Érdekes tények a rakétákról
Az ArianeGroup szakemberei válaszoltak a rakétákkal kapcsolatos kérdéseire. Az összes többi havi témát egy pillanat alatt megtalálhatja a Kérdéseink között? Szakértők válaszolnak!
Forrás: ArianeGroup GmbH
A rakéta sajátossága a meghajtásában rejlik: A repülőgép meghajtásával ellentétben vákuumban is működik. A repülőgép-turbináknak levegőre van szükségük, amelyet felszívnak, összenyomnak, majd felmelegítés után kiutasítanak a szükséges tolóerő előállításához. Az űr vákuumában ez a hajtás természetesen haszontalan: nincs semmi, amit a turbinák be tudnának szívni. Egy rakétának minden üzemanyagát magával kell hoznia.
A rakétákat az is meghatározhatja, hogy valójában hogyan "haladnak előre": A kipufogógázok tolják előre a rakétát - ellentétben egy autóval, amelyhez csak hulladéktermék. Isaac Newton már leírta ennek az alapját: A tömeg nagy sebességű felgyorsításához nagy erőre van szükség. Minél nagyobb a tömeg és annál gyorsabb a gyorsulás, annál nagyobbnak kell lennie ennek az erőnek. Tehát a rakétamotornak is hatalmas erőre van szüksége az előretoláshoz - a tolóerőre. Ezt a kilépő gázok visszahúzódásából kapja.
A visszaszámlálás fő célja a fő szakasz és - ha van ilyen - az ESC-A felső fokozatának folyékony oxigénnel és hidrogénnel történő feltöltése. Ezenkívül minden fontos rendszert tesztelnek. Amikor a visszaszámlálás eléri a "nullát", az Ariane 5 fő szakaszának motorja meggyújtja például a Vulcain-t. Amikor elérte teljes lökését és a számítógépes rendszer ellenőrizte, a szilárd tüzelőanyag-erősítők meggyulladnak: a rakéta felszáll.
A repülőgépekkel ellentétben rakétarepülésekkel kell szembenéznünk nagyon nagy sebességgel és ezáltal nagyon nagy, szinte áthidalhatatlan húzással. Ezért egy rakéta általában függőlegesen száll fel, mert ebben a repülési szakaszban az alacsony sebesség ellenére a légkör sűrűbb rétegeit a lehető leggyorsabban le kell győzni. Minél gyorsabban égeti a rakéta indításkor az üzemanyagot, annál könnyebbé válik, és annál gyorsabb.
Ezért olyan lépcsőrakétákat használnak, mint az Ariane 5: Ezekkel az üzemanyag-üres és így haszontalan lépést robbantják le, és a következő meggyullad. Ily módon a rakéta súlya egyre inkább csökken. A gyakorlatban az egész így néz ki: Amikor a visszaszámlálás eléri a "nullát", a fő szakasz meggyullad. Hét másodperccel később a szilárd tüzelőanyag-erősítők meggyulladnak, és a rakéta felszáll. Ezeket a rajt után körülbelül két és fél perccel robbantják. Röviddel ezután a hordozórakéta hasznos terhelését is ledobják.
Amikor a felső fokozat meggyullad, a fő pirogén fokozatot végül lefújják, és csak a rakéta felső szakasza marad meg. Most szállítja karrierjébe a hasznos terhet, például egy Galileo műholdat.
Az üzemanyag tekintetében megkülönböztetünk szilárd és folyékony üzemanyagot. A szilárd meghajtás a rakéta meghajtásának legrégebbi formája. Üzemanyaguk és oxidálószerük egyaránt szilárd anyag - egy műanyagszerű hordozóanyagba ágyazva. A folyékony tüzelőanyagok lehetnek egyrészt kirogén, nem tárolható üzemanyagok (például folyékony hidrogént és folyékony oxigént használnak a jövőben az Ariane 6-ban), másrészt pedig tárolható folyékony tüzelőanyagok (pl. Az Ariane 5 EPS-ben használt hidrazin nitrogén-tetroxiddal).
Jelenleg olyan üzemanyagokon dolgozunk, amelyek nemcsak hatékonyak és megbízhatóak, hanem zöldek is. Ennek vezető jelöltje a metán. Metán és LOX kombinációját kell használni a Prometheus motorban, amelyet az ArianeGroup jelenleg fejleszt.
Amint azt a rakéta funkciójával már fentebb leírtuk, nem az egész rakéta érkezik az űrbe. A középiskolának azonban a leghosszabb útja van, és végül a műholdat dobja pályájára. A többi alkatrészt, például a boostereket vagy a fő színpadot, az űrbe vezető úton robbantják le.
Az égett rakétaszakaszoktól, a törött műholdaktól a törmelékig és a részecskék festékéig: a föld körüli pályák tele vannak űrszeméttel. A "hulladék" szörnyű sebességgel mozog a pályákon, és nagyon veszélyes a rakétákra: több ezer kilométer/órás sebességgel még az alig egy centiméter átmérőjű alumínium töredék is romboló lövedékké válik. Amikor ez a törmelék eltalál egy rakétát, ugyanaz történik, mint amikor egy középkategóriás autó 50 km/h sebességgel hajt be a rakétába.
Az űrben tapasztalt másik veszély a kozmikus sugárzás, közismert nevén "űrsugárzás". Nem látja, nem érzi, mégis veszélyes lehet a rakéta "agyára": az áramkörök és a számítógépes chipek különösen érzékenyek a részecske záporokra. Ez egy nagy energiájú részecskesugárzás: Ez addig változik, amíg el nem éri a föld felszínét, mert a magas légkörben számos reakción megy keresztül gázmolekulákkal és más részecskékkel. A légkör hatalmas védőpajzsként működik, de minél tovább távolodunk a föld felszínétől, annál energikusabb részecskék érik testünket az űrből.
Tehát a rakéták számára mindenképpen kérdés: ha a részecskék rossz helyre érkeznek rossz helyre, akkor hamis jelet adhatnak, amelynek súlyos következményei lehetnek a programsorozat döntő részében, például a rendszer összeomlik. A rakéta fontos elektromos alkatrészei azonban a "kettős Lottchen" -ek, így meghibásodás esetén cserét biztosítanak. Ezenkívül az ember megvédi az "agyat" azáltal, hogy jól védi az elektromos készülékeket a sugárzástól.
Szerencsére a rakéta űrben tapasztalható veszélyei nagyon kicsiek: Mivel a rakéta az űrben csak viszonylag rövid ideig működik, a kockázat elhanyagolható.
Ez azonban nem vonatkozik az emberekre, ami különösen az űrhajósok számára jelenthet problémát.
A NASA kozmikus sugarak hatásaira vonatkozó tanulmányának részeként megvizsgálták ennek a nagy energiájú sugárzásnak az egerekre gyakorolt hatását. A kísérlet kimutatta, hogy a sugárzás intenzitása, mint például egy többéves Mars-küldetés esetén, csökkent teljesítményhez, memóriahiányhoz és eszméletvesztéshez vezethet.
A rakéta többsége nem jut el az űrbe, hanem visszaesik a földre vagy a tengerbe: Az emlékeztető, a főszínpad és a burkolat nem válik szemétté az űrben. A felső szint viszont az úgynevezett temetői pályára költözik, miután elkülönült a műholdtól: 3000 kilométerrel a műhold pályája felett már nem jelent problémát.
Annak érdekében, hogy a föld pályái a jövőben is használhatók legyenek, a francia űrtörvény a jövő összes európai rakétájára vonatkozik, például az Ariane 6-ra: előírja, hogy a rakéta egyetlen része sem maradhat az űrben egy küldetés után. Ily módon aktívan visszaszorítják az űrszemét gyártását.
Az űrutazás legnagyobb akadálya továbbra is a gravitáció. Mindenekelőtt ezek leküzdése még mindig nagyon költséges: a jelenlegi feladat az űrbe szállítás költségeinek csökkentése. A szövetségi kormány számára az űrpolitikájának középpontjában az emberek számára előnyös előny áll: az űrtechnológiáknak továbbra is választ kell adniuk olyan kihívásokra, mint a biztonság, a klímavédelem és a kommunikáció. A Németországi Szövetségi Köztársaság irányelvei egyértelműen az előnyökre és az igényekre összpontosítanak, a fenntarthatóság elvére való orientálódás és az intenzív nemzetközi, különösen az európai együttműködés.
Az ArianeGroup itt fontos szereplő: garantáljuk az űrhöz való hozzáférés jövőjét. Az Ariane 6-mal olcsó és mindenekelőtt Európa számára az űrhöz való független hozzáféréssel biztosítjuk a jövőt. Az Ariane 6 2020-ban indul, az Ariane 5 költségének felével és ugyanolyan megbízhatósággal.
Hová tart az űr? Először is az alkalmazkodóképességről: A cél olyan hordozórakéták kifejlesztése, amelyek alkalmazkodnak a hasznos teher igényeihez. A szállítási feladatok széles skáláját lehet hatékonyan végrehajtani.
A hangsúly az új gyártási technikák és anyagok fejlesztésére is irányul. Az ArianeGroup újrahasznosítható, azaz újrafelhasználható technológiák kifejlesztésén dolgozik. Nagy téma itt például az ALM: A 3D nyomtatási folyamat forradalmasítja a szerkezeti elemek tervezését és gyártását.
A Marsra tett utazás problémája kevésbé alapszik a távolságán, de elsősorban annak köszönhető, hogy a jelenleg drága pályára közlekedés folyik.A költséghatékonyabb űrutazás kialakításával egyidejűleg lehetőségeket kínálunk a Holdra és a Marsra történő utazásokra.
Miért akarunk még a Holdra és a Marsra utazni? Az emberi tudásszomj és kíváncsiság vezérli a kutatásokat a Holdra és a Marsra vezető utakra: a Naprendszer és a benne elfoglalt helyünk megértése, a megvilágosodás lehetővé tétele.
A jelenlegi kihívások, például az erőforrások szűkössége, például az energia, szintén szükségessé teszik az alternatív források kutatását. Az űrbe utazás értékes transzfereket jelenthet a földi élet számára, és javíthatja életminőségünket.
Több űrutazás egy helyen nem lehetséges: Bréma teszi különlegessé tudományterületeinek sokaságát. Az űrhajózási űrutazástól az Airbus Defense & Space-nél a csepptoronyban végzett alapkutatáson át a Galileo európai navigációs rendszer műholdjának fejlesztéséig az OHB Bremenben az űrutazás minden területe nagyon kicsi térben egyesül. Ez magában foglalja az Ariane-t is: Bremen az Ariane első repülése óta 39 éve fejleszti és építi a hordozórakéta szakaszait, és a rakéta legfontosabb része a felső szakasz több mint 20 éve. Az ArianeGroup Bremen az Ariane lényeges elemét fejleszti: a felső szakasz nélkül a műholdak nem szállíthatók pályára.
Amint megkezdődik az Ariane 5 építéséhez szükséges alapanyag beszerzése, Kourou-ban körülbelül három évre van szükség. Ebben az időszakban 13 európai ország mintegy 600 vállalata foglalkoztatja az Ariane indulásra való felkészülését.
A hordozórakéták elvileg nem arról szólnak, hogy hány kilométert tudnak megtenni, hanem arról, hogy legyőzik a gravitációs erőt. Ez azonnal megtörténik, amikor a menekülési sebesség túllépi: A menekülési sebességnél a teszt test, például egy rakéta energiája éppen elegendő ahhoz, hogy további meghajtás nélkül elkerülje egy olyan égitest gravitációs potenciálját, mint a föld. Ekkor a bejárható út végtelen, a rakéta végtelenül "sodródik" az űrben.
Az Ariane 5, Európa legerősebb rakétája körülbelül 30 millió lóerős. Más szóval: Brementől Münchenig mindössze 90 másodperc alatt.
Teljesítményüket azonban mindig a küldetés határozza meg, vagyis hogy melyik pályára kerül a műhold: A műhold geostacionárius pályán történő elhelyezéséhez más sebességre van szükség, mint a földközeli pályán lévő LEO-hoz. Tehát kevésbé a maximális lehetséges sebességről van szó, sokkal inkább a küldetéshez szükséges sebességről.
Az Ariane család a francia-német együttműködés terméke.
Ezt tükrözik az ArianeGroup szállítói is: Például mintegy 60 német beszállító vesz részt az Ariane 5 ESC-A felső szakaszának építésében. A német vállalatok az építményektől a tartályokon át a kábelekig, dugókig vagy ragasztókig sokféle alkatrészt szállítanak, amelyek nélkülözhetetlenek az Ariane számára.
Ezen túlmenően az MT Aerospace például fontos partnere az Ariane-nak: Az augsburgi székhelyű vállalat Bréma telephelyén keresztül szállítja az Ariane 6 felső szakaszának tartályát.
De az Ariane nem csak francia-német kezekből származik, hanem európai jellegű: a folyékony meghajtási rendszer elemei Olaszországból származnak, Románia szállítja a felső folyékony meghajtású modul tartály alkatrészeit, az Ariane burkolat alkatrészei Svájcból származnak. 13 európai ország összesen 600 vállalata vesz részt egy Ariane építésében.