Сравнение характеристик ракет-носителей СОЮЗ-2.1В и VEGA | Статья в журнале «Молодой ученый»

Отправьте статью сегодня! Журнал выйдет 3 августа, печатный экземпляр отправим 7 августа.

Опубликовать статью в журнале

Авторы: ,

Рубрика: Технические науки

Опубликовано в Молодой учёный №24 (262) июнь 2019 г.

Дата публикации: 17.06.2019

Статья просмотрена: 20 раз

Библиографическое описание:

Пикалов М. Е., Пухова Е. А. Сравнение характеристик ракет-носителей СОЮЗ-2.1В и VEGA // Молодой ученый. — 2019. — №24. — С. 156-158. — URL https://moluch.ru/archive/262/60722/ (дата обращения: 21.07.2019).



Приведены основные причины популярности разработок ракет-носителей легкого класса. Произведено сравнение разработок России и Европейского космического агентства — РН Союз-2.1в и РН Vega. Проведён расчет основных параметров ракет-носителей — скорости Циолковского и коэффициента полезной нагрузки.

Ключевые слова: ракета-носитель, космический аппарат, ступень, полезная нагрузка, скорость Циолковского.

Развитие космонавтики на современном этапе потребовало запуска космических аппаратов (КА) малых размеров и массы, которые выполняют работу в области связи, телекоммуникации, навигации, дистанционного зондирования Земли. Для выведения подобных КА применяются в основном ракеты-носители (РН) легкого класса. В связи с большой потребностью многих стран в таких КА этот класс РН стал активно использоваться, что привело к разработке и созданию новейших РН легкого класса. Рассмотрим подробнее и сравним разработки России и Европейского космического агентства — РН Союз-2.1в и РН Vega.

«Союз-2.1в» является ракетой лёгкого класса, с грузоподъёмностью порядка 2800 кг на низкую (200 км) околоземную орбиту. Модификация ранее была известна как «Союз-1». Является глубокой модернизацией ракеты «Союз‑2.1б», кроме того, двухступенчатой, без использования четырёх боковых блоков [1].

По сравнению с вариантом «Союз-2.1б» в качестве двигателя центрального блока используется жидкостный ракетный двигатель закрытого цикла НК-33–1 разработки СНТК им. Н. Д. Кузнецова, обладающий более чем вдвое большей тягой, по сравнению с используемым на «Союз-2.1а» и «Союз-2.1б» РД-108А. «Союз-2.1в» может использоваться с блоком выведения «Волга», разрабатываемым «ЦСКБ-Прогресс». Блок имеет двигательную установку на компонентах НДМГ-АТ, развивающую тягу 2,94 кН (0,3 тс) и обеспечивающую удельный импульс 307 с. Длина блока 1,025 м, диаметр 2,72–3,2 м. Стартовая масса 1140–1740 кг, сухая — 840 кг. Масса выводимой полезной нагрузки на ССО — 1500 кг. Основные характеристики ступеней РН «Союз-2.1в» приведены в табл. 1.

Таблица 1

Основные характеристики РН «Союз-2.1в»

Общая информация

Характеристика

Первая ступень— Блок А

Вторая ступень— Блок И

Количество ступеней

2

Масса конструкции

9 300 кг

2 700 кг

Длина

44 м

Тяга

180 тс на уровне моря

30,00 тс на уровне моря

Диаметр

3 м

Масса топлива

118 700 кг

23 300 кг

Стартовая масса

157 000 кг

Время работы

210 с

300 с

*Полезная нагрузка

НОО: 3 000 кг

COO: 1 500 кг

Удельный импульс

в вакууме

2943 м/с

3522 м/с

Полная масса

157 т

Произведем расчет параметров ракеты:

рассчитаем скорость Циолковского (максимальная скорость летательного аппарата,которой он достигает во время полета) для РН Союз-2.1в [2]:

,

где — удельный импульс тяги (рассчитывается для каждой ступени исходя из извесной тяги, массы топлива и времени работы ступеней)относительная конечная масса; — масса конструкции; масса топлива;масса полезной нагрузки; полная масса ракеты.

Рассчитаем коэффициент полезной нагрузки :

Вега (англ. Vega; итал. Vettore Europeo di Generazione Avanzata) — лёгкая ракета-носитель, совместно разрабатываемая с 1998 года Европейским космическим агентством (ESA) и Итальянским космическим агентством (ASI). Ракета названа в честь второй ярчайшей звезды северного полушария.

Полезная нагрузка РН «Вега» составляет 1500 кг на полярную орбиту высотой 700 км. РН разработана для вывода полезной нагрузки на низкую опорную орбиту и солнечно-синхронную орбиту [3]. В отличие от большинства одноклассных РН, «Вега» способна выводить сразу несколько космических аппаратов. Основные типы аппаратов, являющиеся потенциальной загрузкой:

– Микроспутники — до 300кг;

– Миниспутники — от 300 до 1 000 кг;

– Малые спутники — от 1 000 до 2 000 кг.

РН Vega cостоит из 4 ступеней, 3 из которых Zefiro-23, Zefiro-9, P80 оснащены твердотопливными двигателями, а AVUM — ЖРД, топливом для которого служит несимметричный диметилгидразин с окислителем азотный тетраоксид. Технологии, используемые в Р80, в дальнейшем будут использованы для разработок РН «Ариан». Основные характеристики ступеней РН «Вега» приведены в табл. 2.

Таблица 2

Основные характеристики РН «Вега»

Общая информация

Характеристика

Первая ступень P80

Вторая ступень Zefiro 23

Третья ступень Zefiro 9

Четвертая ступень AVUM

Количество ступеней

4

Тяга, кН

2261

871

260

2,42

Длина

30 м

Масса конструкции, кг

7330

2850

1315

147

Диаметр

3 м

Время работы, с

110

77

120

667

Стартовая масса

137 000 кг

Масса топлива, кг

88 365

26 000

10 500

550

Полезная нагрузка

НОО: 1500 кг

Удельный импульс в вакууме, м/с

2747

2820

2903

3095

Полная масса, кг

138 557

Рассчитаем скорость Циолковского для РН Vega:

Рассчитаем коэффициент полезной нагрузки :

РН Союз–2.1в превосходит европейский РН в показателе полезной нагрузки, что видно по коэффициенту полезной нагрузки ( у Союз-2.1в против у Vega), но идеальная скорость у РН Vega выше чем у РН Союз-2.1в (10 339,8 м/с > 10 124,7 м/с). РН Vega имеет 4 ступени против 2 у Союз–2.1в, что понижает надёжность этого РН, но стоимость запуска РН Vega гораздо ниже(5 млн $ < 10,5–14,5 млн $), что при запуске космических аппаратов небольшой массы будет играть решающую роль.

Литература:

  1. Союз-2 (семейство ракет-носителей) // Википедия. [2012–2016].URL: http://wikiredia.ru/wiki/ (дата обращения: 12.06.2019).
  2. Павлюк,Ю. C. Баллистическое проектирование ракет: Учебное пособие / Ю. С. Павлюк. –Челябинск: Изд. ЧГТУ,1996. –92 с.
  3. «Вега”(ракета-носитель) // Онлайн энциклопедия «Википедия”. [2012–2016]. URL: http://wiki-org.ru/ (дата обращения: 12.06.2019).


Задать вопрос