Portal v vesolje

  • Increase font size
  • Default font size
  • Decrease font size

Čisto na kratko o raketah

E-pošta natisni PDF

Naslovna slikaZnašli smo se sredi nove vesoljske evforije. Mreže satelitov, Luna, Mars—za dosego takšnih visokoletečih ciljev države in zasebna podjetja vlagajo veliko sredstev v razvoj vesoljske tehnologije. Tudi in predvsem v rakete, brez katerih v vesolje pač ne moremo. Kaj pravzaprav so rakete?

 

Piše: Jure Japelj

 

Namen rakete je, da ponese tovor z Zemljinega površja v vesolje (v tem zapisu nas vojaške rakete na zanimajo). Izstreljevanje raket je postalo kar pogosta, a še zdaleč ne samoumevna aktivnost. Pri izstrelitvi so namreč prisotne izjemne obremenitve tako materialov kot tovora. Hudič je v podrobnostih—nikjer ta izrek ne velja bolj kot pri raketah, kjer že najmanjša nepravilnost lahko vodi do tragedije. Poslati satelit ali astronavte v vesolje zato zahteva ogromno priprav in najrazličnejših testov.

Čeprav zelo dobro poznavanje raket zahteva veliko znanja, pa osnovni koncept rakete ni tako težko razumeti. Vsaka raketa mora zadostiti trem pogojem. Raketa potrebuje gorivo (in kisik), izpušno šobo ter zmožnost krmiljenja v atmosferi in vesolju. Preprosto.

Skica raketa A

 

Ozrimo se najprej k letalom. Letalski motorji vsebujejo fosilno gorivo kerozin. Ko se letalo giblje po zraku, se kisik iz atmosfere zmeša z gorivom. Nastane eksplozivna mešanica, katere produkt je vroč plin. Plin z veliko hitrostjo zapusti raketo skozi izpušno šobo. Tako se ustvari potisk, ki letalo pomika naprej. Raketa v principu deluje enako, a z eno pomembno razliko. Ko raketa doseže vrhnje dele atmosfere in vesolje, v okolici ni več kisika, ki je potreben za gorenje. Raketa mora zato s seboj prevažati tako gorivo kot kisik. Večina rakete ni nič drugega kot velikanska jeklenka napolnjena z gorivom in kisikom.

Raketni motorji so gibljivi, kar omogoča krmiljenje rakete. V atmosferi pri krmiljenju in ohranjanju stabilnosti skrbijo tudi krilca na zadnjem delu rakete. V vesolju postanejo krilca neuporabna, ker tam ni zraka.

 

Dim lights

Posnetek gibljivega raketnega motorja med testom.

 

Rakete so sestavljene iz več delov oziroma stopenj. Takšen koncept je prvi predstavil ruski učitelj matematike Konstantin Ciolkovski (1857 – 1935). Neodvisno od njega je do enake ideje prišel tudi ameriški inženir Robert Goddard (1892 – 1945). Zakaj potrebujemo večstopenjsko raketo?

Iz težnostnega polja Zemlje je težko uiti. Ogromno energije potrebujemo, da raketo s tovorom izstrelimo v vesolje. Vsak dodaten kilogram na raketi je pomemben; astronavti imajo v naprej natančno predpisano, kaj in koliko lahko prinesejo s seboj v vesolje. Večstopenjska raketa omogoča optimalno razmerje med maso tovora in orbito, ki jo želimo na koncu doseči. Recimo, da želimo raketo s tovorom izstreliti v orbito okoli Zemlje. Takšna raketa bo imela vsaj dve stopnji in modul s tovorom.

Skica raketa B

 

V prvi stopnji je shranjeno dovolj goriva in kisika, da se raketa dvigne nad atmosfero. Ko je ta cilj dosežen, se prva stopnja loči od preostale rakete in pade nazaj na Zemljo. Če želimo raketo utiriti v Zemljino orbito (in preprečiti, da pade nazaj na Zemljo), jo moramo dodatno pospešiti do hitrosti približno 7.9 km / s (točna hitrost je odvisna od lastnosti orbite, v katero želimo utiriti raketo). Druga stopnja nosi gorivo in kisik za to nalogo; ker se je raketa znebila prve stopnje, potrebuje precej manj goriva za dodatno pospešitev. Ko je raketa utirjena, se druga stopnja loči od modula in pade nazaj na Zemljo. Modul s tovorom je sedaj utirjen.

Rakete Saturn V so imele še tretjo stopnjo. S pomočjo te rakete so Američani poslali astronavte na Luno. Tretja stopnja je astronavte pripeljala iz orbite blizu Zemlje vse do Lune. Na tej povezavi si lahko ogledate poljudno in prikupno razlago celotnega potovanja na Luno.

Moduli s tovorom imajo lasten pogon. Ta je potreben, da astronavte iz utirjene orbite počasi pripelje do Mednarodne vesolje postaje. Sateliti, ki krožijo okoli Zemlje, s prižiganjem in ugašanjem motorjev popravljajo svojo orbito, ki se s časom spreminja. Satelit mora obenem imeti dovolj goriva, da se ga ob koncu svojega poslanstva lahko pošlje nazaj v Zemljino atmosfero, s čimer se prepreči kopičenje vesoljskih smeti okoli Zemlje. Tu so še medplanetarne raziskovalne sonde, ki potrebujejo dodatno gorivo za dosego oddaljenih planetov.

Prve rakete so bile narejene za enkratno uporabo. Ameriško vesoljsko plovilo Space Shuttle (1981 – 2011; NASA) je bilo prvo, ki se je uporabilo večkrat (približno stokrat). NASA je reciklirala tudi nosilne rakete, oziroma prvo stopnjo, tega plovila—ko so se nosilne rakete ločile od preostalega dela plovila, so padle nazaj na Zemljo v morje. Vesoljska agencija je rakete poiskala, jih pripeljala v raketni center in pripravila za novo izstrelitev. Z raketami druge stopnje večkratna uporaba ni mogoča. Druga stopnja se namreč ob vrnitvi v Zemljino atmosfero giblje s tako veliko hitrostjo, da ob stiku z atmosfero zgori.

V zadnjih letih je predvsem podjetje SpaceX pri ponovni uporabi raket naredilo pomemben korak naprej. Prva stopnja rakete Falcon 9 je zasnovana tako, da se ob vrnitvi v atmosfero kontrolirano vrne na za to namenjeno ploščad. Poškodbe na raketi so majhne in takšna raketa je hitro in učinkovito pripravljena na novo izstrelitev.

Dim lights

 Vrnitev in pristanek prve stopnje rakete Falcon 9 (SpaceX) na pristajalno ploščad.

Izstrelitev rakete je še vedno drag proces, a stroški se z vzponom zasebnih podjetij zmanjšujejo. V naslednjih letih se lahko nadejamo rasti vesoljskega turizma, mogoče celo prvega obiska človeka na Mars. Vsekakor bodo rakete v ne tako oddaljeni prihodnosti igrale še večjo vlogo, kot jo danes. In zato se splača o njihovem delovanju malo podrobneje seznaniti.

 

 

Podporniki:

     


Dan in noč
Dan in noč
Zvezdna karta
Zvezdna karta
Observatorij Črni Vrh
Luna
Sonce - Mauna Loa
Sonce - Mauna Loa
Sonce - SOHO
Sonce - SOHO Lasco C2 EIT 284 Lasco C3 MDI
Sončne pege
Sončne pege
Severni in južni sij
aurora

Efemeride
03.07.2020 22:38 CEST
03.07.2020 20:38 UT
Sonce vzide 05:16 
zaide 20:56 
Luna vzide 19:29 
zaide 03:32 
Planeti (vir: Spika)
Angleški portal v vesolje
Amaterska slika dneva
Amaterska slika dneva
NASA - Slika dneva
ESO - Slika tedna
Hubble - Slika tedna
Kje je ISS?
Kje je ISS?
Osončje
Osončje
Zmaga.com
Zmaga.com
META znanost
META znanost