宇宙への飛行は間違いなく私たちの文明の最も驚くべき成果の一つです。有名なガガーリンは「行け！」そして、アームストロングの月面上の最初のステップ - 遠方の惑星や他の恒星系への道の歴史的マイルストーン。ロケットエンジンがなければ何も起こらなかったでしょう。それによって私たちは惑星の重力を克服し、地球の軌道に入ることを可能にしました。
一方では、ロケットエンジンの装置は非常に簡単なので、自宅で自分でそれを組み立てることができ、文字通り3コペックを費やすことができます。しかし、その一方で、宇宙ロケットや軍用ロケットの設計は非常に複雑であるため、世界の少数の州だけが製造技術を持っています。
ロケットエンジン（ＲＤ）は一種のジェットエンジンであり、その作動体およびエネルギー源は航空機に直接搭載されている。これがジェットエンジンとの主な違いです。したがって、誘導路は大気中の酸素には依存しないため、宇宙（エアレス）空間での飛行に使用できます。
ロシアはロケットエンジン製造の分野で世界をリードする国の一つです。ソビエト連邦から受け継いだバックログは印象的です。国内産業はさまざまな目的の最もよいロケットエンジンを作り出すことができます。これを証明するのがアメリカのアトラスで使用されているRD-180ロケットエンジンです。米国への配達は2000年に始まり、今日まで続いています。他にも興味深い展開がありますが、私たちは宇宙や弾道ミサイルの強力なエンジンだけでなく、さまざまな武器システムの誘導路についても話しています。
現在、燃料の燃焼により特定の衝撃が形成される、最も一般的ないわゆる化学ロケットエンジン。これらに加えて、原子力機関や電気機関もあります。この記事では、ロケットエンジンのしくみについて説明し、その長所と短所について説明し、さらに誘導路の現在の分類についても説明します。
いくつかの物理学またはそれがどのように機能するか
ロケットエンジンの種類によってデザインは大きく異なりますが、いずれもニュートンの有名な第3法則に基づいています。つまり、「すべてのアクションに同じ抵抗がある」ということです。 ＲＤは一方向に作動流体の噴流を放出し、それ自体、ニュートン仮説に従って反対方向に動く。燃料燃焼の生成物はノズルを通り抜けて欲求を形成します - これらはロケットエンジンの理論の基本です。
船に乗って立っている場合は、船尾から石を投げてください。そうすれば船は少し先に出ます。これはすべてのロケットエンジンの機能の視覚モデルです。もう1つの例は、消火ホースの働きです。そこから高圧の下で水が排出されます。それを保持するためにあなたはいくらかの努力をする必要があります。あなたがスケートボードに消防士を置いて、彼にホースを与えるならば、彼はかなり高速で動きます。
そのようなシステムの有効性を決定する主な特徴は推力（推力）である。それは初期エネルギーの作動流体の動的ジェットへの変換の結果として形成される。メートル法では、ロケットエンジンの推力はニュートンで測定され、アメリカ人はポンドで数えます。
ロケットエンジンのもう一つの重要なパラメータは、特定のインパルスです。これは、単位時間あたりの燃料消費量に対する推力（または移動量）の比率です。このパラメータは特定の誘導路の完成度と見なされ、その効率性の尺度となります。
化学エンジンは、燃料と酸化剤の燃焼による発熱反応によって作動します。このタイプのRDには2つのコンポーネントがあります。
- 熱エネルギーが運動に変換されるノズル。
- 燃焼過程が行われる燃焼室、すなわち燃料の化学エネルギーの熱への変換。
今号の歴史から
ロケットエンジンは人類に知られている最も古いエンジンタイプの1つです。正確に最初のロケットが作られたとき、私たちは正確に質問に答えることができません。これは古代ギリシャ人（Architect of Tarentの木鳩）によって行われたという仮定がありますが、ほとんどの歴史家は中国を本発明の発祥地と考えています。これは火薬の発見直後の西暦3世紀前後に起こりました。もともと、ロケットは花火やその他の娯楽のために使われていました。パウダーロケットエンジンは非常に効果的で製造が簡単でした。
これらの技術は13世紀のどこかにヨーロッパにやって来たと信じられています、彼らはイギリスの自然主義者ロジャーベーコンを研究しました。
最初の戦闘ミサイルは1556年に皇帝フェルディナンド1世のために様々なタイプの武器を発明したコンラッドハースによって開発されました。この発明者はロケットエンジン理論の最初の創作者とも言えます。 2つのロケットから。調査は17世紀半ばに住んでいたポール、Kazimir Semenovichによって続けられました。しかし、これらのプロジェクトはすべて紙の上に残っていました。
ミサイルの実用化は19世紀に始まったばかりです。 1805年、イギリス軍将校のWilliam Congreveは、当時は前代未聞の力を持っていたパウダーロケットを見せました。プレゼンテーションは感動的で、コングレブのミサイルはイギリス軍に採用されました。砲兵砲と比較した彼らの主な利点は、高い機動性と比較的低いコストであり、そして主な欠点は射撃の正確さであり、それは望まれていなかった。 19世紀の終わりまでに、ライフル銃は広く散らばっていた、彼らは非常に正確に発射したので、ミサイルはサービスから削除されました。
ロシアでは、この問題はZasyadko将軍によって取り扱われました。彼はCongriveミサイルを改良しただけでなく、それらを宇宙への飛行のために使用することを提案した最初の人も改良しました。 1881年に、ロシアの発明家Kibalchichはロケットエンジンの彼自身の理論を作成しました。
もう1人の同胞、Konstantin Tsiolkovskyは、この技術の開発に多大な貢献をしました。彼のアイデアの中には、酸素と水素の混合気に取り組んでいる液体ロケットエンジン（LRE）があります。
前世紀の初めに、世界の多くの国々の熱狂的ファンが流動的なRDの創造に従事していました、最初に成功したのはアメリカの発明者、ロバート・ゴダードでした。ガソリンと液体酸素の混合気に取り組んでいる彼のロケットは、1926年に打ち上げに成功しました。
第二次世界大戦はロケット弾の復活期でした。 1941年に、BM-13ボレー射撃、有名なカチューシャのインストールは、赤軍によって採用されました、そして、1943年に、ドイツ人は液体推進薬ロケットエンジンで弾道V-2を使い始めました。それは後にアメリカの宇宙計画を率いたヴェルナー・フォン・ブラウンの指導の下に開発された。ドイツはまた、ダイレクトフロージェットエンジンを搭載したKR V-1の製造をマスターしました。
ソ連とアメリカの間の戦争が終わった後、本当の「ロケット」レースが始まりました。ソビエト計画はロケットエンジンの傑出した設計者であるSergey Korolevによって率いられ、国内のICBM R-7が作られたのは彼のリーダーシップの下にあり、その後最初の人工衛星が打ち上げられ、有人宇宙飛行が行われました。
長年にわたり、原子力崩壊（合成）のエネルギーを犠牲にして作動するロケットエンジンを製造する試みがなされてきたが、そのような発電所の実用化には至らなかった。 70年代には、ソビエト連邦とアメリカで電気ロケットエンジンの使用が始まりました。今日それらは宇宙船の軌道と進路を修正するために使われています。 70年代と80年代にはプラズマXRDを用いた実験があり、それは良い可能性があると信じられています。大きな希望はイオンロケットエンジンに起因しており、その使用は理論的には宇宙船を著しくスピードアップすることができます。
しかし、これまでのところこれらの技術のほとんどすべてはまだ始まったばかりであり、宇宙探査機の主力車は古き良き「化学」ロケットのままです。現在、月面計画に参加したアメリカのF-1と、プログラム "Energy-Buran"で使用されたソビエトのRD-170/171は、 "世界で最も強力なロケットエンジン"の称号を競い合っています。
彼らは何が好きですか？
ロケットエンジンの分類は、作動流体を排除するためのエネルギーを得る方法に基づいています。このパラメータに基づいて、誘導路は次のとおりです。
- 化学薬品;
- 核（熱核）;
- 電気（電気ロケット）。
- ガス
上記の各タイプは、さらに細かいカテゴリに分類できます。化学エンジン（ＨＤＲ）は、例えば、燃料の凝集状態に応じて、固体燃料および液体燃料である。化学ハイブリッドロケットエンジン（GRD）もあります。 HDRには、ウェッジエアロケットエンジンも含まれています。気相と固相の原子核RDがあります。発電所にはいくつかの種類があります。
化学物質RD：長所と短所
このタイプのロケットエンジンは最も一般的でよくマスターされています。人類に空間を与えたのはHRDだったと言えます。それは発熱化学反応のために働き、燃料と酸化剤の両方が航空機に搭載されていて一緒に燃料を形成します。それはまたエネルギー源としても働き、そして作動流体の基礎としても働く。
ＨＤＤは（電気的なものと比較して）比較的小さい比インパルスを有するが、それらはそれらがより大きな牽引力を発達させることを可能にする。これはロケットエンジンの発射やペイロードを軌道に移すときに特に重要です。
液体エンジンでは、酸化剤と燃料は液相にあります。燃料システムの助けを借りて、それらはチャンバーに供給され、そこで燃焼されてノズルを通って流れる。
固体燃料ＲＤでは、燃料と酸化剤の混合物が燃焼室に直接入れられる。原則として、燃料は中央のチャンネルを持つ棒の形をしています。燃焼過程は中心から周辺へと進み、ノズルから出てくるガスは推力を形成します。これらのエンジンはいくつかの利点を持っています：それらは比較的単純で、安く、環境にやさしく、そして信頼できるものです。
固体推進薬化学エンジンの不利な点は、その動作の持続時間が限られていること、（液体ＸＲＤと比較して）特定のインパルスの小さな指標、および再始動の不可能性 - 始動後にそれをもはや止めることができないこと - を含む。上記の特徴は、固体推進薬誘導路の使用範囲を決定します - これらは、弾道および気象ロケット、ミサイル、ミサイル、ミサイル、ボレー射撃システム用のロケット弾です。固体燃料はロケットエンジンの始動にも使用されます。
液体誘導路はより高い比インパルスを持ち、それらは停止して再び再開することができ、そして推進することができます - 調整する。さらに、固体燃料と比較して、軽量でコンパクトです。しかし、軟膏にも問題があります。流体エンジンは構造が複雑でコストが高いため、その使用の主な分野は宇宙飛行学です。
液体ＸＲＤ用の燃料の成分として様々な組み合わせを使用する。例えば、酸素＋水素または四酸化窒素＋非対称ジメチルヒドラジン。近年、酸素ロケットや灯油ロケットが非常に普及しています。燃料は5つ以上の部分からなる場合があります。メタンロケットエンジンは非常に有望であると考えられています;今日それらは世界のいくつかの国で一度に彼らの創造に従事しています。この分野における他の興味深い発展の中で、我々は燃料が燃えないが爆発する、いわゆるデトネーションロケットエンジンに言及することができる。
HDRの改善への取り組みは止まりませんが、すでに限界に達している可能性があります - 設計者は化学燃料からできることすべてを「絞り込んだ」のです。 HDRの深刻な問題は、航空機が持ち上げなければならない大量の燃料です。そしてこれは非常に効果がありません。取り外し可能なステップを含む方式は状況を多少改善しましたが、明らかに万能薬にはなりませんでした。
化学ロケットエンジンは宇宙探査だけではないことに注意してください。しかし彼らは地球上で彼らの使用を見出したが、基本的には軍事のみに使用した。小型の航空機や対戦車から始まり、巨大なICBMで終わるすべての戦闘ミサイルはHRAを装備しています。圧倒的に、彼らはよりシンプルでより信頼性の高い固体燃料エンジンを持っています。 HRDの平和的使用の例は、地球物理学的および気象学的ロケットです。
星への原子力船で！
液体ロケットエンジンは人にスペースを与え、最も近い惑星に到達するのを助けました。液体燃料のジェットジェット排気速度は4.5-5 m / sを超えないため、遠方の任務には不向きです - これには毎秒数十メートルが必要です。 HRDを搭載した宇宙船は、火星や金星のような - 最も近い惑星に人を引き渡すことができますが、太陽系の遠くにある物体まで移動するには、新しいことを考え出す必要があります。この行き詰まりから抜け出す方法の1つは、原子核に隠されたエネルギーの使用であるようです。
核ロケットエンジン（ＹＡＲＤ）は、作動流体が核分裂または合成エネルギーによって加熱される一種の発電所である。燃料の状態に応じて、それは固相、液相または気相であり得る。作動媒体としては水素またはアンモニアが一般的に使用されている。彼らは高い比インパルスを持っているが牽引ヤードは化学エンジンにかなり匹敵する。しかし、問題がひとつあります。それは放射性物質による大気汚染です。
原子力エンジンの歴史は50年代半ばに始まり、世界の2カ国 - 米国とソビエト連邦 - はそれらの実用的な創造に従事していました。すでに1958年に、アメリカ人は月と火星へのフライトのためにYARDを作成するというタスクを設定しました（NERVAプログラム）。同じ頃、ソビエトのデザイナーも同様の問題に取り組んでいました。 70年代の終わりまでに、RD-0410核ロケットエンジンは作成されました、しかし、それは完全なテストに合格しませんでした。
現在、最も有望なものは気相原子力機関であり、そこでは燃料は特別な密封フラスコの中で気体状態にある。これにより、作動流体との接触がなくなり、放射能汚染の可能性が大幅に減少します。 NREを作成することの主な技術的問題は長い間解決されてきたという事実にもかかわらず、これまでのところそれらのどれも実際にそれらのアプリケーションを見つけていません。しかし、この特定のYARDは実際の使用の観点から見て最も有望に見えます。
電気ロケットエンジン、その特徴、長所と短所
HRDに取って代わる可能性があるもう1つの可能性のある競合相手は、電気エネルギーを使用して作動流体を分散させる電気ロケットエンジン（ERE）です。
そのような発電所を作るという考えは20世紀の初めに生まれました; 1930年代に、ソビエト科学者Glushkoは実際にそれを実行しました。電気推進に関する活発な作業は、1960年代に米国とソ連で始まり、1970年代には、このタイプの最初のロケットエンジンがすでに宇宙船に搭載されました。
ERDにはいくつかの種類があります。
- 電熱;
- 静電気
- 電磁気;
- プラズマ
電気ロケットエンジンは、高い比衝撃速度を有しており、これにより、それらが作動流体を経済的に消費することを可能にするが、それらはまた大きな問題である多くのエネルギーを必要とする。これまでのところ、電気推進の唯一の本当の源は太陽電池パネルです。推力が低いため、地球の大気中で使用することはできません。推進エンジンからの打ち上げロケットエンジンは絶対に機能しません。現在、それらはシャントとして使用されています - 宇宙船の軌道の修正のために。
