Zaujímavosti o raketách
Odborníci spoločnosti ArianeGroup odpovedali na vaše otázky týkajúce sa rakiet. Všetky ďalšie mesačné témy nájdete v krátkosti v našich Otázkach? Odpovedajú odborníci!
Zdroj: ArianeGroup GmbH
Zvláštnosťou rakety je v prvom rade jej pohon: Na rozdiel od leteckého pohonu pracuje aj vo vákuu. Turbíny lietadla potrebujú vzduch, ktorý je nasávaný, stlačený a potom vytlačený po zahriatí, aby sa vytvoril potrebný ťah. Vo vesmírnom vákuu je tento pohon samozrejme zbytočný: nie je tam nič, čo by mohli turbíny nasávať. Raketa musí preto priniesť všetko svoje vlastné palivo.
Rakety možno definovať aj podľa toho, ako sa skutočne „posúvajú vpred“: Sú to práve výfukové plyny, ktoré tlačia raketu dopredu - na rozdiel od automobilu, pre ktorý sú iba odpadovým produktom. Isaac Newton už opísal základ pre toto: Na urýchlenie hmoty na vysokú rýchlosť je potrebná veľká sila. Čím je hmotnosť väčšia a čím rýchlejšie je zrýchlenie, tým väčšia musí byť táto sila. Raketový motor teda potrebuje na jeho posunutie dopredu tiež obrovskú silu - ťah. Získava to vďaka spätnému rázu unikajúcich plynov.
Hlavným účelom odpočítavania je natankovať hlavný stupeň a - ak je k dispozícii - horný stupeň ESC-A kvapalným kyslíkom a vodíkom. Okrem toho sú testované všetky dôležité systémy. Keď odpočítavanie teraz dosiahne „nulu“, motor hlavného stupňa na Ariane 5 napríklad zapáli Vulcain. Keď dosiahne plný ťah a skontroluje ho počítačový systém, zosilňovače tuhého paliva sa zapália: raketa vzlietne.
Na rozdiel od lietadiel musíme čeliť raketovým letom s veľmi vysokou rýchlosťou a teda s veľmi vysokým, takmer neprekonateľným odporom. Preto raketa zvyčajne štartuje vertikálne, pretože aj napriek nízkej rýchlosti v tejto letovej fáze je dôležité čo najrýchlejšie prekonať hustejšie vrstvy atmosféry. Čím rýchlejšie raketa pri štarte spaľuje palivo, tým je ľahšia a zrýchľuje.
Preto sa používajú krokové rakety ako Ariane 5: S nimi sa odstrelí palivový prázdny a tým zbytočný krok a zapáli sa ďalší. Týmto spôsobom sa hmotnosť rakety znižuje čoraz viac. V praxi to celé vyzerá takto: Keď odpočítavanie dosiahne „nulu“, zapne sa hlavný stupeň. O sedem sekúnd neskôr sa zosilňovače tuhého paliva vznietia a raketa vzlietne. Tie sú odstrelené asi dve a pol minúty po štarte. Krátko nato sa odhodí aj kapotáž nosiča.
Keď sa horný stupeň zapáli, hlavný pyrogénny stupeň sa nakoniec odfúkne a zostane iba horný stupeň rakety. Teraz prenáša užitočné náklady, napríklad satelit Galileo, na svoju kariéru.
Pokiaľ ide o palivo, rozlišuje sa medzi tuhými a kvapalnými palivami. Tuhý pohon je najstaršou formou raketového pohonu. Ich palivo aj oxidant sú pevné látky zaliate do plastovej nosnej látky vyrobenej z plastu. Kvapalné palivá môžu byť buď kyrogénne, neskladovateľné palivá (napr. Kvapalný vodík s kvapalným kyslíkom, bude sa používať v budúcej Ariane 6), a na druhej strane skladovateľné kvapalné palivá (napr. Hydrazín s oxidom dusičitým, používaný v Ariane 5 EPS).
V súčasnosti pracujeme na palivách, ktoré sú nielen účinné a spoľahlivé, ale aj ekologické. Hlavným kandidátom na to je metán. Kombinácia metánu a LOX sa má použiť v motore Prometheus, ktorý v súčasnosti vyvíja skupina ArianeGroup.
Ako už bolo opísané vyššie s funkčnosťou rakety, nie celá raketa prilieta do vesmíru. Strednú školu však čaká najdlhšia cesta a nakoniec satelit na svoju obežnú dráhu odhodí. Cestou do vesmíru sú odpálené ďalšie komponenty, ako sú zosilňovače alebo hlavný stage.
Od spaľovaných raketových stupňov, rozbitých satelitov až po trosky na maľovanie častíc: obežné dráhy okolo Zeme sú plné vesmírneho odpadu. „Šrot“ sa pohybuje na obežných dráhach závratnou rýchlosťou a pre rakety je veľmi nebezpečný: rýchlosťou niekoľko tisíc kilometrov za hodinu sa dokonca aj hliníkový fragment s priemerom iba jedného centimetra stane ničivým projektilom. Keď tieto trosky zasiahnu raketu, stane sa to isté, ako keď do strely vrazí auto strednej triedy rýchlosťou 50 km/h.
Ďalším nebezpečenstvom, ktoré sa vo vesmíre stretáva, je kozmické žiarenie, ktoré sa bežne nazýva „vesmírne žiarenie“. Nevidíte to, necítite a napriek tomu to môže byť pre „mozog“ rakety nebezpečné: obvody a počítačové čipy sú obzvlášť citlivé na sprchy častíc. Toto je vysokoenergetické žiarenie častíc: Mení sa až do dosiahnutia zemského povrchu, pretože vo vysokej atmosfére prechádza mnohými reakciami s molekulami plynu a inými časticami. Atmosféra funguje ako obrovský ochranný štít, ale čím ďalej sa vzďaľujeme od zemského povrchu, tým viac energetických častíc z vesmíru zasahuje naše telá.
Pre rakety to určite predstavuje problém: Ak častice dorazia na nesprávne miesto v nesprávnom čase, môžu vyprodukovať falošný signál, čo môže mať vážne následky v rozhodujúcej časti postupnosti programu, napríklad zrútenie systému. Dôležitými elektrickými komponentmi rakety sú však „dvojité dávky“, aby sa v prípade ich zlyhania poskytla náhrada. Ďalej človek chráni „mozog“ tým, že dobre chráni elektrické prístroje pred žiarením.
Nebezpečenstvo, s ktorým sa raketa vo vesmíre stretne, je našťastie veľmi malé: Pretože raketa zostáva vo vesmíre funkčná iba relatívne krátku dobu, riziko je zanedbateľné.
To však neplatí pre ľudí, čo by mohlo robiť problém najmä astronautom.
V rámci štúdie NASA o účinkoch kozmického žiarenia boli skúmané účinky tohto vysokoenergetického žiarenia na myši. Experiment ukázal, že intenzita žiarenia, ktorá sa môže vyskytnúť na viacročnej misii na Marse, môže viesť k zníženiu výkonu, deficitu pamäte a strate vedomia.
Väčšina rakiet nedosiahne vesmír, ale spadne späť na zem alebo do mora: Posilňovač, hlavné pódium a kapotáž sa vo vesmíre nestanú zbytočnými. Horná úroveň sa naopak po oddelení od satelitu presunie na takzvanú cintorínsku obežnú dráhu: 3 000 kilometrov nad obežnou dráhou satelitu už nie je problém.
Aby bolo možné obežné dráhy Zeme ešte v budúcnosti využiť, francúzsky vesmírny zákon sa vzťahuje na všetky európske rakety budúcnosti, napríklad na Ariane 6: Stanovuje, že po ukončení misie nemôžu vo vesmíre zostať žiadne časti rakety. Týmto spôsobom sa aktívne obmedzuje výroba vesmírneho odpadu.
Najväčšou prekážkou v cestovaní vesmírom je stále gravitácia. Ich prekonanie je predovšetkým stále veľmi nákladné: súčasnou úlohou je znížiť náklady na dopravu do vesmíru. Pre federálnu vládu predstavuje osobitný prínos pre ľudí zameranie jej vesmírnej politiky: Vesmírne technológie by mali naďalej poskytovať odpovede na výzvy, ako sú bezpečnosť, ochrana podnebia a komunikácia. Pokyny Spolkovej republiky Nemecko sú jasným zameraním na výhody a potreby, zameraním na princíp udržateľnosti a intenzívnu medzinárodnú, najmä európsku spoluprácu.
ArianeGroup je tu dôležitým hráčom: Garantujeme budúcnosť prístupu do vesmíru. S Ariane 6 zabezpečujeme budúcnosť lacným a predovšetkým nezávislým prístupom do vesmíru pre Európu. Ariane 6 začne v roku 2020 s polovičnými nákladmi na Ariane 5 a s rovnakou spoľahlivosťou.
Kam smeruje vesmír? Najskôr o adaptabilite: Cieľom je vyvinúť nosné rakety, ktoré sú prispôsobené potrebám užitočného zaťaženia. Účinne je možné vykonávať širokú škálu dopravných misií.
Pozornosť sa tiež zameriava na vývoj nových výrobných techník a materiálov. ArianeGroup pracuje na vývoji recyklovateľných, teda opakovane použiteľných technológií. Hlavnou témou je tu napríklad ALM: Proces 3D tlače predstavuje revolúciu v dizajne a výrobe konštrukčných komponentov.
Problém cesty na Mars sa menej netýka jeho vzdialenosti, ale je to hlavne v dôsledku v súčasnosti nákladnej dopravy na obežnú dráhu. S vývojom nákladovo efektívnejšej trasy do vesmíru súčasne otvárame možnosti výletov na Mesiac a Mars.
Prečo vlastne chceme cestovať na Mesiac a Mars? Je to ľudská túžba po vedomostiach a zvedavosti, ktorá vedie k výskumu ciest na Mesiac a Mars: porozumieť slnečnej sústave a nášmu miestu v nej a umožniť osvietenie.
Súčasné výzvy, ako je nedostatok zdrojov, napríklad energie, si tiež vyžadujú výskum alternatívnych zdrojov. Cesta do vesmíru môže poskytnúť cenné prevody pre život na zemi a zlepšiť našu kvalitu života.
Viac vesmírnych letov na jednom mieste nie je možné: Brémy predovšetkým ozvláštňujú množstvo disciplín. Od astronautického vesmírneho cestovania v spoločnosti Airbus Defence & Space cez základný výskum na veži s vysunutím po vývoj satelitu pre európsky navigačný systém Galileo v OHB Bremen sú všetky oblasti vesmírneho cestovania spojené na veľmi malom priestore. Patrí sem aj Ariane: už 39 rokov, od prvého letu Ariane, Brémy vyvíjali a stavali stupne odpaľovacieho zariadenia a horný stupeň bol najdôležitejšou súčasťou rakety už viac ako 20 rokov. ArianeGroup Bremen vyvíja podstatnú zložku Ariane: bez horného stupňa nemôžu byť satelity dodávané na obežnú dráhu.
Len čo sa začne obstarávanie surovín na stavbu Ariane 5, v Kourou bude trvať zhruba tri roky. V tomto období je asi 600 spoločností v 13 európskych krajinách zaneprázdnených prípravou Ariane na cestu.
V zásade nejde pri nosných vozidlách o to, koľko kilometrov dokážu prejsť, ale skôr o to, aby prekonali gravitačnú silu. To sa stane, akonáhle je prekročená úniková rýchlosť: Pri únikovej rýchlosti je energia skúšobného telesa, napríklad rakety, dostatočná na to, aby bez ďalšieho pohonu unikla z gravitačného potenciálu nebeského telesa, ako je Zem. Potom je cesta, ktorú je možné pokryť, nekonečná, raketa sa nekonečne „posúva“ okolo vo vesmíre.
Ariane 5, najsilnejšia raketa v Európe, má výkon okolo 30 miliónov hp. Inými slovami: z Brém do Mníchova iba za 90 sekúnd.
Ich výkon však vždy určuje misia, to znamená, na ktorú obežnú dráhu sa má satelit dostať: Umiestnenie satelitu na geostacionárnu obežnú dráhu GEO vyžaduje inú rýchlosť ako jeho umiestnenie na LEO na nízkej obežnej dráhe. Nejde teda o maximálnu možnú rýchlosť, ale skôr o rýchlosť potrebnú pre misiu.
Rodina Ariane je produktom francúzsko-nemeckej spolupráce.
Toto sa odráža aj na dodávateľoch spoločnosti ArianeGroup: Napríklad na výstavbe horného stupňa Ariane 5 ESC-A sa podieľa okolo 60 nemeckých dodávateľov. Nemecké spoločnosti dodávajú najrôznejšie diely, ktoré sú pre Ariane nevyhnutné, od konštrukcií cez nádrže až po káble, zástrčky alebo lepidlá.
Napríklad MT Aerospace je pre Ariane dôležitým partnerom: Spoločnosť so sídlom v Augsburgu dodáva nádrž pre horný stupeň Ariane 6 prostredníctvom svojej brémskej pobočky.
Ariane ale nepochádza iba z francúzsko-nemeckých rúk, má aj európsky charakter: prvky systému kvapalného pohonu pochádzajú z Talianska, Rumunsko je dodávateľom častí nádrže na horný kvapalinový pohonný modul, komponenty pre obklad Ariane pochádzajú zo Švajčiarska. Na výstavbe Ariane sa podieľa celkovo 600 spoločností z 13 európskych krajín.