8.1. Co lepsze: rakieta jednorazowa czy wielokrotnego użytku ?To jest lepsze, co jest ekonomicznie lepiej uwarunkowane.Decyduje komercyjnie oszacowany koszt wyniesienia ładunku w kosmos na zadaną orbitę oraz możliwa do osiągnięcia częstotliwość startów danego środka transportowego. Transportowiec wielokrotnego użytku koncepcji zbliżonej do amerykańskiego projektu VentureStar zapewniłby dużą częstotliwość startów i niskie koszty wyniesienia ładunku na LEO przy jednocześnie małych nakładach na obsługę naziemną, ale niestety aktualna technologia, przy akceptowalnym poziomie finansowania, nie pozwoliła ukończyć przedsięwzięcia z sukcesem. Inną drogą jest próba podjęcia seryjnej produkcji rakiet jednorazowych budowanych ze znormalizowanych części składowych, przy wykorzystaniu w pełni zautomatyzowanych linii produkcyjnych. Tę ideę obecnie wdrażają Amerykanie dla rodziny rakiet Delta-4 i Atlas-5, a Rosjanie dla Angary. W przewidywalnej przyszłości 10-15 lat transport kosmiczny należeć będzie nadal do koncepcji "brutal force" reprezentowanej przez wielostopniowe rakiety startujące pionowo, ale wytwarzane tanio, seryjnie, przy bardzo dużym współczynniku niezawodności. Możliwe są tylko takie modyfikacje tej metody, że mogą być podejmowane próby odzyskiwania bądź to pierwszego stopnia rakiety ("core stage"), bądź tylko drogich silników stopnia pierwszego, ale nie wcześniej niż za 10 lat.
8.2. Jak wypada porównanie N-1 do Saturna-V ?Choć obie rakiety miały w zamyśle służyć do tego samego celu - dostarczenia ludzi na Księżyc, to różnice pomiędzy nimi były spore. Poniższa tabelka przedstawia niektóre podstawowe dane.
Ponieważ głównym celem budowy obu gigantów było osiągnięcie pierszeństwa w lądowaniu na Księżycu, to oba kraje podchodziły do tematu prestiżowo. Gdy, jak w wypadku ZSRR, brakowało możliwości technologicznych budowy silnika o dużym ciągu, bądź też kriogenicznego, zdecydowano się na rozwiązania dosyć kuriozalne. Pięć silników F-1 pierwszego stopnia Saturna, zastąpiono w N-1 trzydziestoma silnikami NK-33. Gdy stwierdzono, że udźwig rakiety będzie za mały, by wynieść trzyosobowy statek kosmiczny i dwuosobowy lądownik - zmniejszono skład załogi do dwóch kosmonautów, z których tylko jeden miał lądować na Księżycu.
8.3. Jakie są najpotężniejsze obecnie używane rakiety ?Największy ładunek na niską orbitę okołoziemską wynosi obecnie amerykański system STS (wahadłowiec). W chwili odłączenia zbiornika zewnętrznego, wraz ze swoim ładunkiem, wahadłowiec ma masę około 115 ton. Masa samego ładunku użytecznego w ładowni może wynosić około 25 ton, natomiast masa startowa całego kompleksu STS wynosi około 2050 tonWśród klasycznych, jednorazowych rakiet prym dzierży rosyjski Proton-M, z czwartym stopniem Briz-M. Jego udźwig na LEO wynosi około 24 ton. Masa startowa wynosi około 950 ton. Jeśli chodzi o udźwig na GEO, to prym wiedzie Titan-4B, który zdolny jest bezpośrednio dostarczyć na orbitę geostacjonarną ładunek o masie ponad 5,7 tony.
8.4. Dlaczego tak trudno zbudować rakietę jednostopniową ?Budowa rakiety jednostopniowej, bądź ogólnie pojętego jednostopniowego środka transportu kosmicznego, boryka się z następującymi trudnościami:
W USA, także pod koniec lat 90-tych XX w., prywatna firma Rotary Rocket próbowała skonstruować pojazd jednostopniowy o nazwie "Roton", charakteryzujący się tym, że procedura lądowania atmosferycznego wspomagana była u niego przez wirnik (rotor) jak u śmiegłowca przyziemiającego z wykorzystaniem zjawiska autorotacji. Problemy finansowe u inwestorów i potencjalnych klientów Rotary Rocket (firmy promujące telefonię satelitarną jak np. Iridium) zmusiły jednak do zaprzestania prac nad tym dość awangardowym pomysłem.
8.5. Czy odpala się rakiety z samolotów ?Obecnie używaną rakietą starującą z platformy lotniczej (samolot L1011) jest amerykańska rakieta Pegasus (stosuje się ją w trzech wariantach, najczęściej model XL). Pierwszy jej stopień wyposażony jest w powierzchnie aerodynamiczne (skrzydła) poprawiające ekonomiczność zużycia paliwa w fazie lotu atmosferycznego.Istniał też i radziecki prototyp o nazwie "Burłak" przeznaczony do odpalania spod bombowca strategicznego TU-160 lub przy wykorzystaniu wersji pasażerskiego TU-144, ale wraz z upadkiem ZSRR projektu zaniechano. Starty tego typu rakiet odbywają się typowo na wysokości od 10 do 15 km przy prędkościach bliskodźwiękowych, co umożliwia ominięcie problemów z pokonywaniem gęstych warstw atmosfery ziemskiej i potrzeby stosowania stopni startowych o dużej mocy.
8.6. Jak rakieta wchodzi na orbitę skoro startuje pionowo ?Rakiety kosmiczne startują pionowo i ich lot w pierwszej fazie odbywa się po trajektorii zbliżonej do pionu ze względu na to, że opłaca się jak najszybciej opuścić gęste warstwy ziemskiej atmosfery, które powodują duże straty energetyczne. W fazie lotu, gdy rakieta przekracza prędkość dźwięku, występuje też maksymalny opór aerodynamiczny (MAX-Q), po ustąpieniu którego, przy prędkości naddźwiękowej, korygowana jest trajektoria wzlotu na coraz bardziej horyzontalną. W pełni prostopadły do pionu wektor ciągu rakieta osiąga dopiero podczas pracy drugiego stopnia, gdy rozpędza się ona do prędkości pozwalającej jej (ładunkowi rakiety) znaleźć się bądź na stabilnej, bądź na prawie stabilnej (wymagającej dalszej korekty - ukołowienia) orbicie wokółziemskiej.
8.7. Jakie paliwa stosuje się we współczesnych rakietach ?Po okresie eksperymentowania z różnymi paliwami, aktualnie używane są następujące:
8.8. Jak kształtują się koszty współczesnych rakiet ?Dokładnych danych raczej nie podaje się, bo często stanowi to tajemnicę handlową. Różnie też można rzecz kalkulować i na przykład:
Za najdroższą rakietę przeznaczoną do wynoszenia ładunków (bezzałogowych) uchodzi Titan-4B, którego operatorem jest USAF (US Air Force). Podczas wynoszenia satelity DS-22 (2004 r.) podano do wiadomości publicznej takie koszty: Titan-4B: 396 mln. USD, IUS(kick motor): 111 mln. USD Sumjąc te dwie kwoty uzyzyskujemy kwotę 507 mln. USD jaką płaci się USAF za wyniesienie cennego ładunku na orbitę geostacjonarną. Koszt startu europejskiej rakiety Ariane-5 szacowany jest na 120 mln. USD. W przypadku rakiety Proton/Breez-M (najcięższa wersja), koszty startu zależą, czy operatorem jest Rosja, czy amerykańsko-rosyjska firma ILS (International Launch Services). Dla "rosyjskiego" Protona, koszt startu wynosi od 50 do 70 mln. USD, a w przypadku, gdy start obsługuje ILS - 100 do 120 mln. USD. Powszechnie używaną rakietą do wynoszenia sond kosmicznych jest amerykańska Delta-2. Start tej rakiety szacuje się na 60 mln. USD. Niestety, w wyniku zmniejszania się liczby rocznych startów rakiet, zmniejszania się zapotrzebowania na transport kosmiczny, ceny startów nie maleją, ale rosną. Nawet rakiety najnowszej generacji (Delta-4, Atlas-5) nie osiągną znacząco niższego kosztu transportu 1kg ładunku niż ich poprzedniczki sprzed 30 lat! Drastyczne zmniejszenie kosztów transportu kosmicznego można jedynie uzyskać poprzez opracowanie systemu, który zapewni częściową, bądź istotną odzyskiwalność oraz - co najważniejsze - skróci do minimum przeglądy serwisowe między lotami, co zaowocuje większą liczbą startów jednego środka transportowego w ciągu okresu rozliczeniowego (roku fiskalnego). Przy powtarzalności startów rzędu 2-3 na rok, nie zbuduje się taniego i efektywnego transportowca, bez względu na to czy będzie odzyskiwalny, czy nie.
8.9. Dlaczego rosyjskie rakiety przewożone są na start w pozycji poziomej ?Istnieją dwie przyczyny, powodujące przewożenie rosyjskich rakiet na miejsce startu w pozycji poziomej.Po pierwsze, rakiety te są przystosowane do startów w znacznie trudniejszych warunkach klimatycznych, niż rakiety amerykańskie. Widok rosyjskich rakiet kosmicznych (i to z załogą na pokładzie!), startujących podczas burzy śnieżnej, przy wietrze wiejącym z prędkością 80 km/h i temperaturze rzędu -20°C, nie jest zjawiskiem odosobnionym. Ponieważ nienapełnione materiałami pędnymi rakiety wywożone są na stanowisko startowe zaledwie 2 dni (rakiety rodziny R-7, np. Sojuz; w przypadku Protona jest to 5-6 dni) przed startem, to w warunkach klimatycznych panujących w Plesiecku czy na Bajkonurze (długotrwałe mrozy i opady śniegu), najczęściej oznacza to konieczność wywozu pustej rakiety z kompleksu montażowo-obsługowego (MIK) w takich właśnie trudnych warunkach. Pusta rakieta stojąca pionowo byłaby bardzo wrażliwa na uszkodzenie, lub nawet przewrócenie przez stosunkowo niewielki powiew wiatru. Po ustawieniu na platformie startowej, rakieta mocowana jest potężnymi obejmami, a po napełnieniu jej paliwem, jest stabilna i niewrażliwa na porywy wiatru. Drugim powodem jest odmienna od amerykańskiej filozofia budowy niektórych kompleksów startowych. W przypadku ciężkich rakiet (Saturn V, Space Shuttle) są one montowane w pozycji pionowej od razu na platformie startowej i razem z nią transportowane na wyrzutnię. Masa takiego zestawu sięga 6-7 tysięcy ton. Kompleksy rosyjskie są wyposażone w stałe, masywne platformy startowe.
8.10. Czym jest "rakieta balistyczna" ?Jest to rakieta, której lot składa się z dwóch faz:
Pierwsze amerykańskie próbne loty załogowe na granicę kosmosu odbywały się po trajektoriach balistycznych; później dopiero przystąpiono do prób satelizowania statku załogowego. Chiny poszły inną drogą i po serii testowych bezzałogowych lotów orbitalnych nastąpił lot z załogą (1 osoba) na pokładzie w pełnym zakresie misji. Rodząca się obecnie komercyjna turystyka kosmiczna także będzie z początku wykorzystywać trajektorie balistyczne dla załogowych pojazdów kosmicznych, które osiągać będą pułapy do 200 km, zapewniając turystom kilku-kilkunastominutowy stan nieważkości w przestrzeni formalnie uznawanej już za kosmos. Pierwszy taki lot wykonano 2004-06-21 na statku kosmicznym "SpaceShipOne" (statek dwuczłonowy składający się z samolotu odrzutowego transportującego na wysokość ok. 15 km uskrzydlony człon rakietowy zdolny do powrotu lotem ślizgowym i lądowania na pasie lotniska), skonstruowanym przez firmę Scaled Composities i konstruktora Burta Rutana. Statek osiągnął pułap 100,1241 km, co kwalifikuje lot podług wymogów FAI jako kosmiczny. Lot w stanie nieważkości trwał około 3,5 minuty, a pilotował go Mike Melvill. 2004-10-04 statek "SpaceShipOne" zdobył nagrodę X-Prize w wysokości 10 mln. USD, odbywając dwukrotnie lot na pułap powyżej 100 km z pilotem na pokładzie i balastem równoważnym dwóm pasażerom.
8.11. Jakie są obecne używane kosmodromy?Za definicję komodromu przyjmiemy "miejsce, z którego startują obiekty kosmiczne zdolne przynajmniej do satelizacji wokół Ziemi".Aktualnie wykorzystywane kosmodromy:
[*] Kosmodrom Bajkonur znajduje się w niepodległym Kazachstanie i jest dzierżawiony przez Rosję.
8.12. Jak długo może pozostawać w kosmosie satelita geostacjonarny ?Techniczną żywotność tych satelitów głównie wyznaczają zapasy paliwa do silniczków korekcyjnych, wszak wpływy grawitacyjne układu Ziemia-Księżyc nie są do zaniedbania, jeśli trzeba utrzymywać precyzyjnie pozycję takiego satelity (w tzw. slocie). Dawniej, gdy stosowano hydrazynę, żywotność satelity GEO nie przekraczała 5-10 lat i tak też było w praktyce. Obecnie coraz powszechniej stosuje się do korekcji silniki jonowe. Pozwala to utrzymywać satelicie stabilną pozycję przez minimum 15 lat. To dziś standard. Ograniczenia wynikają też z żywotności nadawczych układów mikrofalowych, ale jakoś się z tym już uporano na tyle, że 15 lat nie stanowi poważnego problemu.Wyeksploatowany satelita GEO jest "kopniakiem śmierci" (resztkami paliwa) przenoszony na orbitę wyższą niż GEO i tam zasila liczebnie inne latające wraki. Trudno zaś powiedzieć, ile te wraki będą latać na swych orbitach, gdyż nie podlegają one hamowaniu przez atmosferę ziemską, a jedynie wpływom grawitacyjnym układu Ziemia-Księżyc, które w bardzo długim przedziale czasowym mogą na tyle zaburzyć ich orbity, że staną się one na tyle eliptyczne, że dojdzie do zauważalnego wpływu atmosfery ziemskiej. Jednak spokojnie można szacować ten czas na setki tysięcy lat.
8.13. Co nazywamy "lądowaniem balistycznym" ?Jest to powrót z orbity bez wykorzystania w pełni własności aerodynamicznych lądownika. Dla przykładu lądownik statku kosmicznego Sojuz posiada doskonałość aerodynamiczną w zakresie
W praktyce przeciążenia podczas lądowania Sojuzów wynosiły zazwyczaj Sojuz 1, Sojuz 5, Sojuz 18-1, Sojuz 33, Sojuz TM-31, Sojuz TMA-1.
| |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||