Delta IV raket lyfter av. © The Boeing Company Foto av Carleton Bailie Vad gör raketer? Väl, när vi var barn, de var ett bra sätt att skjuta ett syskons leksaker in i grannens gård eller skicka din favorit actionfigur till "rymden". Men det är stora skillnader mellan de 2 fot långa modellraketerna som du lanserade på fotbollsplanen i skolan och de skyskrapa-stora raketer som idag hjälper till att stödja rymdprogrammet såväl som kommunikation, vetenskap och nationell säkerhet. Även om det allmänna syftet är detsamma, stiger främst från marken och upp i himlen, moderna raketer är otroligt kraftfulla och komplexa.
Raketer måste kunna lyfta sig själva och sina laster, som tillsammans kan väga så mycket som 800 ton, och flyga hundratals eller till och med tusentals miles ovanför jorden. Moderna raketer är i huvudsak rymdens fartyg och lastbilar, vårt främsta transportmedel till stjärnorna. I den här artikeln, vi ska titta på den nyaste medlemmen i Boeings etablerade Delta -raketfamilj, Delta IV Heavy raket, och se hur det möter de utmaningar som raketer står inför idag.
Innehåll
Så om raketer är ett medel för transport , precis vad transporterar de? Övervägande, en rakets last (eller nyttolast ) är en satellit (se hur satelliter fungerar). Eftersom de inte har möjlighet att lansera sig själva, satelliter Använd raketer för att komma upp från marken och göra det till rätt höjd över jorden.
Satelliter måste också komma till rätt bana ovanför jorden. En bana är en cirkulär väg som satelliten följer när den roterar runt jorden, på samma sätt som jorden och de andra planeterna i vårt solsystem kretsar runt solen. Olika banor cirkulerar jorden på olika höjder och med olika hastigheter. En satellits funktioner avgör vilken bana den måste följa. Raketer lyfter båda en satellit till rätt höjd och sätt in den i rätt bana .
Men raketer behöver vara mer än bara ett transportmedel. Satelliter är bra verktyg; de har revolutionerat kommunikationen och visat oss mer om vår planet och universum där vi lever än vi någonsin kunde ha upptäckt utan dem. Det enda satelliterna inte är, fastän, är billig. Alla de specialiserade komponenterna och deras mycket komplexa programvara, för att inte säga någonting om de enorma mängder bränsle som behövs för sjösättning, representerar stora investeringar i tid och pengar. Detta sätter press på raketingenjörer för att skapa raketer som kan leverera större och tyngre last i en enda flygning och göra det med lägre kostnad och högre tillförlitlighet och noggrannhet. Det är mycket billigare att använda en raket för att sätta två eller flera satelliter i omloppsbana. En annan utmaning är att noggrant leverera en satellit till en specifik plats i rymden där den mest effektivt kan gå in i sin bana. Satelliter är konstruerade för att fungera på ett exakt sätt på en exakt plats - om den levereras för långt bort från den optimala platsen, satellitens drivrutiner måste använda dyrbart bränsle för att göra skillnaden. Raketen måste vara tillräckligt pålitlig för att leverera sin last precis där den behöver vara.
Låt oss nu titta närmare på raketfamiljen Delta IV.
Lite raketbakgrundEnkla raketmotorer har funnits i århundraden. Ursprungligen uppfunnet i Kina, de har använts på senare tid som militär- enheter, främst för att leverera bomber. För mer information om deras historia och grundläggande funktioner, se Hur raketmotorer fungerar.
Rymdfarande raketer , dock, är en modern utveckling. Den 4 oktober, 1957, en raket från Sovjetunionen satte den första konstgjorda satelliten, kallad Sputnik 1 , i omloppsbana. Detta var både en stor teknisk prestation för Sovjetunionen och, inträffade som under det kalla kriget, ett väckarklocka för USA. En av de saker USA gjorde som svar var att skapa den första av Delta förbrukbara raketer . Byggd av Douglas Aircraft, Deltas design baserades på den mellanliggande ballistiska missilen Thor som ursprungligen utvecklades för det amerikanska flygvapnet. NASA genomförde den första framgångsrika Delta -lanseringen, skickar Echo 1A -satelliten till en bana den 12 augusti, 1960.
Sedan dess, programmet har fortsatt att utvecklas och utvecklas, varje ny version som innehåller ny teknik i känd teknik och producerar Delta II, Delta III- och Delta IV -raketfamiljer.
Läs mer
Delta IV -familjen © Boeing Company För närvarande, Delta IV -familjen har tre huvudkonfigurationer eller stilar:
Varje konfiguration har en första stadiet (de nedre två tredjedelarna av raketen) som innehåller bränsletankar och huvudmotorer och a andra fasen (den översta tredjedelen av raketen) som rymmer sekundärmotorn och bränsletankarna tillsammans med nyttolasten och olika elektronik. Medelkapacitetens första etapp består av en enda gemensam boosterkärna (CBC) som drivs av en RS-68-motor. Dess andra etapp drivs av en RL10B-2-motor och innehåller olika manövrerings- och höjdkontrollelektronik, till exempel Redundant Inertial Flight Control Assembly (RIFCA) som används på Delta II, samt tankar för bränsle och oxidator.
De Medium Plus-kapacitet har samma första stegskomponenter som Medium-kapaciteten men innehåller också antingen två eller fyra 1,5-m (60 tum) diameter, fast raket, remmar på grafitepoximotorer (GEM). Alla Medium-Plus-versioner använder RL10B-2-motorn för att driva den andra etappen, men versionerna 5.2 och 5.4 har bränsletankar med större diameter och längre oxiderande tankar än versionerna Medium och Medium-Plus 4.2.
Delta IV Heavy version © Boeing Company, Foto av Carleton Bailie De Tung kapacitet ser ut som en raket på steroider. Den har inte bara den främsta gemensamma boosterkärnan, men den innehåller också ytterligare två remförstärkare.
© Boeing Company, Foto av Carleton Bailie Var och en av de tre boostersna har sin egen RS-68-motor. Heavy-kapaciteten har också i sitt andra steg en bränsletank med en diameter på 5 meter och en diameter på 5 meter, maskinvara för nyttolast.
© Boeing Company Nu när du känner till den grundläggande strukturen för Delta IV -raketfamiljen, låt oss se hur alla de olika komponenterna fungerar tillsammans för att få den tunga kapaciteten från marken och upp i skyn. Som tidigare nämnts, raketen har två etapper. Den första etappen har ett mål:att få raketen från marken.
Den främre änden av Delta IV Heavy's gemensamma boosterkärna Foto med tillstånd av NASA Den nedre delen av varje gemensam boosterkärna (CBC) innehåller en RS-68 motor . Den mellersta delen innehåller bränsletankar , i detta fall flytande väte och flytande syre. För de två remmarna, det är allt som finns. De existerar uteslutande för att tillhandahålla extra bränsle och motorer som är nödvändiga för att lyfta tyngre nyttolast i en bana.
Ny för Delta IV -familjen, RS-68 är 30 procent mer effektiv än de flytande syre/fotogenmotorer den ersätter. Den har färre delar, gör det mer pålitligt och billigare, och är miljövänlig, producerar ånga som dess enda biprodukt. Det producerar också 650, 000 pund (2, 891 kN) med dragkraft vid lyftning. Kombinera de tre boosterkärnorna, Delta IV Heavy raket kan lyfta 50, 800 pund (23, 040 kg) till jordbana med låg jord. Den närmaste bror, Delta IV Medium-Plus (version 5.4), kan lyfta 25, 300 lbs (11, 475 kg) till samma bana. (För att lära dig mer om satellitbanor, se hur satelliter fungerar.)
TävlingenHur går Delta IV Heavy ihop med andra superraketer?
© Boeing Company En lansering börjar med att de tre RS-68-motorerna tänds och sedan lyfts av. Inom några minuter, de band-on CBC kastas (släpptes av huvudraketen), ha förbrukat sitt bränsle och tjänat sitt syfte att få raketen från marken. Efter det, de huvudmotor (den som är ansluten till den centrala CBC) är avstängd och de nedre två tredjedelarna av huvud-CBC, som består av huvudmotorn, de lägre bränsletankarna och mellanledet, som förbinder den första etappen med den andra etappen, är också jettisoned. Det som är kvar är andra fasen , består huvudsakligen av bränsletankar, RL10B-2 motor, vägledningselektronik och nyttolast, allt inneslutet i en skyddskotte som kallas a kåpa .
Jämfört med den första etappen, den andra etappen är som en ballerina som sitter på axlarna på en linebacker. Den kanske inte har den enorma kraften hos de tre boostermotorerna, men det har styrkan, balans och precision för att hantera den mer känsliga uppgiften att sätta en satellit i en hållbar och korrekt bana. När de första etappkomponenterna har fallit bort, den andra etappen tänder sin motor och bryter skyddande kåpa . Därefter är motorstoppet i andra etappen (SECO) -1 , där RL10B-2-motorn stängs av och andra etappen manövrerar med sina thrusterar genom en kustperiod. Vägledning tillhandahålls under andra etappen av flyg- och inställningskontrollsystem. Redundant Inertial Flight Control Assembly hjälper till att se till att raketen sätter in nyttolaster i rätt bana.
För sitt första flyg den 21 december, 2004, Delta IV Heavy innehöll tre satelliter, den primära DemoSat och två extra, studentbyggda satelliter, gemensamt kallad NanoSat-2. Under kustperioden för den första flygningen, NanoSat-2-satelliterna aktiverades och släpptes.
Två motorer startar om och stoppar ( SECO-2 , SECO-3 ) följde lanseringen av NanoSat-2. Dessa tillät det andra steget att spara energi.
© Boeing Company Eftersom Delta IV Heavy är så effektiv, den har det bränsle som är nödvändigt för att den ska kunna distribueras till nästan vilken höjd och bana som helst. Dessutom, eftersom motorerna i andra etappen gör det mesta av positioneringen och kan sätta in sina nyttolaster i omloppsbana med stor noggrannhet, satelliter förbrukar mycket mindre energi och kan använda det extra bränslet för att driva sina egna funktioner längre. När den andra etappen nådde den nödvändiga banan, de DemoSat nyttolast, nu i stånd att behålla sin egen bana, aktiverades och separerades från sin bärare.
21 december 2004 © The Boeing Company Foto av Carleton Bailie Den 21 december, 2004, den nyaste medlemmen i Delta IV -familjen lyfte från Cape Canaveral Air Force Station i Florida för sin jungfruflygning. Nästan sex timmar senare, raketen hade levererat sin nyttolast och slutfört uppdraget. Tyvärr, raketen kunde inte nå rätt bana. När forskare tittade på data, de bestämde att den första etappen bränningen inte var så lång som de hade förväntat sig att vara. Dock, med så mycket ny och uppgraderad teknik, Att bara få en sak att gå fel orsakade en relativt liten blixt på radarskärmen. Delta IV Heavy -rakets första testflygning uppfyllde alla dess stora testmål och ansågs vara en framgång.
Boeing planerar redan för förbättringar av Delta IV Heavy raketer och för skapandet av nästa generation av Deltas. Några av ändringarna i arbetet är modifieringar av huvudmotorn RS-68, tillägg av GEM till de tre CBC:erna och förbättringar av bränsletäthet och vägar.
För mer information om raketfamiljen Delta, Delta IV Heavy och relaterade ämnen, kolla in länkarna på nästa sida.
Källor
