습니다. 따라서 안전 및 천체 역학적 이유로 발사 루프는 인구 밀집 지역에서 떨어진 적도 근처 바다 위에 설치되어야 합니다.

게시된 트리거 루프 설계에는 다음이 필요합니다. 전자 제어전력 손실을 최소화하고 다른 이유로 인한 케이블 감쇠를 안정화하기 위한 자기 부상. 불안정성은 주로 케이블뿐만 아니라 회전 부분에서도 발생합니다.

로터를 자석에서 멀어지게 이동하면 자기 인력이 감소하고 자석 쪽으로 이동하면 인력이 증가하므로 회전 섹션은 잠재적으로 불안정합니다. 어쨌든 불안정성이 발생합니다. 이 문제는 자석의 힘을 제어하는 서보 제어 시스템을 사용하여 해결됩니다. 높은 회전자 속도에서 서보의 신뢰성이 연구 주제이지만 시스템 오류가 발생할 경우 회전자를 억제하기 위해 매우 많은 직렬 서보 섹션이 손실됩니다.

힘은 훨씬 낮지만 케이블 섹션도 이러한 잠재적인 운명을 공유합니다. 그러나 또 다른 잠재적인 불안정성은 케이블/외피/로터가 구불구불할 수 있고(Lariat 회로와 같이) 이 프로세스의 진폭이 제한 없이 증가할 수 있다는 것입니다(공명). 로프스트롬은 서보 메커니즘을 사용하여 이러한 불안정성을 실시간으로 제어할 수도 있다고 믿습니다. 그러나 아직 아무도 이를 수행하지 않았습니다.

시스템의 진공을 허용 가능한 수준으로 유지하려면 길이를 따라(즉, 고도 80km에서도) 균등하게 분포되어 누출을 보상하기 위해 지속적으로 펌핑 작업을 하는 많은 진공 펌프가 필요합니다.

바다 한가운데서 필요한 전력을 확보하는 것이 어렵다.

문제

준궤도 우주 비행은 고도 약 100km에서 시작되지만 이미 고도 30km에서는 공기 밀도 감소로 인해 날개의 공기역학적 이점이 무효화되고 고도를 더욱 높이려면 로켓 기술이 필요합니다.
확장성은 어렵습니다. 궤도에 최소 2톤을 발사하는 로켓의 무게는 100~200톤으로 기존 항공기의 리프팅 용량 한계에 가깝습니다. An-124는 120톤, An-225~247톤을 들어 올립니다.
탑재체 및 발사체의 구조적 강도 문제 - 위성은 축 방향 과부하만 견디도록 설계되는 경우가 많으며 수평 조립(위성이 "측면"에 있는 경우)도 허용되지 않습니다.
강력한 초음속 엔진 개발의 필요성. 효과적인 항공모함은 빠른 항공모함이므로 기존의 터보제트 엔진은 적합하지 않습니다.

현재의 기술 개발 수준에서 항공우주 시스템은 다음과 같이 될 수 있습니다. 효과적인 수단화물을 궤도로 운송하지만 화물이 작고(5톤 정도) 운반선이 극초음속인 경우에만 가능합니다.

StarTram, 궤도 대포(가우스 대포), 전자기 투석기 및 로켓 썰매.

이 모든 아이디어는 19 세기 공상 과학 작가들이 고려한 거대한 총에서 발사하여 물체를 발사하는 아이디어와 유사합니다. 시간이 지남에 따라 개념은 개선되었으며 오늘날 이론가들은 여전히 궤도로의 전달 방법으로 간주하고 있습니다. 이 비로켓 발사 방법의 핵심은 전자기 가속을 통해 장치를 "사격"하여 충분한 속도를 제공하고, 궤도에 도달할 때 최소한의 연료를 사용하여 최대 화물을 운반할 수 있다는 것입니다.

StarTram은 130km 길이의 터널을 통해 30g의 과부하로 무인 선박을 가속할 것을 제안합니다. 터널 끝에는 공기가 터널로 들어가는 것을 방지하는 플라즈마 창이 있습니다. 이상적으로 창은 6000km 높이의 산 정상에 위치해야 하며, 발사 각도는 10도, 속도는 8.78km/s입니다. 동쪽으로 "촬영"하면 대기 통과로 인한 손실을 보상하는 추가 속도의 형태로 지구의 회전으로 인한 보너스를 얻을 수도 있습니다.

디자인 자체는 총신 길이가 수 킬로미터에 달하거나 미사일 사일로의 원리에 따라 표면 깊숙이 위치할 수 있는 거대한 포병 무기와 유사합니다.

이론적으로 이러한 설계를 통해 발사체는 정지 궤도에 진입하는 데 필요한 첫 번째 우주 속도(약 8km/s)까지 가속될 수 있습니다. 그러나 이러한 가속으로 달성되는 과부하는 약 100g으로 엄청납니다. , 그리고 대기 하층의 공기 저항에는 "발사체" 포탄에 튼튼한 내열 재료가 필요하므로 이 발사 방법을 화물에만 사용하는 것이 합리적입니다.

우주포 자체는 지구 주위의 안정적인 궤도로 화물을 발사하는 데 적합하지 않습니다. 물리 법칙은 발사 후 비행 수정 없이 안정적인 궤도를 달성하는 것을 허용하지 않습니다. 발사 궤적은 포물선형, 쌍곡선형 또는 타원형(첫 번째 탈출 속도에 도달 시)일 수 있습니다.

후자는 발사 지점에서 지구 표면에서 끝납니다(행성의 회전과 대기 저항의 플러스 또는 마이너스). 즉, 발사가 첫 번째 탈출 속도에서 이루어진다면 조정 없이 탄도 궤도는 항상 첫 번째 궤도 내에서 행성으로 추락하게 됩니다. 두 번째 탈출 속도로 발사되면 발사체는 지구 궤도와 교차하는 태양 주위의 궤도로 들어갑니다. 그러나 이 궤도는 다른 행성의 교란으로 인해 변경될 수 있으며 더 이상 지구 궤도와 교차하지 않습니다. 따라서 우주포에서 발사하는 것은 수정을 위해 자체 엔진을 장착한 장치에만 가능하며, 대기권을 통과하려면 심각한 열 보호도 필요합니다.

그러나 예를 들어 대기가 없는 달에서는 대포 디자인이 최적일 수 있습니다.

레이저 추진 시스템

레이저 추진 시스템은 두 가지 방법으로 우주선에 운동량을 전달할 수 있습니다. 첫 번째 방법은 광자 압력을 사용하여 태양 및 레이저 돛과 유사한 운동량을 전송하는 것입니다. 두 번째 방법은 기존 로켓처럼 레이저를 사용하여 우주선의 작동 유체를 가열합니다.

예를 들어, 무게가 100kg인 위성을 발사하려면 최소 1MW 출력의 레이저가 필요합니다. 이제 가스 역학 레이저가 위의 목적에 가장 효과적으로 사용될 수 있다는 것이 확립되었습니다. 이 경우 레이저 기술이는 이미 50년에 걸쳐 상당히 잘 개발되어 유사한 작업을 수행할 수 있는 현대 로켓 제작 기술과 크게 교차합니다. 또한, 레이저는 엔진 작동 중에 생성된 플라즈마에 의해 들어오는 레이저 방사선을 차폐하는 과정을 제거하고 작동 효율을 높이기 위해 짧은 펄스의 높은 반복률을 갖는 펄스 주기 모드에서 작동해야 합니다. 국내외 전문가들에 따르면, 이러한 레이저 제트 엔진은 나노 마이크로 및 미니 위성을 위한 저렴한 단일 단계 발사체의 일부로 사용될 수 있습니다.

우주분수

이 개념은 Robert L. Forward, Marvin Minsky, John McCarthy, Hans Moravec, Roderick Hyde 및 Lowell Wood의 공동 노력으로 처음 소개되었습니다. 그녀에 대한 풍부한 정보는 Robert L. Forward의 저서 Indistinguishable From Magic에서 찾을 수 있습니다.

원래의 우주엘리베이터 디자인과 달리 분수대는 매우 높은 타워입니다. 높은 탑전통적인 재료로는 무게를 지탱할 수 없으므로 이 무게는 다음과 같이 지탱할 계획입니다. 타워 내부는 비어 있고 이 구멍 내부에는 특수한 입상 물질이 있습니다. 이 물질은 운동 에너지를 전달한 후 탑 바닥에서 빠르게 위로 이동하여 이 에너지를 상부로 전달한 후 중력의 영향으로 뒤로 떨어지면서 탑이 떨어지는 것을 방지합니다.

우주 분수는 전자기 가속 금속 입자의 연속적인 흐름을 사용하여 극한의 높이까지 하중을 전달합니다. 이는 일반 분수가 수직 물 흐름 위에 플라스틱 공을 고정하는 것과 동일한 기본 물리학을 사용합니다.

수백만 개의 작은 금속 알갱이가 지상 높은 "디플렉터(deflector)" 스테이션으로 방출될 것입니다. 이 스테이션은 자기장을 사용하여 알갱이를 잡아 전자기 가속기로 곡선 주위로 보내고 다시 땅으로 되돌려 보냅니다. 그러면 지상국은 자기 "스쿠프"를 사용하여 공을 잡고 강력한 전자기 가속기에 의해 공을 곡선으로 발사하여 한 번의 연속 주기로 공을 발사합니다. 연속적인 과립 흐름에 의해 국자와 곡선 가속기의 자기장에 가해지는 압력은 전체 구조를 공기 중에 유지합니다.

우주 분수를 이해하는 열쇠는 연속적인 과립 흐름을 사용하여 스테이션을 지속적으로 누르고 들어 올리는 것입니다. 분수에 대한 비유를 기억하십시오. 이것이 지속적인 물의 재순환에 의해 물줄기에 매달린 공을 잡을 수 있는 방법입니다. 분수로 다시 떨어지는 물은 물 흡입구로 빨려 들어가 다시 물줄기로 공급됩니다. 무한정. 우주 분수의 금속 "제트"도 마찬가지입니다.

또한, 펠릿과 스테이션이 물리적인 접촉을 하지 않는다는 점을 이해하는 것이 중요합니다. 스쿠프와 곡선형 가속기의 자기장은 일종의 완충 역할을 하여 4km/s의 속도로 스테이션을 향해 돌진하는 총알로 인한 손상을 방지합니다. 그러나 과립은 통과할 때 자기장에 압력을 가하고 이 힘은 차례로 스테이션으로 전달되어 스테이션을 높이 유지합니다.

이 기술을 사용하면 분수는 40톤 이상의 모든 장비를 갖춘 우주정거장을 어떤 높이, 심지어 우주 엘리베이터 높이(40,000km)까지 들어 올릴 수 있습니다. 그러나 고도가 높을수록 더 많은 에너지가 필요합니다(자세한 내용은 아래 참조). 약 2000km 높이의 우주 분수를 유지하려면 현대 도시의 소비량에 맞먹는 지속적인 에너지가 필요합니다.

그러나 분수의 장점 중 하나는 일단 시스템이 시작되면 시스템을 유지하는 데 필요한 에너지가 시스템을 시작하는 데 필요한 에너지보다 훨씬 적다는 것입니다. 과립의 흐름이 이륙할 때 중력으로 인한 운동량 손실은 흐름이 지상 스테이션으로 떨어질 때 중력으로 인한 운동량 증가와 정확히 균형을 이루며 시스템의 전체 운동량은 절대 변하지 않습니다. 엔트로피는 시간이 지남에 따라 일부 에너지가 결국 손실된다는 것을 의미하지만 이는 시스템을 처음 시작하는 데 필요한 에너지의 작은 부분을 제공하는 보조 발전소를 통해 쉽게 보상될 수 있습니다. 따라서 전원 공급이 중단되더라도 분수는 일정 시간 동안 정상적으로 작동합니다. 고도가 1000km 이상인 오버헤드 스테이션의 경우 이 작업은 최대 몇 시간이 걸릴 수 있습니다.

우주분수의 또 다른 장점은 시스템을 처음부터 다시 구축할 수 있다는 점이다. 지상 스테이션과 부스터가 있는 스테이션 디플렉터는 완전히 지상에 건설될 수 있으며 스테이션은 부스터가 정렬된 지상 스테이션 위에 위치하게 됩니다. 그런 다음 과립 흐름의 힘은 천천히 그러나 궁극적으로 스테이션을 처음에는 몇 센티미터, 그 다음에는 수백 미터, 계속해서 킬로미터씩 올릴 것입니다. 이 프로세스는 몇 센티미터에서 수천 미터까지 어떤 고도에서도 무기한 중단될 수 있어 교정이 수행될 수 있습니다. 유지, 신축 등

분수를 지지하는 전원은 길이를 따라 엘리베이터나 벽과 같은 측면 구조물을 지지하는 데에도 사용될 수 있습니다. 전자기 가속기/지연 장치는 과립의 "흐름"을 따라 수직으로 구축될 수 있으므로 분수는 과립의 힘에 따라 천천히 쌓일 수 있습니다. 벽 부분(및 모든 내부 구조)은 벽을 통과하는 내부 흐름에 의해 공기 중에서 스스로를 지탱할 수 있기 때문에 수백 또는 수천 킬로미터 높이의 일반 건물처럼 과부하가 발생하지 않습니다.

따라서 우주 분수를 사용하여 정말 거대한 건물과 타워를 만들 수 있습니다. 그리고 우주 엘리베이터와 달리 우주 분수는 건설하는 데 극도로 비싸거나 현재 존재하지 않는 재료가 필요하지 않습니다. 현대 합금 및 복합 재료는 건설에 매우 적합합니다.

그러한 초고층 구조물의 가장 확실한 용도는 물론 미사일이 없는 구조물일 것입니다. 우주 발사. 전자기 가속기는 외벽에 설치되어 하중을 궤도로 "발사"할 수 있습니다. 약 40km 높이의 분수대는 3g 미만의 가속도로 승객을 궤도로 발사하기에 충분하며, 높이가 100km 이상인 분수대는 1g도 초과하지 않고 단순히 화물을 궤도에 직접 던질 수 있습니다.

분수탑은 거대한 규모의 생태학, 연구시설, 산업센터 등으로도 활용될 수 있습니다. 높이 100km, 폭 100m의 이 분수의 부피는 약 7.85입방킬로미터에 이른다. 디자이너와 건축가는 이 공간을 원하는 모든 용도로 사용할 수 있습니다. 그러나 더 넓고 더 넓은 타워도 가능합니다.

우주 엘리베이터에 비해 장점

우주 분수는 현재 이용 가능한 기술을 사용하여 건설할 수 있습니다. 우주 엘리베이터와 달리 나노튜브와 같은 이국적인 물질이 필요하지 않습니다.
우주 분수는 우주 엘리베이터의 경우처럼 GEO가 아니라 지구에서 건설될 수 있습니다.
우주분수는 적도뿐만 아니라 지구상 어느 지점에도 지을 수 있다.
우주 분수는 회전 속도가 매우 낮은 천체(예: 달, 금성) 위에 건설할 수 있습니다.
우주 분수는 우주 엘리베이터보다 크기가 작기 때문에 우주 잔해에 부딪힐 가능성이 적습니다.

우주엘리베이터에 비해 단점

주요 단점은 활성 구조이므로 지속적인 에너지가 필요하다는 것입니다.

따라서 오늘날 우리는 제시된 방법 중 어느 하나도 경제적 부실과 필요한 기술 및 재료 부족으로 인해 달성할 수 없음을 알 수 있습니다. 그러나 새로운 자원을 추출하고, 행성과 위성을 개발해야 할 필요성으로 인해 조만간 위에 제시된 방법을 SF 작가와 이론가의 발명품이 아니라 존재하는 로켓 발사에 대한 실제적이고 필요한 대안으로 고려하게 될 것입니다. 오늘.

작가 Aulus Gellius (lat. 아울루스 겔리우스) 최초의 제트 장치 중 하나는 2000년 전, 즉 기원전 400년에 사용되었습니다. 이자형. , 그의 도시의 놀란 주민들의 눈앞에서 나무 비둘기가 깃털이 달린 철사를 따라 움직이게 만든 그리스 피타고라스 철학자 Tarentum의 Archytas. Tarentum의 Archytas는 17세기에야 과학적으로 설명된 작용-반작용 원리를 사용했습니다.

그러나 대부분의 역사가들은 로켓의 기원을 중국 한 왕조(기원전 206년~서기 206년), 즉 화약의 발견과 불꽃 놀이 및 오락용으로 사용되기 시작한 것으로 추정합니다. 화약의 폭발로 발생하는 힘은 다양한 물체를 이동시키기에 충분했습니다. 나중에 이 원리는 최초의 대포와 소총을 만드는 데 사용되었습니다. 화약무기 포탄은 장거리 비행이 가능했지만, 자체 연료 비축량이 없었기 때문에 로켓이 아니었습니다. 그러나 실제 로켓 출현의 주요 전제 조건이 된 것은 화약의 발명이었습니다. 중국인이 사용하는 날아다니는 "불화살"에 대한 설명은 이 화살이 로켓임을 나타냅니다. 압축 된 종이로 만든 튜브가 부착되어 뒤쪽 끝만 열리고 가연성 성분으로 채워졌습니다. 이 충전물에 불이 붙은 다음 활을 사용하여 화살을 발사했습니다. 이러한 화살은 요새를 포위하는 동안 배와 기병대를 상대로 여러 경우에 사용되었습니다.

로켓은 16세기와 17세기부터 자포로제 코사크(Zaporizhye Cossacks)에 의해 사용된 것으로 알려져 있습니다. 17세기에 리투아니아의 군사 기술자 카지미르 세메노비치(Kazimir Semenovich)는 다단계 로켓을 기술했습니다.

16세기의 2단 로켓.

로켓포는 19세기 말까지 널리 사용되었습니다. 미사일은 더 가볍고 이동성이 뛰어났습니다. 포병 조각. 미사일 발사의 정확도와 정확도는 낮았지만 당시 포병 총과 비슷했습니다. 그러나 19세기 후반에는 소총 포병이 등장하여 사격의 정확성과 정확성이 향상되었으며 로켓포는 모든 곳에서 사용되지 않았습니다. 불꽃 놀이와 신호탄 만 살아 남았습니다.

19세기 말에는 제트 추진력을 수학적으로 설명하고 보다 효과적인 로켓 무기를 만들려는 시도가 있었습니다. 러시아에서는 니콜라이 티코미로프(Nikolai Tikhomirov)가 1894년에 이 문제를 처음으로 다루었습니다.

제트 추진 이론은 Konstantin Tsiolkovsky가 연구했습니다. 그는 우주 비행을 위해 로켓을 사용한다는 아이디어를 제시하고 로켓에 가장 효율적인 연료는 액체 산소와 수소의 조합이 될 것이라고 주장했습니다. 그는 1903년에 행성 간 통신을 위한 로켓을 설계했습니다.

1933년 8월 17일, 소련 최초의 대공 미사일로 간주될 수 있는 GIRD 9 미사일이 발사되었습니다. 그것은 1.5km의 높이에 도달했습니다. 그리고 1933년 11월 25일에 발사된 다음 로켓인 GIRD 10은 이미 고도 5km에 도달했습니다.

독일에서는 독일 행성 간 통신 협회(VfR)가 유사한 작업을 수행했습니다. 1931년 3월 14일, VfR 회원인 요하네스 윙클러(Johannes Winkler)는 유럽에서 최초로 액체 추진 로켓 발사에 성공했습니다.

1957년 소련에서는 세르게이 코롤료프(Sergei Korolev)의 지휘 하에 핵무기 운반 수단으로 세계 최초의 대륙간 탄도 미사일 R-7이 만들어졌으며, 같은 해 세계 최초의 인공 지구 위성을 발사하는 데 사용되었습니다. 이것이 우주 비행에 로켓 사용이 시작된 방법입니다.

로켓 엔진

대부분의 현대 로켓은 화학 로켓 엔진으로 구동됩니다. 이러한 엔진은 고체, 액체 또는 하이브리드 로켓 연료를 사용할 수 있습니다. 연료와 산화제 사이의 화학 반응은 연소실에서 시작되고, 그 결과 발생하는 뜨거운 가스는 빠져나오는 제트 기류를 형성하고 제트 노즐(또는 노즐)에서 가속되어 로켓에서 배출됩니다. 엔진에서 이러한 가스의 가속은 추력, 즉 로켓을 움직이게 하는 추진력을 생성합니다. 제트 추진의 원리는 뉴턴의 제3법칙으로 설명됩니다.

그러나 로켓을 추진하는 데 항상 사용되는 것은 아닙니다. 화학 반응. 증기 로켓에서는 노즐을 통해 흐르는 과열된 물이 추진력 역할을 하는 고속 증기 제트로 변환됩니다. 증기 로켓의 효율성은 상대적으로 낮지만 이는 단순성과 안전성, 물의 저렴함과 가용성으로 상쇄됩니다. 소형 증기 로켓의 작동은 UK-DMC 위성의 우주 공간에서 테스트되었습니다. 원자력이나 태양 에너지를 사용하여 물을 가열하면서 물품을 행성 간 운송하기 위해 증기 로켓을 사용하는 프로젝트가 있습니다.

작동 유체의 가열이 엔진 작업 영역 외부에서 발생하는 증기 로켓과 같은 로켓은 때때로 외연 기관이 있는 시스템으로 설명됩니다. 외부 연소 로켓 엔진의 다른 예로는 대부분의 핵 로켓 엔진 설계가 있습니다.

애플리케이션

전쟁

로켓은 목표물에 무기를 전달하는 방법으로 사용됩니다. 작은 크기와 고속미사일의 움직임은 낮은 취약성을 제공합니다. 전투미사일을 조종하는 데는 조종사가 필요하지 않기 때문에 핵무기를 포함해 엄청난 파괴력을 지닌 폭탄을 탑재할 수 있다. 현대식 유도 및 항법 시스템은 미사일의 정확성과 기동성을 향상시킵니다.

비행 범위는 물론 발사 지점과 목표물 타격 위치(“지상” - “공중”)가 다른 다양한 유형의 군용 미사일이 있습니다. 탄도 미사일 방어 시스템은 군용 미사일과 싸우는 데 사용됩니다.

플레어와 플레어도 있습니다.

과학적 연구

지구 대기를 연구하기 위해 발사된 비행기와 풍선의 고도 상한선은 30~40km입니다. 로켓에는 그러한 천장이 없으며 대기의 상층부, 주로 중간권과 전리층을 조사하는 데 사용됩니다.

로켓은 한 세트의 장비를 약 100km의 고도까지 들어 올릴 수 있는 경량 기상 로켓과 여러 세트의 장비를 운반할 수 있고 비행 고도가 사실상 무제한인 무거운 지구물리학 로켓으로 구분됩니다.

일반적으로 과학 로켓에는 대기압, 자기장, 우주 방사선 및 공기 구성을 측정하는 장비와 측정 결과를 무선으로 지상으로 전송하는 장비가 장착되어 있습니다. 상승 중에 얻은 데이터가 포함된 장비를 낙하산을 사용하여 지상으로 내리는 로켓 모델이 있습니다.

로켓 기상 연구가 위성 연구에 선행했기 때문에 최초의 기상 위성은 기상 로켓과 동일한 장비를 갖추고 있었습니다. 로켓은 대기 환경의 매개변수를 연구하기 위해 4월 11일에 처음으로 발사되었지만, 정기적인 로켓 발사는 일련의 특수 과학 로켓이 만들어진 1950년대에 시작되었습니다. 소련에서는 기상 미사일 MR-1, M-100, MR-12, MMR-06과 "수직" 유형의 지구물리학 미사일이 있었습니다. 안에 현대 러시아 9월에는 M-100B 미사일이 사용되었습니다. 러시아 이외의 지역에서는 Aerobi, Black Brant 및 Skylark 미사일이 사용되었습니다.

우주 비행술

Hermann Oberth는 로켓 발사 중에 발생하는 과부하와 무중력 상태를 견딜 수 있는 인체의 물리적 능력을 처음으로 입증한 과학으로서의 우주 비행의 창시자로 간주됩니다.

1897년 5월 10일 K. E. Tsiolkovsky는 "Rocket" 원고에서 제트 추진의 여러 가지 문제를 탐구합니다. 여기에서 그는 로켓 엔진의 추력의 영향으로 항공기가 방향이 변하지 않고 모든 것이 없는 상태에서 발전하는 속도를 결정합니다. 다른 세력; 최종 의존성은 "Tsiolkovsky 공식"이라고 불렸습니다(이 기사는 1903년 Scientific Review 저널에 게재되었습니다).

1903 K. E. Tsiolkovsky는 제트 항공기를 사용하여 행성 간 비행 가능성을 이론적으로 입증하는 데 전념하는 세계 최초의 작품인 "로켓"인 "제트 장비를 사용한 세계 공간 탐험"이라는 작품을 출판했습니다. 이 작품의 두 번째 부분은 1911~1912년에 출판되었으며, 1914년에 추가판이 출판되었습니다. K. E. Tsiolkovsky와 그와 독립적으로 F. A. Tsander는 당시 이미 알려진 에너지 원을 사용하여 우주 비행이 가능하다는 결론에 도달했으며 구현을위한 실제 계획 (로켓 모양, 엔진 냉각 원리, 액체 가스를 연료로 사용)을 나타 냈습니다. 쌍 등).

연료 연소 생성물의 높은 소진율(종종 10보다 높음)로 인해 우주선을 지구 궤도로 발사하는 경우와 같이 극도로 빠른 속도가 필요한 지역에서 로켓을 사용할 수 있습니다(1차 탈출 속도 참조). 로켓을 사용하여 달성할 수 있는 최대 속도는 배기 속도와 장치의 초기 질량과 최종 질량 비율의 자연 로그의 곱으로 속도 증가를 설명하는 Tsiolkovsky 공식을 사용하여 계산됩니다.

로켓은 지금까지 유일한 차량, 우주선을 우주로 발사할 수 있습니다. "우주 엘리베이터", 전자기 및 재래식 총과 같은 우주선을 궤도로 들어 올리는 대체 방법은 아직 설계 단계에 있습니다.

우주에서는 로켓의 주요 특징이 가장 명확하게 드러납니다. 환경또는 그 움직임을 위한 외부 힘. 그러나 이 기능을 사용하려면 추진력을 생성하는 데 필요한 모든 구성 요소가 로켓 자체에 탑재되어 있어야 합니다. 따라서 액체 산소, 등유와 같은 밀도가 높은 성분을 연료로 사용하는 로켓의 경우 연료 중량과 구조물 중량의 비율이 20/1에 이릅니다. 산소와 수소로 구동되는 로켓의 경우 이 비율은 약 10/1로 더 작습니다. 로켓의 질량 특성은 사용된 로켓 엔진의 유형과 설정된 설계 신뢰성 한계에 따라 크게 달라집니다.

구조물의 전체 중량과 연료 연소를 줄임으로써 복합 로켓의 가속도는 시간이 지남에 따라 증가합니다. 사용한 단계를 폐기하고 다음 단계의 엔진 작동을 시작하는 순간에만 약간 감소할 수 있습니다. 우주선을 발사하도록 설계된 이러한 다단 로켓을 발사체라고 합니다.

우주 비행에 사용되는 로켓은 페이로드를 운반하기 때문에 발사체라고 불립니다. 대부분의 경우 다단 탄도 미사일이 발사체로 사용됩니다. 발사체는 지구에서 발사되거나 장거리 비행의 경우 인공 지구 위성의 궤도에서 발사됩니다.

비행 중인 로켓에 작용하는 힘

로켓이나 다른 우주선에 작용하는 힘을 연구하는 과학을 천체역학이라고 합니다.

비행 중인 로켓에 작용하는 주요 힘:

엔진 추력
천체의 매력
대기권에서 이동할 때 - 드래그하세요.
리프팅 힘. 일반적으로 작지만 로켓 비행기에는 중요합니다.

또한보십시오

노트

문학

로켓 // 우주 비행술 : 작은 백과사전 ; 편집장 V. P. Glushko. 2판, 추가 - 모스크바: “ 소련 백과사전" -P.372
보리스 라우센바흐. 헤르만 오베르트 1894-1989. Über die Erde hinaus - eine 전기: - Der. Böttiger Verlags - GmbH - ISBN 3-925725-27-7
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헤르만 오베르트. Mein Beitrag zur Weltraumfahrt: - Hermann - Oberth - Raumfahrt - 박물관, Druck Center Meckencheim. 뉘른베르크/Feucht. 1994. ISBN 3-925103-71-6
마샤 프리먼. Hin zu neuen Welten. Die Geschichte der deutschen Raumfahrtpioniere: - Der. Böttiger Verlags - GmbH, 비스바덴. 1995. ISBN 3-925725-22-9
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연결

Znamensk.info - 최초의 미사일 시험장 Kapustin Yar의 역사
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우주로의 비행은 오랫동안 흔한 일이었습니다. 하지만 우주 발사체에 대한 모든 것을 알고 있나요? 그것을 하나씩 분해하여 그것이 무엇으로 구성되어 있고 어떻게 작동하는지 살펴보겠습니다.

로켓 엔진

엔진이 가장 중요하다 요소발사체. 그들은 로켓을 우주로 추진하는 견인력을 생성합니다. 그러나 로켓 엔진의 경우 자동차 후드 아래에 있거나 헬리콥터의 로터 블레이드를 돌리는 엔진을 기억해서는 안됩니다. 로켓 엔진은 완전히 다릅니다.

로켓 엔진의 작동은 뉴턴의 제3법칙에 기초합니다. 이 법칙의 역사적 공식에 따르면 모든 행동에는 항상 동등하고 반대되는 반응, 즉 반응이 있습니다. 이것이 바로 이러한 엔진을 제트 엔진이라고 부르는 이유입니다.

제트 로켓 엔진은 작동 중에 물질(소위 작동유체) 한 방향으로 움직이고 반대 방향으로 움직입니다. 이것이 어떻게 일어나는지 이해하기 위해 로켓을 직접 조종할 필요는 없습니다. 가장 가까운 "세상적인" 예는 총기를 발사할 때 발생하는 반동입니다. 여기서 작동유체는 총신에서 빠져나오는 총알과 분말가스입니다. 또 다른 예는 부풀려지고 풀려납니다. 풍선. 묶어두지 않으면 공기가 나올 때까지 날아갑니다. 여기의 공기는 바로 작동하는 유체입니다. 간단히 말해서, 로켓 엔진의 작동유체는 로켓 연료의 연소 생성물입니다.

RD-180 로켓 엔진 모델

연료

로켓 엔진 연료는 일반적으로 2성분으로 이루어져 있으며 연료와 산화제를 포함합니다. 프로톤 발사체는 헵틸(비대칭 디메틸히드라진)을 연료로 사용하고 사산화질소를 산화제로 사용합니다. 두 구성 요소 모두 독성이 매우 높지만 이는 미사일의 원래 전투 목적에 대한 "기억"입니다. 군사적 목적을 지닌 프로톤의 시조인 UR-500 대륙간탄도미사일은 발사되기까지 오랜 시간 전투 준비 상태를 유지해야 했다. 그리고 다른 유형의 연료는 장기 보관을 허용하지 않았습니다. Soyuz-FG 및 Soyuz-2 로켓은 등유와 액체 산소를 연료로 사용합니다. Angara 발사체 제품군, Falcon 9 및 Elon Musk의 유망한 Falcon Heavy에도 동일한 연료 구성 요소가 사용됩니다. 일본 H-IIB 발사체(H-to-bee)의 연료쌍은 액체수소(연료)와 액체산소(산화제)이다. New Shepard 준궤도 우주선을 발사하는 데 사용된 민간 항공우주 회사 Blue Origin의 로켓과 같습니다. 그러나 이것들은 모두 액체 로켓 엔진입니다.

고체추진 로켓엔진도 사용되나 원칙적으로 아리안 5호 발사체의 시동가속기, 안타레스 발사체의 2단 부스터, 측면 부스터 등 다단 로켓의 고체추진제 단계에 사용된다. 우주 왕복선.

단계

우주로 발사되는 탑재량은 로켓 질량의 극히 일부에 불과합니다. 발사체는 주로 자체 구조, 즉 연료 탱크와 엔진, 그리고 이를 작동하는 데 필요한 연료를 "운송"합니다. 연료 탱크와 로켓 엔진은 로켓의 여러 단계에 위치하며 연료가 소진되면 불필요해집니다. 추가 하중을 운반하지 않기 위해 분리되어 있습니다. 본격적인 스테이지 외에 자체 엔진을 탑재하지 않은 외부 연료탱크도 사용된다. 비행 중에도 재설정됩니다.

Proton-M 발사체의 첫 번째 단계

다단계 로켓을 구성하는 데는 두 가지 고전적인 방식이 있습니다. 즉, 단계를 가로 및 세로로 분리하는 것입니다. 첫 번째 경우에는 단계가 서로 위에 배치되고 이전의 하위 단계가 분리된 후에만 켜집니다. 두 번째 경우에는 여러 개의 동일한 로켓 단계가 두 번째 단계 본체 주위에 위치하며 동시에 켜지고 떨어집니다. 이 경우 시동 중에도 2단 엔진이 작동할 수 있다. 그러나 종횡 결합 방식도 널리 사용됩니다.

미사일 레이아웃 옵션

올해 2월 플레세츠크 우주 비행장에서 발사된 로코트(Rokot) 경급 발사체는 가로로 단이 분리된 3단 로켓이다. 그러나 올해 4월 새로운 보스토크니 우주기지에서 발사된 소유즈 2호 발사체는 종횡 분할이 있는 3단 로켓이다.

세로로 분리된 2단계 로켓의 흥미로운 설계는 우주왕복선 시스템입니다. 이것이 미국 셔틀과 Buran의 차이점입니다. 우주 왕복선 시스템의 첫 번째 단계는 측면 고체 연료 부스터이고, 두 번째 단계는 로켓 모양의 분리 가능한 외부 연료 탱크가 있는 셔틀 자체(궤도선)입니다. 이륙 중에는 셔틀 엔진과 부스터 엔진이 모두 작동합니다. Energia-Buran 시스템에서 2단 초중형 발사체 Energia는 독립적인 요소였으며 Buran MTSC를 우주로 발사하는 것 외에도 다음과 같은 자동 및 유인 탐험을 지원하는 등 다른 목적으로 사용될 수 있습니다. 달과 화성.

가속 블록

로켓이 우주로 나가자마자 목표가 달성된 것처럼 보일 수도 있습니다. 그러나 항상 그런 것은 아닙니다. 우주선이나 탑재체의 목표 궤도는 우주가 시작되는 선보다 훨씬 높을 수 있습니다. 예를 들어, 통신 위성을 호스팅하는 정지 궤도는 해발 35,786km 고도에 위치합니다. 이것이 바로 로켓의 또 다른 단계인 상부 단계가 필요한 이유입니다. 우주는 이미 무중력이 시작되는 고도 100km에서 시작되는데, 이는 기존 로켓 엔진에 심각한 문제입니다.

러시아 우주 비행술의 주요 "일꾼" 중 하나인 Proton 발사체는 Breeze-M 상단 스테이지와 짝을 이루어 최대 3.3톤의 페이로드를 정지 궤도로 발사합니다. 그러나 초기 발사는 낮은 기준 궤도에서 수행됩니다( 200km). 상부 스테이지는 선박의 스테이지 중 하나로 불리지만, 엔진의 일반적인 스테이지와는 다릅니다.

조립 중인 Breeze-M 상단 스테이지가 있는 Proton-M 발사체

우주선이나 차량을 목표 궤도로 이동하거나 아웃바운드 또는 행성 간 궤도로 향하게 하려면 상단 스테이지에서 비행 속도를 변경하는 하나 이상의 기동을 수행할 수 있어야 합니다. 그리고 이를 위해서는 매번 엔진을 켜야 합니다. 또한, 기동 사이에는 엔진이 꺼집니다. 따라서 상단 엔진은 다른 로켓 단계의 엔진과 달리 반복적으로 켜고 끌 수 있습니다. 예외적으로 재사용 가능한 Falcon 9와 New Shepard는 지구에 착륙할 때 제동을 위해 1단계 엔진을 사용합니다.

유효 탑재량

로켓은 무언가를 우주로 발사하기 위해 존재합니다. 특히 우주선과 우주선. 국내 우주 비행에서는 프로그레스 수송 화물선과 ISS로 보내진 소유즈 유인 우주선이 있습니다. 올해 우주선 중 미국 Intelsat DLA2 우주선과 프랑스 Eutelsat 9B 우주선, 국내 항법 우주선 Glonass-M No. 53 그리고 물론 화성 대기에서 메탄을 검색하도록 설계된 ExoMars-2016 우주선이 있습니다.

로켓은 페이로드를 발사하는 다양한 기능을 가지고 있습니다. 낮은 지구 궤도(200km)로 우주선을 발사하기 위한 경량형 Rokot 발사체의 탑재 중량은 1.95톤이며 Proton-M 발사체는 중형 발사체에 속합니다. 저궤도에 22.4톤, 정지궤도에 6.15톤, 정지궤도에 3.3톤을 발사합니다. 소유즈 2호는 수정 및 우주 비행장에 따라 7.5톤에서 8.7톤, 정지 궤도에 2.8톤을 전달할 수 있습니다. 3 t 및 정지 궤도 - 1.3 ~ 1.5 t 로켓은 러시아-유럽 공동 프로젝트의 일부로 사용되는 Vostochny, Plesetsk, Baikonur 및 Kuru와 같은 모든 Roscosmos 사이트에서 발사되도록 설계되었습니다. ISS로 수송 및 유인 우주선을 발사하는 데 사용되는 Soyuz-FG LV의 탑재량은 7.2톤(소유즈 유인 우주선 포함)에서 7.4톤(프로그레스 화물 우주선 포함)입니다. 현재 이것은 우주비행사와 우주비행사를 ISS로 수송하는 데 사용되는 유일한 로켓입니다.

탑재량은 일반적으로 로켓의 맨 위에 위치합니다. 공기역학적 항력을 극복하기 위해, 우주선또는 우주선이 로켓의 헤드 페어링 내부에 배치되어 밀도가 높은 대기층을 통과한 후 폐기됩니다.

역사에 남는 유리 가가린의 말: “지구가 보인다… 참으로 아름답구나!” Vostok 발사체의 헤드 페어링이 출시된 직후에 그들에게 전해졌습니다.

Proton-M 발사체의 헤드 페어링 설치, Express-AT1 및 Express-AT2 우주선의 탑재량

긴급 구조 시스템

궤도로 발사되는 로켓 우주선승무원이 있는 경우 화물선이나 우주선을 발사하는 경우와 외관상 거의 항상 구별할 수 있습니다. 발사체에 긴급 상황이 발생할 경우 유인 우주선 승무원의 생존을 보장하기 위해 비상 구조 시스템(ESS)이 사용됩니다. 본질적으로 이것은 발사체의 머리 부분에 있는 또 다른 (작지만) 로켓입니다. 외부에서 보면 SAS는 로켓 위에 올려진 특이한 모양의 포탑처럼 보입니다. 그 임무는 긴급 상황에서 유인 우주선을 꺼내 사고 현장에서 멀리 가져가는 것입니다.

발사 시 또는 비행 시작 시 로켓 폭발이 발생하는 경우 복구 시스템의 주 엔진이 유인 우주선이 위치한 로켓 부분을 분리하여 사고 현장에서 멀리 이동시킵니다. 그 후 낙하산 하강이 이루어집니다. 정상적으로 비행이 진행되면 안전고도에 도달한 후 발사체에서 비상구조시스템이 분리된다. 높은 고도에서는 SAS의 역할이 그다지 중요하지 않습니다. 여기서 우주선의 하강 모듈이 로켓에서 분리되어 승무원은 이미 탈출할 수 있습니다.

로켓 상단에 SAS가 장착된 Soyuz LV

전투 사용 경험을 고려하여 순항 미사일 65년에 걸쳐 성숙되고 확립된 기술로 간주될 수 있습니다. 존재하는 동안 기체, 엔진, 대공 방어 수단 및 항법 시스템을 포괄하는 순항 미사일을 만드는 데 사용되는 기술이 크게 발전했습니다.

글라이더 제작 기술 덕분에 로켓은 점점 더 작아졌습니다. 이제 항공기의 내부 구획과 외부 슬링, 선박 기반 발사관 또는 잠수함의 어뢰 발사관에 배치할 수 있습니다. 엔진은 터보제트 및 액체 연료 로켓 엔진을 통한 단순한 펄스 제트 엔진 또는 램제트 엔진(램제트 엔진)에서 현재 아음속 전술 순항 미사일용 터보제트 엔진, 아음속 전략 순항 미사일용 터보팬 및 램제트 엔진 또는 혼합 터보제트 엔진으로 변경되었습니다. /초음속 전술 순항 미사일을 위한 미사일 구조물.

대공 방어 시스템이 더욱 효과적이던 1960년대에 대공 방어를 극복하는 수단이 등장했습니다. 여기에는 레이더를 회피하기 위한 저고도, 지형 추적 비행 또는 해수면 위의 극도로 낮은 고도에서의 미사일 비행이 포함되며, 점차적으로 레이더 신호를 줄이기 위해 설계된 스텔스 강화 형태 및 레이더 흡수 재료도 포함됩니다. 일부 소련 순항 미사일에는 대공 미사일 시스템의 요격을 막기 위해 설계된 방어 방해 장치도 장착되어 있었습니다.

마지막으로, 이 기간 동안 순항미사일 항법 시스템은 크게 발전하고 다양화되었습니다.

크루즈 미사일 항법 문제
모든 순항 미사일의 기본 아이디어는 발사 플랫폼을 보복 공격에 노출시키지 않고 적 대공 방어 시스템의 범위를 넘어서는 목표물에 발사할 수 있다는 것입니다. 이로 인해 상당한 설계 과제가 발생하는데, 그 중 첫 번째는 순항 미사일이 의도한 목표에 근접한 거리까지 최대 1,000km까지 안정적으로 이동할 수 있도록 하고 일단 목표에 근접하면 탄두가 제대로 작동하는지 확인하는 것입니다. 목표물을 정확하게 조준하여 의도된 목표물을 생성합니다. 군사적 효과.

최초의 전투 순항 미사일 FZG-76/V-1

최초의 작전용 순항 미사일은 독일의 FZG-76/V-1이었는데, 그 중 8,000발 이상이 주로 영국의 목표물에 사용되었습니다. 현대 표준으로 판단하면 내비게이션 시스템은 매우 원시적이었습니다. 자이로스코프 기반 자동 조종 장치가 경로를 유지하고 풍속계가 목표물까지의 거리를 유지했습니다. 미사일은 발사 전에 의도한 경로에 설정되었고 목표물까지의 예상 거리가 설정되었으며, 주행 거리계가 미사일이 목표물 위에 있다는 것을 나타내자마자 자동 조종 장치는 미사일을 급강하시켰습니다. 미사일의 정확도는 약 1마일로 런던과 같은 대규모 도시 목표물을 폭격하기에 충분했습니다. 주요 목표폭격은 민간인을 공포에 떨게 하고 영국군의 공격 작전을 방해하고 대공 방어 임무를 수행하도록 지시하는 것이었습니다.

미국 최초의 순항 미사일 JB-2는 독일 V-1의 복사본입니다.

전후 기간에 미국과 소련은 V-1을 재창조하고 자체 순항 미사일 프로그램을 개발하기 시작했습니다. 1세대 전역 및 전술 핵무기이는 미 해군의 Regulus 시리즈 순항 미사일, 미 공군의 Mace/Matador 시리즈, 소련 Kometa KS-1 및 Kometa-20 시리즈 순항 미사일의 개발과 항법 기술의 추가 개발을 촉발시켰습니다. 이들 미사일은 처음에는 정밀한 자이로스코프를 기반으로 한 자동 조종 장치를 사용하지만 핵탄두가 최대한 정확하게 전달될 수 있도록 무선 링크를 통해 미사일의 궤적을 조정하는 기능도 갖추고 있습니다. 수백 미터의 빗나가는 것만으로도 핵탄두에 의해 생성된 과압을 강화된 목표에 대한 치명적인 임계값 아래로 줄이는 데 충분할 수 있습니다. 1950년대에 최초의 재래식 전후 전술 순항 미사일이 주로 대함 무기로 사용되기 시작했습니다. 궤도의 중간 비행 부분 동안의 안내는 계속해서 자이로스코프 기반이었고 때로는 무선 통신을 통해 수정되었지만, 궤도의 마지막 부분의 정확한 안내는 초기 버전에서 반능동인 단거리 레이더 시커에 의해 제공되었습니다. , 그러나 곧 능동 레이더로 대체되었습니다. 이 세대의 미사일은 일반적으로 중간 및 높은 고도에서 비행하며 목표물을 공격할 때 급강하합니다.

노드롭 SM-62 스나크 대륙간 순항미사일

순항 미사일 항법 기술의 다음 주요 이정표는 Northrop SM-62 Snark 지상 발사형 대륙간 순항 미사일의 도입으로 이루어졌습니다. 이 미사일은 극지방 상공을 자율적으로 비행하여 대형 핵탄두를 탑재한 지역의 목표물을 공격하도록 설계되었습니다. 소련. 대륙간 거리가 디자이너에게 제시되었습니다. 새로운 도전- 다른 사람이 할 수 있는 것보다 10배 더 먼 거리에서 목표물을 타격할 수 있는 미사일을 만듭니다. 초기 버전순항미사일. 스나크에는 자이로 안정화 플랫폼과 정밀 가속도계를 사용하여 우주에서 로켓의 움직임을 측정하는 적절한 관성 항법 시스템과 측정값을 축적하고 우주에서 로켓의 위치를 결정하는 데 사용되는 아날로그 컴퓨터가 장착되어 있었습니다. 그러나 곧 문제가 발생했습니다. 관성 시스템의 드리프트가 로켓의 작동 사용에 너무 컸고 관성 위치 시스템의 오류가 누적되는 것으로 밝혀졌습니다. 따라서 위치 오류는 비행 시간마다 누적되었습니다.

이 문제에 대한 해결책은 비행 경로를 따라 로켓의 지리적 위치를 정밀하게 측정하고 관성 시스템에서 생성된 오류를 수정하거나 "바인딩"할 수 있도록 설계된 또 다른 장치였습니다. 이는 근본적인 아이디어이며 오늘날 현대 유도 무기 설계의 핵심으로 남아 있습니다. 따라서, 관성계의 누적된 오차는 주기적으로 위치 측정 장치의 오차로 감소된다.

마틴 마타도르 순항미사일

이 문제를 해결하기 위해, 알려진 별 위치의 각도를 측정하고 이를 사용하여 우주에서 로켓의 위치를 계산하는 자동화된 광학 장치인 천체 항법 시스템 또는 별 방향이 사용되었습니다. 천체 항법 시스템은 매우 정확했지만 생산 비용이 상당히 많이 들고 유지 관리가 어려웠습니다. 또한 이 시스템을 갖춘 로켓은 구름이 별의 시야에 미치는 영향을 피하기 위해 높은 고도에서 비행해야 했습니다.

잘 알려지지 않은 점은 모든 곳에서 천체 항법 시스템의 성공이 GPS 및 GLONASS와 같은 위성 항법 시스템의 현재 개발에 자극을 주었다는 것입니다. 위성 항법은 천체 항법과 유사한 개념을 기반으로 하지만 별 대신 극 궤도에 있는 인공 지구 위성, 자연광 대신 인공 마이크로파 신호를 사용하고 각도 측정 대신 의사 거리 측정을 사용합니다. 결과적으로 이 시스템은 비용을 크게 절감하고 모든 기상 조건과 모든 고도에서 위치를 확인할 수 있게 했습니다. 위성 항법 기술은 1960년대 초에 발명되었지만 1980년대에야 실제 운용에 사용되었습니다.

1960년대에는 관성 시스템의 정확성이 크게 향상되었을 뿐만 아니라 그러한 장비의 비용도 증가했습니다. 이로 인해 정확성과 비용에 대한 요구 사항이 상충되었습니다. 그 결과, 해당 지역의 레이더 디스플레이를 기준 매핑 프로그램과 비교하여 미사일의 위치를 판단하는 시스템을 기반으로 순항 미사일 항법 분야에 새로운 기술이 등장했습니다. 이 기술은 1970년대 미국 순항 미사일과 1980년대 소련 미사일에 사용되기 시작했습니다. 누적 관성 시스템 오류를 재설정하기 위해 천체 항법 시스템과 마찬가지로 TERCOM 기술(순항 미사일 유도 장치의 지형과 디지털 상관 관계 시스템)이 사용되었습니다.

크루즈 미사일 혜성

TERCOM 기술은 세부적으로는 복잡하지만 개념적으로는 비교적 간단합니다. 순항 미사일은 레이더 고도계를 사용하여 비행 경로 아래 지형의 고도를 지속적으로 측정하고 이러한 측정 결과를 기압 고도계와 비교합니다. TERCOM 내비게이션 시스템은 비행할 지역의 디지털 고도 지도도 저장합니다. 그런 다음 사용하여 컴퓨터 프로그램가장 일치하는 항목을 결정하기 위해 로켓이 비행하는 지형 프로필을 메모리에 저장된 디지털 고도 지도와 비교합니다. 프로필이 데이터베이스와 일치하면 디지털 지도에서 로켓의 위치를 매우 정확하게 확인할 수 있으며, 이는 누적 관성 시스템 오류를 수정하는 데 사용됩니다.

TERCOM은 천체 항법 시스템에 비해 큰 이점을 가지고 있었습니다. 이를 통해 순항 미사일이 적의 대공 방어를 극복하는 데 필요한 극도로 낮은 고도에서 비행할 수 있었으며, 생산 비용이 상대적으로 저렴하고 매우 정확했습니다(최대 10미터). 이는 220킬로톤의 핵탄두에 충분하고, 다양한 유형의 표적에 사용되는 500킬로그램의 재래식 탄두에도 충분합니다. 그러나 TERCOM에도 단점이 없던 것은 아닙니다. 디지털 지도의 고도 프로파일에 비해 독특한 언덕 지형을 쉽게 비행해야 했던 미사일은 정확도가 뛰어났습니다. 그러나 TERCOM은 수면, 사구와 같이 계절에 따라 변하는 지형, 눈이 내리면 지형 고도가 변경되거나 지형 특성이 모호해지는 시베리아 툰드라 및 타이가와 같이 계절에 따라 레이더 반사율이 달라지는 지형에서는 비효율적인 것으로 입증되었습니다. 미사일의 제한된 메모리 용량으로 인해 충분한 지도 데이터를 저장하기 어려운 경우가 많았습니다.

보잉 AGM-86 CALCM 순항미사일

핵으로 무장한 해군 토마호크 RGM-109A와 공군 AGM-86 ALCM에는 충분했지만, TERCOM은 재래식 탄두를 사용하여 개별 건물이나 구조물을 파괴하는 데는 분명히 충분하지 않았습니다. 이와 관련하여 미 해군은 토마호크 RGM-109C/D 순항 미사일의 TERCOM에 물체의 디스플레이를 참조 디지털 이미지와 연관시키는 소위 기술을 기반으로 한 추가 시스템을 장착했습니다. 이 기술은 1980년대에 사용되었습니다. 탄도미사일 Pershing II, 소련 KAB-500/1500Kr 및 미국 DAMASK/JDAM 정밀 폭탄과 최신 중국 유도 대함 폭탄 미사일 시스템, 항공 모함과 싸우기 위해 설계되었습니다.

물체 표시 상관관계는 카메라를 이용해 미사일 앞부분을 포착한 뒤, 카메라에서 얻은 정보를 위성이나 공중 정찰을 통해 얻은 디지털 이미지와 비교해 미사일 메모리에 저장하는 방식이다. 두 이미지를 정확하게 일치시키는 데 필요한 회전 각도와 변위를 측정함으로써 장치는 미사일의 위치 오류를 매우 정확하게 파악하고 이를 관성 및 TERCOM 항법 시스템의 오류를 수정하는 데 사용할 수 있습니다. 여러 토마호크 순항 미사일 유닛에 사용된 DSMAC 순항 미사일 유도 시스템의 디지털 상관 장치는 실제로 정확했지만 TERCOM과 유사한 작동 부작용이 있었습니다. 목표. 1991년 사막의 폭풍 작전 동안 이로 인해 바그다드의 여러 고속도로 교차점이 그러한 정박 지점으로 사용되었으며, 이로 인해 후세인의 방공군은 그곳에 대공포를 배치하고 여러 대의 토마호크를 격추할 수 있었습니다. TERCOM과 마찬가지로 순항 미사일 유도 시스템의 디지털 상관 장치는 지형 대비의 계절적 변화에 민감합니다. DSMAC가 장착된 토마호크에는 밤에 해당 지역을 밝히기 위해 플래시 램프도 탑재되었습니다.

1980년대에 최초의 GPS 수신기가 미국 순항 미사일에 통합되었습니다. GPS 기술은 로켓이 지형과 기상 조건에 관계없이 지속적으로 관성 오차를 수정할 수 있고, 해상에서도 육지에서와 동일하게 작동한다는 점에서 매력적이었습니다.

이러한 이점은 GPS 신호가 본질적으로 매우 약하고 "고스팅" 효과(GPS 신호가 지형이나 건물에서 반사되는 경우)에 취약하고 수신된 위성 수에 따라 정확도가 달라지기 때문에 열악한 GPS 잡음 내성 문제로 인해 무효화되었습니다. 등등 하늘에 어떻게 분포되어 있는지 등. 오늘날 모든 미국 순항 미사일에는 GPS 수신기와 관성 유도 시스템 패키지가 장착되어 있으며, 기계적 관성 시스템 기술은 1980년대 후반과 1990년대 초반에 더 저렴하고 정확한 링 레이저 자이로스코프 관성 항법 시스템으로 대체되었습니다.

AGM-158 JASSM 순항 미사일

GPS의 기본 정확도와 관련된 문제는 주어진 지리적 위치에 유효한 보정 신호가 무선을 통해 GPS 수신기에 방송되는 광역 GPS(Wide Area Differential GPS) 방식을 도입함으로써 점차 해결되고 있습니다(미국의 경우). 미사일에는 WAGE -Wide Area GPS Enhancement가 사용됩니다. 이 시스템의 주요 신호 소스는 정지 궤도에 있는 무선 항법 비콘과 위성입니다. 1990년대 미국에서 개발된 동종 가장 정확한 기술은 3차원에서 최대 수 인치의 GPS 오류를 수정할 수 있으며 장갑차의 열린 해치를 통해 미사일을 타격할 만큼 정확합니다.

노이즈 내성 및 "반복 이미지" 문제가 가장 해결하기 어려운 것으로 나타났습니다. 이로 인해 일반적으로 소프트웨어의 "디지털 빔포밍"을 기반으로 하는 소위 "스마트" 안테나 기술이 도입되었습니다. 이 기술의 기본 아이디어는 간단하지만, 평소와 같이 세부적으로는 복잡합니다. 기존의 GPS 안테나는 미사일 위 전체 상반구로부터 신호를 수신하므로 GPS 위성은 물론 적의 간섭도 포함됩니다. 소위 CRPA(제어 수신 패턴 안테나)는 소프트웨어를 사용하여 GPS 위성의 의도된 위치를 향한 좁은 빔을 합성하므로 안테나가 다른 모든 방향에서 "맹인" 상태가 됩니다. 이러한 유형의 가장 진보된 안테나 설계는 간섭 소스를 겨냥한 안테나 방사 패턴에 소위 "널(null)"을 생성하여 간섭의 영향을 더욱 억제합니다.

순항미사일 토마호크

AGM-158 JASSM 순항 미사일 생산 초기에 널리 알려진 문제의 대부분은 다음과 같은 문제의 결과였습니다. 소프트웨어 GPS 수신기. 그 결과 로켓은 GPS 위성을 상실하고 궤도에서 벗어났습니다.

고급 GPS 수신기는 다음을 제공합니다. 높은 레벨지구 표면에 위치한 GPS 간섭 소스에 대한 정확성과 안정적인 노이즈 내성을 제공합니다. 위성, 무인 항공기 또는 풍선에 배치된 정교한 GPS 방해 전파에 대해서는 덜 효과적입니다.

최신 세대의 미국 순항 미사일은 관련 소프트웨어 및 자동 패턴 인식 기능과 함께 정지 표적에 대해 DSMAC와 유사한 기능을 제공하는 것을 목표로 미사일 기수에 장착된 디지털 열 화상 카메라로 보완된 GPS 관성 유도 시스템을 사용합니다. 대공 미사일, 미사일 시스템 또는 미사일 발사대와 같은 움직이는 표적에 대한 공격입니다. 데이터 링크는 일반적으로 JTIDS/Link-16 기술에서 비롯되며, 미사일이 이동하는 동안 움직이는 표적이 위치를 변경하는 경우 무기를 다시 타겟팅하는 기능을 제공하기 위해 구현됩니다. 이 기능의 사용은 주로 사용자의 지능과 그러한 목표 움직임을 감지하는 능력에 달려 있습니다.

순항 미사일 항법의 장기적인 추세는 지능 향상, 자율성 향상, 센서 다양성 향상, 신뢰성 향상 및 비용 절감으로 이어질 것입니다.

화염을 방출하는 로켓 엔진은 우주선을 지구 주위의 궤도로 추진합니다. 다른 로켓은 태양계 너머로 배를 데려갑니다.

어쨌든 로켓에 대해 생각할 때 우리는 우주 비행을 상상합니다. 하지만 생일 축하 행사 등을 통해 로켓이 방으로 날아갈 수도 있습니다.

집에서 로켓

일반 풍선도 로켓이 될 수 있습니다. 어떻게? 풍선을 부풀리고 목을 꼬집어 공기가 빠져나가는 것을 방지합니다. 이제 공을 놓습니다. 그는 그에게서 빠져나가는 공기의 힘에 밀려 완전히 예측할 수 없고 통제할 수 없게 방 주위를 날기 시작할 것입니다.

여기 또 다른 간단한 로켓이 있습니다. 철도 차량에 대포를 장착하자. 그녀를 다시 보내자. 레일과 바퀴 사이의 마찰이 매우 작고 제동도 최소화된다고 가정해 보겠습니다. 대포를 발사해 봅시다. 총을 쏘는 순간 트롤리가 앞으로 움직입니다. 촬영을 자주 시작하면 트롤리가 멈추지 않고 촬영할 때마다 속도가 빨라집니다. 대포 배럴에서 뒤로 날아가는 포탄이 트롤리를 앞으로 밀어냅니다.

로켓 운동과 뉴턴의 법칙

뉴턴의 제2법칙은 움직이는 물체의 힘을 질량 및 가속도(단위 시간당 속도 변화)와 연관시킵니다. 따라서 강력한 로켓을 만들기 위해서는 엔진이 대량의 연소된 연료를 고속으로 분출해야 합니다. 뉴턴의 세 번째 법칙은 작용력이 반작용력과 동일하고 반대 방향으로 향한다고 명시합니다. 로켓의 경우 작용력은 로켓 노즐에서 빠져나가는 뜨거운 가스이며, 반력은 로켓을 앞으로 밀어냅니다.

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