Проектируя любое инженерное сооружение, конструктор непре­менно задумается о его весе. Но нигде вес не имеет такого большого значения, как в косми­ческой технике.

Почти 90% веса ракеты состав­ляет топливо. На двигатели и на устройства, управляющие их ра­ботой, отводится около 3%. При­мерно столько же весит выводи­мый на орбиту груз — спутник или космический корабль. И лишь оставшиеся несколько процентов веса этой ракеты приходятся на ее конструкцию — корпус и внут­ренний каркас.

Чтобы вывести на орбиту ав­томатическую станцию, вес топлива в одноступенчатой ракете должен в 58 раз превышать ее собственный вес. Все равно, что вместить стакан воды в напер­сток. Ни сейчас, ни в ближайшем будущем не создать конструкции с такой ^невероятной емкостью.

По мере сгорания топлива мас­са ракеты уменьшается. Освобож­дающаяся от его запасов часть конструкции становится ненужным грузом, затрудняя разгон. Зна­чит, надо избавиться от нее. Та­кую возможность предусмотрел и научно обосновал еще К. Э. Циол­ковский. Он предложил идею многоступенчатой ракеты.

Если в одноступенчатой ракете, выводящей на околоземную орби-

Так распределяется вес ракеты и основных транспортных средств между их конструкцией, двигатель­ной (силовой) установкой, запаса­ми топлива и перевозимым грузом. Хорошо видно, что у ракеты боль­шая часть веса приходится на топ­ливо, вес же конструкции мини­мален.

Здесь изображены различные емкости в порядке возрастания их вместимости. Удельная вмести­мость одноступенчатой ракеты дол­жна была бы в несколько раз пре­восходить удельную вместимость обыкновенного ведра. Это невоз­можно, если учесть особые требо­вания, предъявляемые к прочности и жесткости ракетной конструк­ции.

или системы управления не изго­товишь в миниатюрном варианте.

Увеличив в ракете число ступе­ней с двух до трех, конструкторы снизили запасы топлива, необхо­димые для запуска, например, ав­томатической станции вокруг Солнца, примерно в 4,5 раза. Че­тырехступенчатой ракете нужно уже в шесть раз меньше топлива, чем двухступенчатой. А вот последующие шаги в сторону большего числа ступеней не так впечатляющи.

В пятиступенчатой ра­кете топлива почти в семь раз меньше, чем в двухступенчатой. По сравнению с конструкцией из четырех ступеней выигрыш неве­лик — всего в 1,13 раза. При этом очередное дробление ракеты вы­зывает усложнения ее .конструк­ции, снижается надежность запу­сков. У нынешних ракет-носителей по три-четыре ступени, не боль­ше. Это на сегодня оптимальный вариант.

Многое зависит и от того, как распределен вес всей конструк­ции между ступенями. Чем выше расположена ступень, тем доро­же обходится ее вес. Это и по­нятно — ведь каждый килограмм верхней ступени требует несколь­ких килограммов топлива в ниж­них ступенях, дающих энергию для его подъема при взлете. По­этому выгоднее «сгонять» вес ракеты с верхних ступеней в нижние.

Конструкцию космической раке­ты можно разделить на две ча­сти: одна силовая, или несущая.

Кроме нее, в ракете есть боль­шое количество крепежных дета­лей, кронштейнов и внутренних стоек для размещения приборов и аппаратуры и др.

Большая часть объема космиче­ской ракеты заполнена горючим и окислителем. Можно предста­вить себе исполинские размеры резервуаров, в которых они со­держатся! Инженеры решили превратить их в несущую кон­струкцию.

Каждый из нас без колебаний сядет на туго надутый футболь­ный мяч, не опасаясь раздавить его. Мячу можно уподобить топ­ливный бак, если накачать в него сжатый газ. Теперь ему не страш­на давящая сверху тяжесть. Так топливные баки, до этого лишь отягощавшие ракету своим весом, стали силовой, несущей конструк­цией.

Создатели космической ракеты в любом случае предпочтут ту де­

таль, которая может нести нагруз­ку, то есть стать подспорьем для прочнистов — людей, которые от­вечают за прочность. Скажем, ра­кеты с подвесными баками, не воспринимающими вес верхних ступеней, считают сейчас уже устаревшими.

Распределение массы четырех­ступенчатой ракеты между ее сту­пенями: 1 — неправильное распре­деление; 2 — правильное распре­деление.

Ракетная ступень с несущими топливными баками: 1 — бак для топлива (жидкий водород); 2 — бак для окислителя (жидкий кис­лород); 3 — жидкостный реактив­ный двигатель.

В умелых руках конструктора даже форма становится мощным средством борьбы за вес. Возь­мем, к примеру, те же самые топ­ливные баки. Форму этих сосу­дов стремятся выбрать такой, что­бы при той же вместимости они весили как можно меньше. Известно, что наилегчайший сосуд при данном объеме — сфера. Кроме того, она лучше других со­судов выдерживает высокое внут­реннее давление. Но трудно со­единить друг с другом .круглые баллоны в многоступенчатой раке­те. Ведь нужно укрепить один над другим бак с окислителем и бак с горючим. Специальные при­способления, жестко связывающие баки, «съедают» весь выигрыш в весе, полученный благодаря сфе­ричности баков. Поэтому чаще в космических ракетах устанавлива­ют цилиндрические топливные ре­зервуары, хотя они примерно в 1,3 раза тяжелее шаровых. Зато цилиндры удачно вписываются в очертания ракеты, а боковые их поверхности становятся стенками корпуса.

А. ШИБАНОВ, кандидат физико-математических наук

Этапы, развития советских ра­кет-носителей: 1 — двухступенча­тая ракета-носитель, выводившая на орбиты первый, второй и тре­тий искусственные спутники; 2 — ракета-носитель, с помощью кото­рой были запущены первые авто­матические станции «Луна». Уста­новленный на двухступенчатой ра­кете дополнительный блок с ЖРД (жидкостный реактивный двига­тель) позволил ей достичь второй космической скорости; 3 — ракет­но-космическая система «Восток» тоже имела дополнительный блок с ЖРД, что позволило увеличить выводимый на орбиту груз и осу­ществить первый полет человека в космос; 4 — в четырехступенча­той ракетно-космической системе «Молния», предназначенной для ис­следования ближайших к Земле планет, вместо дополнительного блока с ЖРД установлены третья и четвертая ступени. С помощью этой ракеты-носителя был осу­ществлен первый запуск межпла­нетной станции «Венера»; 5 — трехступенчатая ракетно-космиче­ская система, в которой дополни­тельный блок с ЖРД заменен мощ­ной третьей ступенью. Это позво­лило запустить на орбиту трех­местный космический корабль, бо­лее тяжелый, чем космический ко­рабль «Восток»; 6 — ракетно-кос­мическая система «Союз», предна­значенная для создания долговре­менных орбитальных станций и обеспечения сменности экипажей на нкх.