Sådan fungerer Delta IV Heavy

Hvad laver raketter? Godt, da vi var børn, de var en fantastisk måde at skyde en søskendes legetøj ind på en nabos gård eller sende din yndlings actionfigur ind i "rummet". Men der er store forskelle mellem de 2 fod lange modelraketter, du lancerede på fodboldbanen i skolen, og de raketter i skyskraber, der i dag hjælper med at understøtte rumprogrammet samt kommunikation, videnskab og national sikkerhed. Selvom det generelle formål er det samme, hovedsageligt at komme af jorden og op i himlen, moderne raketter er utroligt kraftfulde og komplekse.

Raketter skal kunne løfte sig selv og deres laster, som tilsammen kan veje op til 800 tons, og flyve hundredvis eller endda tusinder af miles over Jorden. Moderne raketter er i det væsentlige rumets skibe og lastbiler, vores primære transportmiddel til stjernerne. I denne artikel, vi ser på det nyeste medlem af Boeings etablerede Delta -familie af raketter, Delta IV Heavy raket, og se, hvordan den imødekommer de udfordringer, raketter står over for i dag.

1. Hvad laver en god raket?
2. Delta IV familie
3. Delta IV Heavy Rocket
4. Delta IV Heavy in Action
5. Delta IV Heavy Future

Hvad laver en god raket?

Så hvis raketter er et middel til transport , hvad transporterer de bare? Overvejende, en rakets last (eller nyttelast ) er en satellit (se Sådan fungerer satellitter). Da de ikke har midlerne til at lancere sig selv, satellitter bruge raketter til at komme af jorden og gøre det til den korrekte højde over jorden.

Satellitter skal også komme til den korrekte bane over Jorden. En bane er en cirkulær vej, som satellitten følger, når den roterer rundt om jorden, på samme måde som Jorden og de andre planeter i vores solsystem kredser om solen. Forskellige baner cirkler jorden rundt i forskellige højder og med forskellige hastigheder. En satellits funktioner bestemmer, hvilken bane den skal følge. Raketter løfter begge en satellit til rette højde og indsæt den i den rigtige bane .

Men raketter skal være mere end blot et transportmiddel. Satellitter er gode værktøjer; de har revolutioneret kommunikationen og vist os mere om vores planet og det univers, vi lever i, end vi nogensinde kunne have opdaget uden dem. Den eneste ting satellitter ikke er, selvom, er billig. Alle de specialiserede komponenter og deres meget komplekse software, for ikke at sige noget om de enorme mængder brændstof, der er nødvendige til lancering, repræsentere store investeringer i tid og penge. Dette lægger pres på raketingeniører for at skabe raketter, der kan levere større og tungere last på en enkelt flyvning og gøre det med lavere omkostninger og højere pålidelighed og nøjagtighed. Det er meget billigere at bruge en raket til at sætte to eller flere satellitter i kredsløb. En anden udfordring er at levere en satellit nøjagtigt til et bestemt sted i rummet, hvor den mest effektivt kan komme ind i sin bane. Satellitter er konstrueret til at fungere på en præcis måde på et præcist sted - hvis det leveres for langt væk fra det optimale sted, satellitens thrustere skal bruge kostbart brændstof for at udgøre forskellen. Raketten skal være pålidelig nok til at levere sin last præcis der, hvor den skal være.

Lad os nu se nærmere på Delta IV -familien af ​​raketter.

Enkle raketmotorer har eksisteret i århundreder. Oprindeligt opfundet i Kina, de er blevet brugt mere for nylig som militær enheder, hovedsagelig til levering af bomber. For mere information om deres historie og grundlæggende funktioner, se Hvordan raketmotorer fungerer.

Rumfærdige raketter , imidlertid, er en moderne udvikling. Den 4. oktober, 1957, en raket fra Sovjetunionen satte den første kunstige satellit, hedder Sputnik 1 , i kredsløb. Dette var både en stor teknologisk præstation for Sovjetunionen og, der skete som under den kolde krig, et vågneopkald til USA. En af de ting, USA gjorde som reaktion, var at oprette den første af Delta -forbrugbare raketter . Bygget af Douglas Aircraft, Deltas design var baseret på det mellemliggende ballistiske missil Thor, der oprindeligt blev udviklet til det amerikanske luftvåben. NASA gennemførte den første vellykkede Delta -lancering, sender Echo 1A -satellitten i kredsløb den 12. august, 1960.

Siden da, programmet har fortsat udviklet og udviklet sig, hver ny version, der inkorporerer ny teknologi i kendt teknologi og producerer Delta II, Delta III og Delta IV raketterfamilier.

Delta IV familie

I øjeblikket, Delta IV -familien har tre hovedkonfigurationer eller stilarter:

• Medium kapacitet
• Medium Plus-kapacitet (med version 4.2, 5.2 og 5.4)
• Kraftig kapacitet

Hver konfiguration har en første etape (de nederste to tredjedele af raketten) indeholdende brændstoftanke og hovedmotorer og a anden etape (den øverste tredjedel af raketten), der huser den sekundære motor og brændstoftanke sammen med nyttelast og forskellig elektronik. Middelkapacitetens første fase består af en enkelt fælles boosterkerne (CBC) drevet af en RS-68-motor. Dens anden etape drives af en RL10B-2-motor og omfatter forskellige manøvrerings- og højdekontrolelektronik, såsom Redundant Inertial Flight Control Assembly (RIFCA), der bruges på Delta II, samt tanke til brændstof og oxidationsmidler.

Det Medium-Plus kapacitet har de samme første trinskomponenter som Medium-kapaciteten, men indeholder også enten to eller fire 1,5-m (60-inch-diameter), fast raket, rem-on grafit epoxymotorer (GEM'er). Alle Medium-Plus-versioner bruger RL10B-2-motoren til at drive anden etape, men versionerne 5.2 og 5.4 har brændstoftanke med større diameter og længere oxidationsbeholdere end versionerne Medium og Medium-Plus 4.2.

Det Tung kapacitet ligner en raket på steroider. Det har ikke kun den vigtigste fælles boosterkerne, men den indeholder også to ekstra rem-boostere.

Hver af de tre boostere indeholder sin egen RS-68-motor. Heavy-kapaciteten har også i sin anden fase en brændstoftank med en diameter på 5 meter og en diameter på 5 meter, nyttelast-indkvarteringshardware.

Delta IV Heavy Rocket

Nu hvor du kender den grundlæggende struktur for raketterne Delta IV, lad os se, hvordan alle de forskellige komponenter arbejder sammen for at få den tunge kapacitet fra jorden og op i himlen. Som tidligere nævnt, raketten har to faser. Den første etape har et mål:at få raketten fra jorden.

Bunddelen af ​​hver fælles boosterkerne (CBC) indeholder en RS-68 motor . Den midterste sektion indeholder brændstoftanke , i dette tilfælde flydende hydrogen og flydende oxygen. For de to rem-on boostere, det er alt, hvad der er. De eksisterer udelukkende for at levere det ekstra brændstof og motorer, der er nødvendige for at løfte tungere nyttelast i kredsløb.

Ny i Delta IV -familien, RS-68 er 30 procent mere effektiv end de flydende oxygen/petroleumsmotorer, den erstatter. Den har færre dele, gør det mere pålideligt og billigere, og er miljøvenlig, producerer damp som dets eneste biprodukt. Det producerer også 650, 000 pund (2, 891 kN) tryk ved løft. Kombination af de tre boosterkerner, Delta IV Heavy -raketten er i stand til at løfte 50, 800 pund (23, 040 kg) til lav jordbane. Dens nærmeste bror, Delta IV Medium-Plus (version 5.4), kan løfte 25, 300 lbs (11, 475 kg) til den samme bane. (For at lære om satellitbaner, se Sådan fungerer satellitter.)

Hvordan stabler Delta IV Heavy sig op til andre superraketter?

• Boeing Delta IV Heavy Højde:72 m (236,2 fod) Nyttelast:12, 757 kg (28, 124 lbs) til geosynkron overførselsbane [ref]
• Arianespace Ariane 5 ECA Højde:56 m (183.7 fod) Nyttelast:10, 000 kg (22, 046 lbs) til geosynkron overførselsbane [ref]
• Lockheed Martin Atlas V 551 Højde:32 m (105,0 fod) høj Nyttelast:8, 670 kg (19, 114 lbs) til geosynkron overførselsbane [ref]

Delta IV Heavy in Action

En lancering starter med tændingen af ​​de tre RS-68-hovedmotorer og derefter løftes af. Inden for få minutter, det rem-on CBC'er er skubbet (faldet fra hovedraketten), efter at have brugt deres brændstof og tjent deres formål med at få raketten fra jorden. Efter det, det vigtigste centrale motor (den, der er knyttet til den centrale CBC) er slukket, og de nederste to tredjedele af hoved-CBC, bestående af hovedmotoren, de lavere brændstoftanke og mellemtrinnet, som forbinder den første fase med den anden fase, er også nedlagt. Det, der er tilbage, er anden etape , bestående hovedsageligt af brændstoftanke, RL10B-2 motor, vejledningselektronik og nyttelast, alt indkapslet i en beskyttende kegle kaldet a kåbe .

Sammenlignet med første etape, den anden fase er som en ballerina, der sidder på skuldrene på en linebacker. Det har muligvis ikke den massive effekt af de tre boostermotorer, men det har styrken, balance og præcision til at håndtere den mere sarte opgave med at sætte en satellit i en bæredygtig og korrekt bane. Når komponenterne i første fase er faldet væk, anden etape tænder motoren og kører af beskyttende kåbe . Næste er motorens afbrydelse i anden etape (SECO) -1 , hvor RL10B-2-motoren er slukket, og anden etape manøvrerer med sine thrustere gennem en kystperiode. Vejledning ydes i hele anden fase af luftfarts- og holdningskontrolsystemer. Redundant Inertial Flight Control Assembly hjælper med at sikre, at raketten indsætter nyttelast i den rigtige bane.

For sin første flyvning den 21. december, 2004, Delta IV Heavy indeholdt tre satellitter, den primære DemoSat og to hjælpestoffer, elevbyggede satellitter, kaldes samlet NanoSat-2. I kystperioden for den første flyvning, NanoSat-2-satellitterne blev aktiveret og frigivet.

To motor genstarter og afbryder ( SECO-2 , SECO-3 ) fulgte frigivelsen af ​​NanoSat-2. Disse tillod den anden fase at spare energi.

Fordi Delta IV Heavy er så effektiv, den har det nødvendige brændstof til at sætte den i stand til næsten enhver højde og bane. Ud over, fordi motorerne i anden etape udfører det meste af positioneringen og er i stand til at indsætte deres nyttelast i kredsløb med stor nøjagtighed, satellitter bruger meget mindre energi og kan bruge det ekstra brændstof til at drive deres egne funktioner længere. Da anden etape nåede den krævede bane, det DemoSat nyttelast, nu i stand til at opretholde sin egen bane, blev aktiveret og adskilt fra sin bærer.

Delta IV Heavy Future

Den 21. december, 2004, det nyeste medlem af Delta IV -familien løftede fra Cape Canaveral Air Force Station i Florida til sin jomfruflyvning. Tæt på seks timer senere, raketten havde leveret sin nyttelast og afsluttet missionen. Desværre, raketten var ikke i stand til at nå den rigtige bane. Da forskere kiggede på dataene, de fastslog, at den første etape forbrænding ikke var så lang, som de havde forventet. Imidlertid, med så meget ny og opgraderet teknologi, at kun have én ting gået galt forårsagede et relativt mindre afslag på radarskærmen. Delta IV Heavy -rakets første testflyvning opfyldte alle sine store testmål og blev betragtet som en succes.

Boeing lægger allerede planer for forbedringer af Delta IV Heavy -raketterne og for oprettelsen af ​​den næste generation af Deltas. Nogle af ændringerne i værkerne er ændringer af hovedmotoren RS-68, tilføjelsen af ​​GEM'er til de tre CBC'er og forbedringer i brændstoftæthed og veje.

For mere information om raketfamilien Delta, Delta IV Heavy og beslægtede emner, tjek linkene på den næste side.

Masser mere information

Relaterede HowStuffWorks -artikler

• Sådan fungerer satellitter
• Sådan fungerer raketmotorer
• Sådan fungerer rumfærger

Flere store links

• Boeing:Delta IV Heavy
• Boeing:Delta Expendable Launch Vehicles
• Boeing Launch Services
• Absolute Astronomi:Lav jordbane
• NASA
• NASA:The Space Place

Kilder

• Rocket &Space Technology:Orbital Mechanics
• Absolute Astronomi:Lav jordbane
• NASA:Ny lanceringskøretøj kan øge NASAs fremtid - 11. december, 2003
• Boeing:Delta IV Heavy
• Boeing:Delta Expendable Launch Vehicles
• HowStuffWorks:Sådan fungerer satellitter
• HowStuffWorks:Sådan fungerer raketmotorer
• HowStuffWorks:Sådan fungerer rumfærger
• Boeing Backgrounder:Boeing Delta IV
• Rumstedet:En bane til ethvert behov
• Rumstedet:Hvorfor kan et fly ikke bare flyve ud i rummet? Hvorfor har vi brug for raketter?
• Fra Stargazers til Starships
• Basics of Model Rocketry af Douglas R. Pratt, 2. udgave, Kalmback Books, 1995.
• Udforskning af rummet:Er gevinsterne værd at betale? Af Kim Masters Evans, Information Plus Reference Series, Thomson Gale, 2004.
• Hvordan tingene fungerer i rummet, Time-Life bøger, 1991.
• Space Satellite Handbook, 3. udgave, Anthony R. Curtis, Redaktør, Gulf Publishing Company, 1994.