Obsah > Aktuality > Články > O prvních amerických družicích Země > RAKETY * RAKETY * RAKETY

Foto 1 : K prozkoumání horních vrstev atmosféry vypouští SSSR v rámci pozorování Mezinárodního geofysikálního roku rakety, vybavené složitými přístroji. Na snímku je start rakety, která dosáhla výše 212 km. Na boku rakety jsou pouzdra s přístroji.RAKETY * RAKETY * RAKETY

Miroslav Miler

Křídla vlasti č.9 / 1958, str.10 - 12

PODLE ČEHO DĚLÍME RAKETY?

Raketové střely můžeme podle účelu zhruba rozdělit do šesti skupin:

  1. země - vzduch,
  2. země - země,
  3. vzduch - voda,
  4. vzduch - vzduch,
  5. vzduch - země,
  6. voda - země.

Podle dráhy letu (obr. 1) se dělí na:Rozdělení raket podle dráhy letu.

  1. Rakety s rovnou nebo mírně zakřivenou dráhou letu (t. j. rakety vypouštěné ze země na nepříliš vzdálené cíle; jsou to na příklad protitankové rakety).
  2. Aerodynamické střely s plochou dráhou letu (raketový motor přestává pracovat teprve nad cílem).
  3. Aerodynamické střely-kluzáky (vypouštěné strmě vzhůru, kde v určité výšce přestane pracovat raketový motor; když střela dosáhla setrvačností určitého kulminačního bodu, obrátí se k zemi a v hustších vrstvách atmosféry přejde do klouzavého letu, čímž se zvyšuje dolet).
  4. Balistické střely (raketový motor vynese střelu kolmo do určené výšky; další let dálkově je řízen. Když střela dosáhne předem vypočítaného bodu své dráhy, přestává pracovat raketový motor a střela se dále pohybuje po balistické křivce až k cíli).
  5. Nosiče družic (vlastně několikastupňové balistické střely, jejichž raketový motor pracuje až do okamžiku, kdy je družice uvedena do oběhu kolem Země. Tato poslední skupina střel je nejdokonalejším výtvorem raketové techniky).

Foto 1 : K prozkoumání horních vrstev atmosféry vypouští SSSR v rámci pozorování Mezinárodního geofysikálního roku rakety, vybavené složitými přístroji. Na snímku je start rakety, která dosáhla výše 212 km. Na boku rakety jsou pouzdra s přístroji.

SÄNGEROVA KONSTRUKCE

Jak je známo, nese raketa nejen palivo, ale i kyslík, nezbytný pro spalování. V současné době se používá mnoha druhů paliv, raketové motory však vycházejí většinou ze Sängerovy konstrukce, tzv. regenerativního raketového motoru: kapalné palivo prochází před vstřiknutím do spalovací komory chladičem, obklopujícím spalovací komoru a trysku, takže ochlazuje motor a současně se predehřívá (zvyšuje se tak tepelná účinnost motoru; kromě toho může být vnitřní stěna spalovací komory zcela tenká a přesto odolá tlakům spalných plynů).

Regenerativní raketový motor Walter HWK 109-509Na obr. 2 je znázorněn regenerativní raketový motor Walter HWK 109-509.
1 - přívod paliva T s nádrží (palivo T :57 % hydrátu hydrazinu, 30 % metanolu, 13 % vody);
2 - přívod paliva C z nádrží (palivo C :80 % peroxyd vodíku);
3 - palivové čerpadlo (T);
4 - palivové čerpadlo (C);
5 - turbina;
6 - výfuk páry z turbiny;
7 - rozdělovač (hlavní vyrovnávač tlaku);
8 - vyvíječ páry;
9 - spouštěcí nádržka;
10 - řídicí ventil;
11 - přívod paliva T do turbiny;
12 - vypouštěcí trubka;
13 - vypouštěcí ventil;
14 - filtr;
15 - přívod paliva C do chladicího pláště;
16 - spalovací komora;
17- podpěry pro pomocný motor;
18 - řídicí ventil turbiny;
19 - palivové potrubí (T);
20 - palivové potrubí (C);
21 - plynová páka
22 - výfuk z turbiny;
23 - přívod k pomocnému vyrovnávači tlaku;
24 - přívod do pomocného vyrovnávače tlaku;
25 - výfuk z turbiny 6;
26 - potrubí od hlavního vyrovnávače tlaku.

ŘÍZENÍ ZA LETU

Fáze startu nosné rakety.Složitou otázkou je také řízení rakety za letu. Používá se bud autopilotů s programovým regulátorem (na němž se podle výpočtů předem nastaví kurs), nebo řízení pomocí radiových vln. Tento způsob se uplatnil hlavně u nosičů družic, protože zde nesmí být odchylka od vypočítaného konečného bodu dráhy větší než 10 km. V první fázi (obr. 3 -1) letí raketa svisle vzhůru, poháněna motorem prvního stupně. Po několika vteřinách je palivo prvního stupně vyčerpáno (první stupeň se automaticky oddělí) a začne pracovat motor druhého stupně (obr. 3 -2). Když přestane pracovat motor druhého stupně, pohybuje se raketa určitou dobu setrvačností (pronikla již do výšek, kde je odpor vzduchu velmi malý). Konečně po zapojení motoru třetího stupně (obr. 3 -3) odpadne i druhý stupeň, který má stabilisační a řídící plošky ovladatelné radiovými signály. Dráhy dosud vypuštěných umělých družic země (kromě Exploreru II)Nyní je let rakety stabilisován otáčením kolem podélné osy (třetí stupeň začíná rotovat bezprostředně po zapojení motoru). Za krátkou dobu je spotřebováno palivo a poslední stupeň se začíná pohybovat po eliptické dráze kolem Země; jeho rychlost je v té době větší než 8000 m/vt. V posledních fázích (úsek 4 na obr. 3) musí být let rakety kontrolován co nejpřesněji: radiové vlny, vysílané několika radiostanicemi, vytvářejí jakýsi úzký kanál, jímž raketa letí; při sebemenší odchylce reaguje automatické zařízení ihned na změnu intensity vln a servomotory vzápětí opraví polohu kormidel. Další radiostanice sledují rychlost rakety; v okamžiku, kdy dosáhne stanovené rychlosti (a dráhy), vypne se radiovým signálem i motor posledního stupně, který se stává umělou družicí (obr. 3 -5). Dráhy dosud vypuštěných umělých družic země (kromě Exploreru II) jsou zakresleny na obr. 4; technické údaje viz tab. 1 a 2.


Tabulka 1:
  Sputnik I Sputnik II  Explorer I Vanguard l
Datum vypuštění 4.10.1957 3.11.1957 1.2.1958 17.3.1958
Váha, družice 83,6 kg  508,3 kg  13,96 kg  1,5 kg 
Rychlost posledního stupně rakety 29.000km/h  29.000km/h  29.000km/h  29.000km/h 
Oběžná doba družice 96,2 minut  103,7minut  115 minut  133 minut
Maximální výška letu družice
nad zemským povrchem
830 km  1700 km  2700 km  4000 km
Minimální výška letu družice
nad zemským povrchem
230 km  930 km  370 km  640 km
Úhel letu družice vzhledem k rovníku  65° 65° 35°  35° 
Délka družice xx 10,5 m  2m  xx
Průměr družice 0,58 m  2 m  0,15 m  0,16 m
Tvar koule kuželovitý válcovitý koule
Užitečný náklad vědecké přístroje pes a vědecké přístroje 4,5 kg věd.přístrojů vědecké přístroje
Křídla vlasti č.9/1958, str.11

Tabulka 2:
  Sovětská raketa
Americké rakety 
  (Sputnik II) (Explorer 1)  (Vanguard)
Délka 34,4 m 21,03 m  22,0 m
Průměr 4,95 m 1,78 m  11,14 m
Rozpětí hlavních řídicích ploch 7,1 m 3,65 m xx
Startovní váha 104 tun 28,5 tun 11 tun
Tah při startu 300 000 kp 37 650 kp 12 000 kp
Křídla vlasti č.9/1958, str.12

Foto 2 : Před namontováním na rakety se přezkušují ionisační a magnetické manometry.Foto 2 : Před namontováním na rakety se přezkušují ionisační a magnetické manometry


Foto 3 : Dispečerský radiofrekvenční interferometr. Přístroje na těchto snímcích byly umístěny do pouzder na bocích sovětské geofysikální rakety.Foto 3 : Dispečerský radiofrekvenční interferometr. Přístroje na těchto snímcích byly umístěny do pouzder na bocích sovětské geofysikální rakety.


VANGUARD

Již při vypuštění Exploreru I proběhly americkým tiskem zprávy, že námořnictvo připravuje na konec března pokus s raketou Vanguard (opět "grapefruitovou" družicí nebo - s malou obměnou podle deníku New York Herald Tribune - "Basketball-size moon", měsícem velikosti basketbalového míče). První název byl rozhodně případnější, neboť 17. března 1958 byla konečně vypuštěna druhá americká družice Vanguard I o průměru 16 cm a váze něco přes půl druhého kilogramu.

Raketa VanguardObr. 5 : 1 - družice o průměru 16 cm; 2 - vymršťovací mechanismus družice; 3 - baterie a startér - III. stupeň rakety; 4 - palivová nádrž II. stupně (dimethylhydrazin); 5 - nádrž na vodík; 6 - palivo pro pomocné čerpadlo; 7 - ochranný kryt družice; 8 - III. stupeň s motorem na pevné palivo; 9 - stlačené helium pro dopravu paliva do spalovacích komor motoru II. stupně; 10 - kyselina dusičná; 11 - motor III. stupně; 12 - palivová nádrž prvního stupně (ethylalkohol, benzin, silikonový olej); 13 - kapalný kyslík; 14 - motor I. stupně o 12000 kp tahu; doba hoření 125 až 140 vteřin.

Raketa Vanguard (obr. 5) je třístupňová; jednotlivé stupně jsou zasunuty teleskopicky do sebe. Dva první stupně jsou řízeny vychýlením motoru v rozsahu ± 5°; stabilisaci kolem podélné osy zabezpečují tangenciálně umístěné malé raketové motory (podobně je stabilisován i třetí stupeň). Jako paliva je pro motor prvního stupně používáno směsi ethylalkoholu, benzinu a silikonového oleje (okysličovadlem je kapalný kyslík), pro motor druhého stupně nesymetrického dimethylhydrazinu a kyseliny dusičné. Palivo je vháněno do spalovacích komor u prvního stupně čerpadlem (poháněným turbinou), u druhého stupně stlačeným heliem. Třetí stupeň je vlastně raketa na pevné palivo. V poslední fázi letu dosahuje raketa rychlosti 7630 m/vt (ve výši 480 km). Kryt posledního stupně rakety opisuje tutéž dráhu jako družice - podobně jako tomu bylo u Sputniku I.

SVĚTOVÝ REKORD

První sovětská raketa s kapalinovým motorem byla odpálena v roce 1933. V květnu 1949 byly vypuštěny rakety po prvé vertikálním směrem, do výše 110 km; nesly výzkumné zařízení o váze 120-130 kg, později až 1500 kg. V roce 1957 dosáhly již rakety s pokusnou aparaturou o váze 2200 kg výšky 212 km. Poslední známý výstup sovětské rakety do výše 473 km, s přístroji, vážícími 1520 kg, byl uskutečněn 21. února 1958 a je i současným (v r.1958) světovým rekordem. Předchozí světový rekord drželi Američané s dvoustupňovou raketou (kombinace německé rakety V-2 a rakety Vac Corporal dosažená výška 380 km), zatím co sovětská raketa byla jednostupňová.

Sovětská raketa je zřejmě vybavena neobvykle silnými motory na nový, zatím neznámý druh paliva. Jak se dovídáme ze Sovětského svazu, nebylo by problémem vynést s použitím této rakety zařízení o váze několika kilogramů na Měsíc; někteří sovětští vědci však připomínají, zda má cenu demonstrovat schopnost nosné rakety obrovského doletu, když by byla činnost výzkumných aparátů značně omezená. Ovšem, překvapení nejsou vyloučena.

Výzkum horních vrstev atmosféry sovětskou raketou překonává všechny dosud získané informace z vědeckých experimentů. Bylo to možné (kromě dosažené výšky) i početnou měřící aparaturou, která údaje z průběhu letu rakety předávala pozemním stanicím - částečně radiotelemetrickými přístroji - nebo je zaznamenávala na magnetofonový pás. Jak je známo, raketa se po skončení letu vrátila přesně na předem určené místo a tak mohly být všechny záznamy vyhodnoceny.

Foto 4 : Tak vypadal Explorer I (rozzářené tváře pod ním - zleva: Dr. W. Pickering, J. A. Allen, Dr. W. Braun).Foto 4 : Tak vypadal Explorer I (rozzářené tváře pod ním - zleva: Dr. W. Pickering, J. A. Allen, Dr. W. Braun).


Obr. 6 : Nejdůležitější části družice Explorer I (včetně motoru 4. stupně)Obr. 6 : Nejdůležitější části družice Explorer I (včetně motoru 4. stupně): 1 - kuželovitý kryt, 2 - teplotní sonda, 3 - snímače vnější teploty, 4 - snímač vnitřní teploty, 5 - nízkofrekvenční vysílač, 6 - vysokofrekvenční vysílač, 7 - přístroj měřící intensitu kosmického záření a registrující mikrometeority, 8 - mikrofon zaznamenávající nárazy mikrometeoritů, 9 - měřiče erose (způsobené mikrometeority), 10 - isolační prstence (ze sklotextilu), 11 - antény.

EXPLORER

ZÁVĚREM ještě několik doplňkových informací o umělé družici Explorer a její nosné raketě.

Družici válcovitého tvaru tvoří vlastně celý 1,22 m dlouhý IV. stupeň rakety, spojený pevně se schránkou (délka 0,76 m, průměr 0,15 m), v níž jsou uloženy nejdůležitější aparáty: přístroje registrující vnitřní i vnější teplotu, dva vysílače, nízkofrekvenční a vysokofrekvenční (108,03 MHz / 60 miliwatt, 108,00 MHz / 10 miliwatt, přístroje měřící intensitu kosmického záření a zaznamenávající srážky s mikrometeority (včetně registračního mikrofonu a erosních snímačů); přístroje vážily 4,5 kg (váha družice s přístroji: 8,22 kg, váha 4. stupně po vyhoření paliva: 5,74 kg; celková váha: 13,96 kg).

uložení raketových motorů ve druhém, třetím a čtvrtém stupniSchéma nosné rakety Exploreru IZákladem čtyřstupňové nosné rakety byla "prodloužená" střela Redstone s většími palivovými nádržemi a raketovým motorem Rocketdyne. Jako paliva bylo použito zvláštní směsi Hydyne; základem je hydrazin: směs má podobné vlastnosti jako ethylalkohol, hoří však déle, ve srovnání s ethylalkoholem přibližně o 12 %, a dává vyšší tah - (tah I. stupně rakety: 37.650 kp). Zbylé tři stupně byly opatřeny raketovými motory na pevné palivo typu Sergeant; druhý stupeň (délka 1,37 m, průměr 0,76 m) jich měl 11, třetí (délka 1,37 m), 4. a poslední, čtvrtý stupeň pouze jeden (motor byl spojen, jak je ostatně výše uvedeno, s vlastní družicí; celková délka 1,98 m, průměr 0,15 m). Raketový motor prvního stupně pracoval 2 minuty a 25 vteřin; dále letěla nosná raketa setrvačností. Teprve ve výšce 480 km, přibližně 6 minut 40 vteřin po vypuštění, byly radiovým signálem zapjaty motory druhého stupně. Ještě před dohořením paliva prvního stupně byly uvedeny zbylé stupně do rotace kolem podélné osy (700 ot/min); podařilo se tak jednak dokonale stabilisovat poslední tři stupně, jednak vyloučit jednostranné zahřívání družice slunečními paprsky. Poslední stupeň rakety dosáhl bezprostředně před uvedením družice na dráhu rychlosti 29 000 km/h. Družice začala obíhat Zemi přibližně za 7 minut a 5 vteřin od startu nosné rakety.

Obr. 7-1, 7-2 : Schéma nosné rakety Exploreru I a uložení raketových motorů ve druhém, třetím a čtvrtém stupni.


--------------------------------------------
Přepis článku: M.Filip
10.1.2008


Aktualizováno: 20.01.2008

[ Obsah | Články | O prvních amerických družicích Země | Program Explorer | Program Vanguard ]

Pokud není uvedeno jinak, jsou použité fotografie z NASA (viz. Using NASA Imagery) a dalších volně přístupných zdrojů.