रॉकेट तकनीक की अदृश्य कठिनाइयाँ

लॉन्च वाहनों का निर्माण और संचालन अंतरिक्ष यात्रियों की एक "ब्लैक टीम" है। बड़ा और जटिल काम चुपचाप किया जाता है, और अधिकांश लॉरेल पेलोड डेवलपर्स के पास जाते हैं। हम लॉन्च वाहनों के डिजाइन और निर्माण में हल किए गए कार्यों की जटिलता के बारे में भूल गए। इस लेख का उद्देश्य विषय के महत्व को दर्शाना है और उन लोगों के लिए एक छोटा शैक्षिक कार्यक्रम प्रस्तुत करना है जो यह जानना चाहते हैं कि "यह कैसे उड़ता है।"

परिचय

यहां तक ​​कि एक छोटी सी कंपनी भी अपना खुद का उपग्रह बना सकती है, लेकिन केवल ग्यारह देशों ने रॉकेट को इकट्ठा करने में सक्षम थे जो पेलोड को कक्षा में पहुंचाते थे। और फिर, उदाहरण के लिए, दक्षिण कोरिया ने रूस से पहला कदम खरीदा और इसे "ब्लैक बॉक्स" के रूप में प्राप्त किया। इतना कम क्यों? तथ्य यह है कि लॉन्च वाहन प्रौद्योगिकियों को विज्ञान और प्रौद्योगिकी के विकास और बहुत अधिक धन की आवश्यकता होती है। आपको शायद इस वीडियो से शुरुआत करनी चाहिए:

सत्तर साल तक, जिसकी गिनती V-2 के पहले लॉन्च के साथ शुरू हुई, मिसाइल गिरने के लिए प्रयास कर रहे हैं। बेशक, अब उनके लिए ऐसा करना अधिक कठिन है, और दुर्घटनाओं की संख्या प्रतिशत में मापी जाती है, दसियों प्रतिशत नहीं, लेकिन उद्योग की जटिलता उनके साथ खेलती है।

इंजन

यहां तक ​​कि एक साधारण लोकप्रिय विज्ञान सर्किट पर, बूस्टर इंजन बल्कि जटिल दिखता है। हम वास्तविक योजनाओं के बारे में क्या कह सकते हैं?

यह जटिलता कहां से आती है? तथ्य यह है कि इंजन की कार्यक्षमता को बढ़ाने के लिए सभी प्रकार के चालाक टर्बोपम्प, पुनर्योजी शीतलन, बंद चक्र, आदि का उपयोग किया जाता है। सबसे सरल तरल प्रोपेलेंट रॉकेट इंजन को व्यावहारिक रूप से गेराज की स्थिति में ( एक-घटक MosGIRD या 3 डी प्रिंटर का उपयोग करके ) बनाया जा सकता है, लेकिन ऐसा इंजन शौक से नहीं उड़ जाएगा।

टर्बोपम्प इकाई

टर्बोपंप इकाई का मुख्य कार्य ईंधन और ऑक्सीडाइज़र की आपूर्ति करना है। गैस जनरेटर के एक छोटे से दहन कक्ष में इसे जलाकर, उस पर ईंधन ऊर्जा का हिस्सा खर्च करना आवश्यक है।

बाईं ओर R-7 परिवार के लिए TNA आरेख RD-107/108 है, दाईं ओर RD-180 (Atlas-V) के लिए TNA आरेख है
टर्बोपंप इकाई बहुत कठोर परिस्थितियों में काम करती है। उदाहरण के लिए, TNA के विस्फोटक विनाश ने सोवियत "चंद्र" मिसाइल एन -1 की दो दुर्घटनाओं को जन्म दिया।

दहन कक्ष

दहन कक्ष में नलिका होती है जिसके माध्यम से ईंधन और ऑक्सीकारक इंजेक्ट किया जाता है। इंजीनियरों ने जिन मुख्य समस्याओं का सामना किया है उनमें से एक दहन अस्थिरता है। नलिका के माध्यम से प्रवाह में कोई भी आकस्मिक परिवर्तन एक दबाव कूद को जन्म दे सकता है, जो समान दहन के बजाय घटकों के विस्फोट का कारण होगा और इंजन के विनाश तक की समस्याएं पैदा करेगा। केवल कार्यशील समाधान दहन कक्ष को विस्तारित नलिका या विभाजनों द्वारा एक दूसरे से पृथक डिब्बों में विभाजित करना था:

बाईं ओर RD-107/108 है, केंद्र में RD-180 है, दाईं ओर F-1 (शनि-वी का पहला चरण) है

नोक

और यहां मुख्य समस्या गर्मी हटाने है। दहन कक्ष में तापमान 2000 डिग्री सेल्सियस तक पहुंच सकता है, और गर्मी प्रवाह घनत्व 1-20 मेगावाट / मी ^ 2 तक पहुंच सकता है, जो कि भूमध्य रेखा के क्षेत्र में सूर्य से प्रति मीटर ^ 2 वार्षिक ऊर्जा के बराबर है।

सबसे प्रभावी समाधान तथाकथित था। पुनर्योजी शीतलन। एक ईंधन घटक (आमतौर पर ईंधन) नोजल के बाहर से ठंडा जैकेट में पंप किया जाता है। ऐसा करने के लिए, संयुक्त राज्य अमेरिका में एक ट्यूब प्रणाली के साथ आया था, और यूएसएसआर में - एक नालीदार स्पेसर और एम पसलियों:

बाईं ओर - RD-10, 1933, केंद्र में पहला प्रयोग - RD-107/108, दाईं ओर पसलियों का आरेख - LR-87, "टाइटन -2"
इसके अलावा, नोजल को उन दीवारों के पास रखा जाता है जो ईंधन का उत्सर्जन करती हैं, जिससे ज्वाला का पर्दा बनता है। ऐसे कई पर्दे हो सकते हैं (उदाहरण के लिए, वी -2 इंजन पर चार पर्दा पर्दा बेल्ट थे)। इंजन आरेख पर पर्दे का एक उदाहरण है - RD-170 पर तीन पर्दा बेल्ट:

प्रभावशीलता

अभिन्न पैरामीटर के रूप में इंजन दक्षता के बारे में बात करना लगभग असंभव है। क्योंकि इंजन और मंच जिस पर खड़ा है वह कई मापदंडों का एक जटिल समझौता है: निर्माण / शोधन / उत्पादन की तकनीकी जटिलता, निर्माण / शोधन / उत्पादन की लागत, जोर, विशिष्ट आवेग, दहन कक्ष में दबाव, ऑपरेशन में विकसित विश्वसनीयता, और कई। अन्य शामिल हैं। और ये पैरामीटर एक दूसरे के साथ संघर्ष में हैं। एक आसान-से-निर्माण और सस्ते अनलोड इंजन में औसत दर्जे का थ्रस्ट या विशिष्ट आवेग होगा, और एक बहुत ही उच्च विशिष्ट आवेग वाला इंजन मुश्किल, अविश्वसनीय या बहुत महंगा हो जाएगा, एक स्थिति अक्सर यह सामने आती है कि मौजूदा इंजन को गैर-इष्टतम मापदंडों के साथ रखना आसान है, क्योंकि यह पहले से मौजूद है और क्योंकि नए के विकास में निवेश की आवश्यकता नहीं है। उदाहरण के लिए, कॉसमॉस -2 रॉकेट को छह अलग-अलग तरल पदार्थों के साथ फिर से भरना पड़ा, इस तथ्य के कारण कि पहला चरण मध्यम दूरी की मिसाइल था, और दूसरा चरण बाद में विकसित किया गया था और अन्य ईंधन घटकों का उपयोग किया गया था।
स्थिति इस तथ्य से जटिल है कि आज प्रौद्योगिकियों ने ईंधन दक्षता की भौतिक सीमा के साथ संपर्क किया है, और प्रसिद्ध सिद्धांतों पर आधारित एक नया इंजन पुराने लोगों की तुलना में गुणात्मक रूप से बेहतर नहीं होगा।

नियंत्रण प्रणाली

नियंत्रण प्रणाली दो जटिल कार्यों को हल करती है: एक स्थिर उड़ान बनाए रखना और पेलोड को अंतरिक्ष में वांछित बिंदु तक हटाना।

सतत उड़ान

उड़ान में लगभग सभी लॉन्च वाहन वायुगतिकीय अस्थिर हैं:


इस समस्या का दूसरा नाम "रिवर्स पेंडुलम" है। और नियंत्रण प्रणाली एक अस्थिर संतुलन बनाए रखती है, जो सामान्य उड़ान को सुनिश्चित करती है, विभिन्न परेशान प्रभावों को दूर करती है।

प्रजनन की सटीकता

आधुनिक डिजिटल "प्रोटॉन-एम" के उत्पादन की सटीकता के लिए निम्न पैरामीटर हैं :

• पेरीगी ± 2 किमी
• अपोजी ± 4 किमी
• झुकाव l 1.8 आर्कमिन
• उत्सर्जन समय ± 3 s

यदि आपने ऑर्बिटर या केर्बल स्पेस प्रोग्राम नहीं खेला है, तो यह समझाना बहुत मुश्किल है कि यह कितनी सटीकता है। यह कल्पना करने की कोशिश करें कि आप नौ मिनट के हैं, आपकी आँखें बंद हैं, कार में ड्राइविंग कर रहे हैं, और into 3 सेकंड की सटीकता के साथ आप एक गैरेज में ड्राइव करते हैं जो आपकी कार की तुलना में 8 सेंटीमीटर लंबा और 2 सेंटीमीटर चौड़ा है।

यह कैसे काम करता है?

आपको पिछले पैराग्राफ से कार उदाहरण में अपनी आँखें क्यों बंद करनी थीं? क्योंकि अंतरिक्ष में कोई सड़क अंकन नहीं है, और आधुनिक सिस्टम किसी भी बाहरी स्रोतों का उपयोग नहीं करते हैं, लेकिन स्वायत्तता से काम करते हैं। एक जड़त्वीय नेविगेशन प्रणाली रॉकेट की स्थिति में बदलाव और इसके साथ होने वाले त्वरण को पकड़ लेती है, जिससे एक्ट्यूएटर्स के लिए नियंत्रण संकेत उत्पन्न होते हैं। नियंत्रण प्रणाली में एक तथाकथित है gyro-stabilized platform जिस पर gyroscopes स्थित हैं, जो स्थिति को ठीक करते हैं, और accelerometers, जो त्वरण को ठीक करते हैं। अपनी स्थिति बनाए रखने के लिए प्लेटफ़ॉर्म को ही निलंबित कर दिया गया है:


और वे कुछ इस तरह दिखते हैं:

बाईं ओर मंच का कंप्यूटर मॉडल है जिसे केंद्र उन्हें बनाता है। पिलुगिना , केंद्र में ओका मिसाइल प्रणाली का मंच है, दाईं ओर एक एयर सस्पेंशन के साथ अमेरिकी शांति रक्षक आईसीबीएम का मंच है
अब, नए सिद्धांतों के आधार पर कंप्यूटर और प्रौद्योगिकी के विकास के लिए धन्यवाद, gyrostabilized प्लेटफार्मों धीरे-धीरे अतीत की बात बन रहे हैं। पारंपरिक गायरोस्कोप को लगभग लेजर गायरोस्कोप से बदल दिया गया है, और घूर्णन प्लेटफार्मों को स्ट्रैप-ऑन सिस्टम द्वारा प्रतिस्थापित किया जा रहा है जहां जाइरोस्कोप और एक्सेलेरोमीटर को सख्ती से मामले में तय किया जाता है, और उनके डेटा को एक कंप्यूटर द्वारा संसाधित किया जाता है। वैसे, उपभोक्ता इलेक्ट्रॉनिक्स में गायरोस्कोप घूर्णन नहीं कर रहे हैं और न ही लेजर - वे कंपनशील हैं । सटीकता इतनी है, लेकिन छोटी और सस्ती है।

विश्वसनीयता के उपाय

हमारी अपूर्ण दुनिया में, विफलता न केवल एक जटिल इंजन के लिए, बल्कि एक साधारण तार, सेंसर या वाल्व के लिए भी प्रयास कर रही है। इसलिए, विशेष उपाय किए जाते हैं:

• जब भी संभव हो तो एक्ट्यूएटर्स की नकल की जाती है: एक तत्व की विफलता के मामले में, एक अतिरिक्त को ट्रिगर किया जाता है। अंतरिक्ष शटल मिशन एसटीएस -१११ लॉन्च में आपदा में लगभग समाप्त हो गया, जब मुख्य पायरो-बोल्ट डेटोनेटर साइड ठोस ईंधन बूस्टर रखने में विफल रहे। सौभाग्य से, बैक-अप डेटोनेटरों ने काम किया और सही समय पर पायरो-बोल्ट फट गए।
• मापने वाले उपकरणों को तीन गुना किया जाता है: सेंसर के तीन सेट स्थापित होते हैं, वे "वोट" करते हैं और, सेंसर में से एक की विफलता की स्थिति में, दो "स्वस्थ" लोग सही जानकारी प्रदान करना जारी रखते हैं। विमानन में एक दुर्घटना हुई जब तीन में से दो गायरो-क्षितिज विफल हो गए, और ऑटोपायलट ने कार को चरम पर शुरू कर दिया। सौभाग्य से, पायलटों ने हस्तक्षेप किया, और कोई आपदा नहीं हुई। कंप्यूटरों के प्रसार के साथ, कभी-कभी एक चौथा "आवाज" जोड़ा जाता है (या सेंसर के बजाय एक तीसरा) - "यह कैसे होना चाहिए" का एक गणितीय मॉडल।

निष्कर्ष

मुझे आशा है कि रॉकेट प्रौद्योगिकी की परिचित और अगोचर जटिलता आपके लिए अधिक परिचित हो गई है, ताकि पेलोड को सफलतापूर्वक हटाने के बाद, आप न केवल इसके लिए बल्कि रॉकेट के लिए भी खुश हो सकें।