Decollo del razzo Delta IV. © The Boeing Company Foto di Carleton Bailie Cosa fanno i razzi? Bene, quando eravamo bambini, erano un ottimo modo per sparare ai giocattoli di un fratello nel cortile di un vicino o inviare la tua action figure preferita nello "spazio". Ma ci sono grandi differenze tra i modelli di razzi lunghi 2 piedi che hai lanciato nel campo di calcio a scuola e i razzi delle dimensioni di un grattacielo che oggi aiutano a supportare il programma spaziale e le comunicazioni, scienza e sicurezza nazionale. Mentre lo scopo generale è lo stesso, principalmente alzandosi da terra e in cielo, i razzi moderni sono incredibilmente potenti e complessi.
I razzi devono essere in grado di sollevare se stessi e i loro carichi, che insieme possono pesare fino a 800 tonnellate, e vola a centinaia o addirittura migliaia di miglia sopra la Terra. I razzi moderni sono essenzialmente le navi e i camion dello spazio, il nostro principale mezzo di trasporto verso le stelle. In questo articolo, esamineremo il nuovo membro della consolidata famiglia di razzi Delta di Boeing, il razzo Delta IV Heavy, e scopri come affronta le sfide che i razzi devono affrontare oggi.
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Quindi se i razzi sono un mezzo di trasporto , cosa stanno trasportando? Prevalentemente, il carico di un razzo (o carico utile ) è un satellite (vedi Come funzionano i satelliti). Poiché non hanno i mezzi per lanciarsi, satelliti usa i razzi per decollare e raggiungere l'altitudine corretta sopra la Terra.
I satelliti devono anche raggiungere l'orbita corretta sopra la Terra. Un'orbita è un percorso circolare che il satellite segue mentre ruota attorno alla Terra, nello stesso modo in cui la Terra e gli altri pianeti del nostro sistema solare orbitano attorno al sole. Orbite diverse circondano la Terra a diverse altitudini e a diverse velocità. Le funzioni di un satellite determinano quale orbita deve seguire. Entrambi i razzi sollevano un satellite verso il altitudine giusta e inseriscilo nel orbita corretta .
Ma i razzi devono essere più di un semplice mezzo di trasporto. I satelliti sono ottimi strumenti; hanno rivoluzionato le comunicazioni e ci hanno mostrato di più sul nostro pianeta e sull'universo in cui viviamo di quanto avremmo mai potuto scoprire senza di loro. L'unica cosa che i satelliti non sono, anche se, é economico. Tutti quei componenti specializzati e il loro software altamente complesso, per non parlare delle enormi quantità di carburante necessarie per il lancio, rappresentano importanti investimenti in tempo e denaro. Ciò mette sotto pressione gli ingegneri missilistici per creare razzi in grado di trasportare carichi più grandi e pesanti in un singolo volo e farlo con costi inferiori e maggiore affidabilità e precisione. È molto più economico usare un razzo per mettere in orbita due o più satelliti. Un'altra sfida consiste nel consegnare con precisione un satellite in una posizione specifica nello spazio in cui può entrare in modo più efficiente nella sua orbita. I satelliti sono progettati per funzionare in modo preciso in una posizione precisa:se vengono consegnati troppo lontano dal luogo ottimale, i propulsori del satellite devono consumare carburante prezioso per compensare la differenza. Il razzo deve essere abbastanza affidabile da consegnare il suo carico esattamente dove deve essere.
Ora diamo un'occhiata più da vicino alla famiglia di razzi Delta IV.
Un po' di sfondo di razzoI semplici motori a razzo esistono da secoli. Originariamente inventato in Cina, sono stati usati più di recente come militare dispositivi, principalmente per la consegna di bombe. Per ulteriori informazioni sulla loro storia e sulle funzioni di base, vedere Come funzionano i motori a razzo.
Razzi spaziali , però, sono uno sviluppo moderno. Il 4 ottobre, 1957, un razzo dell'Unione Sovietica mise il primo satellite artificiale, chiamato Sputnik 1 , in orbita. Questo è stato sia un grande successo tecnologico per l'URSS e, come avvenne durante la Guerra Fredda, un campanello d'allarme per gli Stati Uniti. Una delle cose che gli Stati Uniti hanno fatto in risposta è stata quella di creare il primo dei Razzi consumabili Delta . Costruito da Douglas Aircraft, Il design di Delta si basava sul missile balistico a raggio intermedio Thor originariamente sviluppato per l'aeronautica statunitense. NASA ha condotto il primo lancio Delta di successo, mandando in orbita il satellite Echo 1A il 12 agosto, 1960.
Da allora, il programma ha continuato a svilupparsi ed evolversi, ogni nuova versione che incorpora nuova tecnologia nella tecnologia nota e produce il Delta II, Famiglie di razzi Delta III e Delta IV.
Per saperne di più
Famiglia Delta IV © The Boeing Company Attualmente, la famiglia Delta IV ha tre principali configurazioni o stili:
Ogni configurazione ha un primo stadio (i due terzi inferiori del razzo) contenenti serbatoi di carburante e motori principali e a seconda fase (il terzo superiore del razzo) che ospita il motore secondario e i serbatoi del carburante insieme al carico utile e ai vari componenti elettronici. Il primo stadio della capacità media è costituito da un singolo core booster comune (CBC) alimentato da un motore RS-68. Il suo secondo stadio è alimentato da un motore RL10B-2 e include vari dispositivi elettronici di manovra e controllo dell'altitudine come il Redundant Inertial Flight Control Assembly (RIFCA) utilizzato sul Delta II, così come serbatoi di carburante e ossidante.
Il Capacità medio-plus ha gli stessi componenti del primo stadio della capacità Medium ma include anche due o quattro da 60 pollici di diametro (1,5 m), razzo solido, motori strap-on epossidica grafite (GEM). Tutte le versioni Medium-Plus utilizzano il motore RL10B-2 per alimentare il secondo stadio, ma le versioni 5.2 e 5.4 hanno serbatoi carburante di diametro maggiore e serbatoi ossidanti più lunghi rispetto alle versioni Medium e Medium-Plus 4.2.
Delta IV versione pesante © La compagnia Boeing, Foto di Carleton Bailie Il Pesante la capacità sembra un razzo sotto steroidi. Non solo ha il nucleo di richiamo comune principale, ma contiene anche due booster strap-on aggiuntivi.
© La compagnia Boeing, Foto di Carleton Bailie Ciascuno dei tre booster contiene il proprio motore RS-68. La capacità Heavy ha anche nella sua seconda fase un serbatoio del carburante di 5 metri di diametro e 5 metri di diametro, hardware di alloggiamento del carico utile.
© The Boeing Company Ora che conosci la struttura di base della famiglia di razzi Delta IV, vediamo come tutti i diversi componenti lavorano insieme per portare la capacità Heavy da terra e in cielo. Come menzionato prima, il razzo ha due fasi. La prima fase ha un obiettivo:far decollare il razzo.
L'estremità anteriore del nucleo di richiamo comune del Delta IV Heavy Foto per gentile concessione della NASA La sezione inferiore di ciascun nucleo di richiamo comune (CBC) contiene un Motore RS-68 . La sezione centrale contiene il serbatoi di carburante , in questo caso idrogeno liquido e ossigeno liquido. Per i due booster strap-on, questo è tutto. Esistono esclusivamente per fornire il carburante e i motori extra necessari per sollevare in orbita carichi utili più pesanti.
Novità nella famiglia Delta IV, l'RS-68 è il 30 percento più efficiente dei motori ad ossigeno liquido/cherosene che sostituisce. Ha meno parti, rendendolo più affidabile e meno costoso, ed è ecologico, produrre vapore come unico sottoprodotto. Produce anche 650, 000 sterline (2, 891 kN) di spinta al decollo. Combinando i tre core booster, il razzo Delta IV Heavy è in grado di sollevare 50, 800 sterline (23, 040 kg) all'orbita terrestre bassa. Il suo fratello più vicino, il Delta IV Medium-Plus (versione 5.4), può sollevare 25, 300 libbre (11, 475 kg) sulla stessa orbita. (Per conoscere le orbite dei satelliti, vedere Come funzionano i satelliti.)
La competizioneIn che modo il Delta IV Heavy è all'altezza degli altri super-razzi?
© The Boeing Company Un lancio inizia con l'accensione dei tre motori principali RS-68 e poi il decollo. In pochi minuti, il CBC strap-on vengono gettati via (lasciati cadere dal razzo principale), avendo esaurito il loro carburante e servito al loro scopo di far decollare il razzo. Dopo di che, il motore centrale principale (quello attaccato al CBC centrale) è spento e i due terzi inferiori del CBC principale, costituito dal motore principale, i serbatoi inferiori e l'interstadio, che collega il primo stadio al secondo stadio, viene anche espulso. Quello che resta è il seconda fase , costituito principalmente da serbatoi di carburante, motore RL10B-2, elettronica di guida e carico utile, il tutto racchiuso in un cono protettivo chiamato a carenatura .
Rispetto alla prima fase, il secondo stadio è come una ballerina seduta sulle spalle di un linebacker. Potrebbe non avere l'enorme potenza dei tre motori ausiliari, ma ha la forza, equilibrio e precisione per gestire il compito più delicato di mettere un satellite in un'orbita sostenibile e corretta. Una volta che i componenti del primo stadio sono caduti, il secondo stadio accende il motore e scarica il carenatura protettiva . Il prossimo è lo spegnimento del motore del secondo stadio (SECO)-1 , dove il motore RL10B-2 è spento e il secondo stadio manovra con i suoi propulsori attraverso un periodo di costa. La guida è fornita durante la seconda fase dall'avionica e dai sistemi di controllo dell'assetto. Il gruppo di controllo del volo inerziale ridondante aiuta a garantire che il razzo inserisca il carichi utili nell'orbita giusta.
Per il suo primo volo il 21 dicembre, 2004, Delta IV Heavy conteneva tre satelliti, il DemoSat primario e due ausiliari, satelliti costruiti dagli studenti, indicato collettivamente come NanoSat-2. Durante il periodo costiero del primo volo, i satelliti NanoSat-2 sono stati attivati e rilasciati.
Due riavvii e spegnimenti del motore ( SECO-2 , SECO-3 ) ha seguito il rilascio di NanoSat-2. Questi hanno permesso alla seconda fase di risparmiare energia.
© The Boeing Company Poiché il Delta IV Heavy è così efficiente, ha il carburante necessario per consentirgli di dispiegarsi praticamente a qualsiasi altitudine e orbita. Inoltre, perché i motori del secondo stadio stanno facendo la maggior parte del posizionamento e sono in grado di inserire i loro carichi utili in orbita con grande precisione, i satelliti consumano molta meno energia e possono utilizzare quel carburante extra per alimentare le proprie funzioni più a lungo. Quando il secondo stadio ha raggiunto l'orbita richiesta, il DemoSat carico utile, ora in grado di mantenere la propria orbita, è stato attivato e separato dal suo vettore.
21 dicembre 2004 © The Boeing Company Foto di Carleton Bailie Il 21 dicembre 2004, il nuovo membro della famiglia Delta IV è decollato dalla Cape Canaveral Air Force Station in Florida per il suo primo volo. Quasi sei ore dopo, il razzo aveva consegnato il suo carico utile e completato la missione. Sfortunatamente, il razzo non è stato in grado di raggiungere l'orbita corretta. Quando gli scienziati hanno esaminato i dati, hanno determinato che l'ustione del primo stadio non era lunga come si aspettavano che fosse. Però, con così tanta tecnologia nuova e aggiornata, avere solo una cosa andare storto ha causato un blip relativamente minore sullo schermo radar. Il primo volo di prova del razzo Delta IV Heavy ha raggiunto tutti i suoi principali obiettivi di test ed è stato considerato un successo.
Boeing sta già pianificando miglioramenti ai razzi Delta IV Heavy e per la creazione della prossima generazione di Delta. Alcuni dei cambiamenti nelle opere sono modifiche al motore principale RS-68, l'aggiunta di GEM ai tre CBC e miglioramenti nella densità e nei percorsi del carburante.
Per ulteriori informazioni sulla famiglia di razzi Delta, il Delta IV Heavy e argomenti correlati, controlla i link nella pagina successiva.
Fonti
