science >> Wetenschap >  >> Astronomie

Hoe de Delta IV Heavy werkt

Delta IV-raket stijgt op. © The Boeing Company Foto door Carleton Bailie

Wat doen raketten? We zullen, toen we kinderen waren, ze waren een geweldige manier om het speelgoed van een broer of zus de tuin van een buurman in te schieten of je favoriete actiefiguur de 'ruimte' in te sturen. Maar er zijn grote verschillen tussen de twee meter lange modelraketten die je op school op het voetbalveld hebt gelanceerd en de raketten ter grootte van een wolkenkrabber die tegenwoordig zowel het ruimteprogramma als de communicatie ondersteunen, wetenschap en nationale veiligheid. Hoewel het algemene doel hetzelfde is, voornamelijk van de grond en in de lucht komen, moderne raketten zijn ongelooflijk krachtig en complex.

Raketten moeten zichzelf en hun ladingen kunnen optillen, die samen wel 800 ton kunnen wegen, en vliegen honderden of zelfs duizenden mijlen boven de aarde. Moderne raketten zijn in wezen de schepen en vrachtwagens van de ruimte, ons belangrijkste vervoermiddel naar de sterren. In dit artikel, we zullen kijken naar het nieuwste lid van Boeing's gevestigde Delta-familie van raketten, de Delta IV Heavy-raket, en zie hoe het de uitdagingen aangaat waarmee raketten vandaag de dag worden geconfronteerd.

Inhoud
  1. Wat maakt een geweldige raket?
  2. Delta IV-familie
  3. Delta IV zware raket
  4. Delta IV Heavy in actie
  5. De zware toekomst van Delta IV

Wat maakt een geweldige raket?

Dus als raketten een middel zijn om vervoer , alleen wat vervoeren ze? overwegend, lading van een raket (of nuttige lading ) is een satelliet (zie Hoe satellieten werken). Omdat ze niet de middelen hebben om zichzelf te lanceren, satellieten gebruik raketten om van de grond te komen en de juiste hoogte boven de aarde te bereiken.

Satellieten moeten ook in de juiste baan boven de aarde komen. Een baan is een cirkelvormig pad dat de satelliet volgt terwijl hij rond de aarde draait, op dezelfde manier als de aarde en de andere planeten in ons zonnestelsel om de zon draaien. Verschillende banen cirkelen rond de aarde op verschillende hoogten en met verschillende snelheden. De functies van een satelliet bepalen welke baan hij moet volgen. Raketten tillen allebei een satelliet naar de juiste hoogte en steek het in de juiste baan .

Maar raketten moeten meer zijn dan alleen een transportmiddel. Satellieten zijn geweldige hulpmiddelen; ze hebben een revolutie teweeggebracht in de communicatie en ons meer laten zien over onze planeet en het universum waarin we leven dan we ooit zonder hen hadden kunnen ontdekken. Het enige wat satellieten niet zijn, Hoewel, is goedkoop. Al die gespecialiseerde componenten en hun zeer complexe software, om nog maar te zwijgen van de enorme hoeveelheden brandstof die nodig zijn voor de lancering, grote investeringen in tijd en geld vertegenwoordigen. Dit zet raketingenieurs onder druk om raketten te maken die grotere en zwaardere vracht in één vlucht kunnen leveren en dit tegen lagere kosten en hogere betrouwbaarheid en nauwkeurigheid. Het is een stuk goedkoper om één raket te gebruiken om twee of meer satellieten in een baan om de aarde te brengen. Een andere uitdaging is om een ​​satelliet nauwkeurig af te leveren op een specifieke locatie in de ruimte waar deze het meest efficiënt in zijn baan kan komen. Satellieten zijn ontworpen om op een precieze manier op een precieze locatie te functioneren - als ze te ver van de optimale plaats worden afgeleverd, de stuwraketten van de satelliet moeten kostbare brandstof verbruiken om het verschil goed te maken. De raket moet betrouwbaar genoeg zijn om zijn lading precies daar af te leveren waar hij moet zijn.

Laten we nu de Delta IV-familie van raketten eens nader bekijken.

Een beetje raketachtergrond

Eenvoudige raketmotoren bestaan ​​al eeuwen. Oorspronkelijk uitgevonden in China, ze zijn recenter gebruikt als: leger apparaten, voornamelijk voor het afleveren van bommen. Voor meer informatie over hun geschiedenis en basisfuncties, zie Hoe raketmotoren werken.

Ruimtevaartraketten , echter, zijn een moderne ontwikkeling. Op 4 oktober, 1957, een raket van de Sovjet-Unie plaatste de eerste kunstmatige satelliet, genaamd Spoetnik 1 , in een baan om de aarde. Dit was zowel een grote technologische prestatie voor de USSR als, zoals tijdens de Koude Oorlog, een wake-up call voor de Verenigde Staten. Een van de dingen die de Verenigde Staten deden, was het creëren van de eerste van de Delta-raketten voor eenmalig gebruik . Gebouwd door Douglas Aircraft, Het ontwerp van Delta was gebaseerd op de Thor-ballistische middellangeafstandsraket die oorspronkelijk was ontwikkeld voor de Amerikaanse luchtmacht. NASA voerde de eerste succesvolle Delta-lancering uit, de Echo 1A-satelliet in een baan om de aarde sturen op 12 augustus, 1960.

Vanaf dat moment, het programma is blijven ontwikkelen en evolueren, elke nieuwe versie die nieuwe technologie in bekende technologie opneemt en de Delta II produceert, Delta III en Delta IV families van raketten.

Lees verder

Delta IV-familie

Delta IV-familie © The Boeing Company

Momenteel, de Delta IV-familie heeft drie hoofdconfiguraties of stijlen:

  • Gemiddelde capaciteit
  • Medium-Plus capaciteit (bij versies 4.2, 5.2 en 5.4)
  • Zware capaciteit

Elke configuratie heeft een eerste fase (de onderste tweederde van de raket) met brandstoftanks en hoofdmotoren en een tweede podium (het bovenste derde deel van de raket) waarin de secundaire motor en brandstoftanks zijn ondergebracht, samen met de lading en verschillende elektronica. De eerste trap van de Medium capacity bestaat uit een enkele common booster core (CBC) die wordt aangedreven door een RS-68-motor. De tweede trap wordt aangedreven door een RL10B-2-motor en bevat verschillende elektronica voor manoeuvreren en hoogteregeling, zoals de Redundant Inertial Flight Control Assembly (RIFCA) die wordt gebruikt op de Delta II, evenals brandstof- en oxidatietanks.

De Medium-Plus capaciteit heeft dezelfde componenten voor de eerste trap als de Medium-capaciteit, maar omvat ook twee of vier 60-inch-diameter (1,5 m), stevige raket, strap-on grafiet epoxy motoren (GEM's). Alle Medium-Plus-versies gebruiken de RL10B-2-motor om de tweede trap aan te drijven, maar versies 5.2 en 5.4 hebben brandstoftanks met een grotere diameter en langere tanks voor oxidatiemiddel dan de versies Medium en Medium-Plus 4.2.

Delta IV Heavy-versie © The Boeing Company, Foto door Carleton Bailie

De Zwaar capaciteit lijkt op een raket op steroïden. Het heeft niet alleen de belangrijkste gemeenschappelijke booster-kern, maar het bevat ook twee extra strap-on boosters.

© The Boeing Company, Foto door Carleton Bailie

Elk van de drie boosters bevat zijn eigen RS-68-motor. De Heavy-capaciteit heeft in zijn tweede fase ook een brandstoftank met een diameter van 5 meter en een diameter van 5 meter, hardware voor payload-accommodaties.

Delta IV zware raket

© The Boeing Company

Nu je de basisstructuur van de Delta IV-familie van raketten kent, laten we eens kijken hoe alle verschillende componenten samenwerken om de Heavy-capaciteit van de grond en in de lucht te krijgen. Zoals eerder gezegd, de raket heeft twee trappen. De eerste fase heeft één doel:de raket van de grond krijgen.

Het voorste uiteinde van de gemeenschappelijke boosterkern van de Delta IV Heavy Foto met dank aan NASA

Het onderste gedeelte van elke Common Booster Core (CBC) bevat een RS-68-motor . Het middelste gedeelte bevat de brandstoftanks , in dit geval vloeibare waterstof en vloeibare zuurstof. Voor de twee strap-on boosters, dat is alles wat er is. Ze bestaan ​​uitsluitend om de extra brandstof en motoren te leveren die nodig zijn om zwaardere ladingen in een baan om de aarde te brengen.

Nieuw in de Delta IV-familie, de RS-68 is 30 procent efficiënter dan de vloeibare zuurstof/kerosinemotoren die hij vervangt. Het heeft minder onderdelen, betrouwbaarder en goedkoper te maken, en is milieuvriendelijk, produceren stoom- als het enige bijproduct. Het produceert ook 650, 000 pond (2, 891 kN) stuwkracht bij lancering. Door de drie booster-kernen te combineren, de Delta IV Heavy-raket kan optillen 50, 800 pond (23, 040 kg) naar een lage baan om de aarde. Zijn naaste broer, de Delta IV Medium-Plus (versie 5.4), kan 25 tillen, 300 pond (11, 475 kg) naar dezelfde baan. (Om meer te weten te komen over satellietbanen, zie Hoe satellieten werken.)

De competitie

Hoe verhoudt de Delta IV Heavy zich tot andere superraketten?

  • Boeing Delta IV Heavy Hoogte:72 m (236,2 ft) Laadvermogen:12, 757 kg (28, 124 lbs) naar geosynchrone overdrachtsbaan [ref]
  • Arianespace Ariane 5 ECA Hoogte:56 m (183,7 ft) Laadvermogen:10, 000 kg (22, 046 lbs) naar geosynchrone overdrachtsbaan [ref]
  • Lockheed Martin Atlas V 551 Hoogte:32 m (105,0 ft) hoog Laadvermogen:8, 670 kg (19, 114 lbs) naar geosynchrone overdrachtsbaan [ref]
Lees verder

Delta IV Heavy in actie

© The Boeing Company

Een lancering begint met het ontsteken van de drie RS-68-hoofdmotoren en vervolgens de lancering. Binnen een paar minuten, de voorbinddildo's worden overboord gegooid (van de hoofdraket gedropt), omdat ze hun brandstof hadden opgebruikt en hun doel hadden gediend om de raket van de grond te krijgen. Daarna, de belangrijkste centrale motor (degene die aan de centrale CBC is bevestigd) is uitgeschakeld en de onderste twee derde van de hoofd-CBC, bestaande uit de hoofdmotor, de onderste brandstoftanks en de tussenbak, die de eerste trap met de tweede trap verbindt, wordt ook overboord gegooid. Wat overblijft is de tweede podium , voornamelijk bestaande uit brandstoftanks, RL10B-2 motor, geleidingselektronica en laadvermogen, allemaal ingekapseld in een beschermende kegel genaamd a kuip .

Vergeleken met de eerste fase, de tweede fase is als een ballerina die op de schouders van een linebacker zit. Het heeft misschien niet het enorme vermogen van de drie boostermotoren, maar het heeft de kracht, balans en precisie om de meer delicate taak uit te voeren om een ​​satelliet in een duurzame en correcte baan te brengen. Zodra de componenten van de eerste trap zijn weggevallen, de tweede trap start zijn motor en gooit de . overboord beschermende stroomlijnkap . De volgende is de motoruitschakeling in de tweede fase (SECO)-1 , waar de RL10B-2-motor wordt uitgeschakeld en de tweede trap met zijn stuwraketten door een kustperiode manoeuvreert. Tijdens de tweede fase wordt er begeleiding geboden door luchtvaartelektronica en systemen voor houdingscontrole. De Redundant Inertial Flight Control Assembly helpt ervoor te zorgen dat de raket de nuttige ladingen in de juiste baan.

Voor zijn eerste vlucht op 21 december, 2004, Delta IV Heavy bevatte drie satellieten, de primaire DemoSat en twee extra, door studenten gebouwde satellieten, gezamenlijk aangeduid als NanoSat-2. Tijdens de kustperiode van de eerste vlucht, de NanoSat-2-satellieten werden geactiveerd en vrijgegeven.

Twee herstarts en onderbrekingen van de motor ( SECO-2 , SECO-3 ) volgde op de release van NanoSat-2. Hierdoor kon de tweede fase energie besparen.

© The Boeing Company

Omdat de Delta IV Heavy zo efficiënt is, het heeft de brandstof die nodig is om het op bijna elke hoogte en baan te kunnen inzetten. In aanvulling, omdat de motoren van de tweede trap het grootste deel van de positionering uitvoeren en in staat zijn hun lading met grote nauwkeurigheid in een baan om de aarde te brengen, satellieten verbruiken veel minder energie en kunnen die extra brandstof gebruiken om hun eigen functies langer van stroom te voorzien. Toen de tweede trap de vereiste baan bereikte, de Demozat laadvermogen, nu in staat zijn eigen baan te behouden, werd geactiveerd en gescheiden van zijn drager.

De zware toekomst van Delta IV

21 december 2004 © The Boeing Company Foto door Carleton Bailie

Op 21 dec. 2004, het nieuwste lid van de Delta IV-familie steeg op van Cape Canaveral Air Force Station in Florida voor zijn eerste vlucht. Bijna zes uur later, de raket had zijn lading afgeleverd en de missie voltooid. Helaas, de raket was niet in staat om de juiste baan te bereiken. Toen wetenschappers naar de gegevens keken, ze stelden vast dat de verbranding in de eerste fase niet zo lang was als ze hadden verwacht. Echter, met zoveel nieuwe en verbeterde technologie, om maar één ding mis te laten gaan, veroorzaakte een relatief kleine blip op het radarscherm. De eerste testvlucht van de Delta IV Heavy-raket voldeed aan alle belangrijke testdoelstellingen en werd als een succes beschouwd.

Boeing maakt al plannen voor verbeteringen aan de Delta IV Heavy-raketten en voor de creatie van de volgende generatie Delta's. Enkele van de veranderingen in de werken zijn aanpassingen aan de RS-68 hoofdmotor, de toevoeging van GEM's aan de drie CBC's en verbeteringen in brandstofdichtheid en routes.

Voor meer informatie over de Delta-familie van raketten, de Delta IV Heavy en aanverwante onderwerpen, bekijk de links op de volgende pagina.

Veel meer informatie

Gerelateerde HowStuffWorks-artikelen

  • Hoe satellieten werken
  • Hoe raketmotoren werken
  • Hoe Space Shuttles werken

Meer geweldige links

  • Boeing:Delta IV Heavy
  • Boeing:Delta Expendable Launch Vehicles
  • Boeing lanceringsdiensten
  • Absolute Astronomie:Lage baan om de aarde
  • NASA
  • NASA:de ruimteplaats

bronnen

  • Raket- en ruimtetechnologie:orbitale mechanica
  • Absolute Astronomie:Lage baan om de aarde
  • NASA:nieuw lanceervoertuig kan NASA's toekomst een boost geven - 11 december 2003
  • Boeing:Delta IV Heavy
  • Boeing:Delta Expendable Launch Vehicles
  • HowStuffWorks:hoe satellieten werken
  • HowStuffWorks:hoe raketmotoren werken
  • HowStuffWorks:Hoe Space Shuttles werken
  • Boeing Achtergrond:Boeing Delta IV
  • The Space Place:een baan voor elke behoefte
  • The Space Place:waarom kan een vliegtuig niet gewoon de ruimte in vliegen? Waarom hebben we raketten nodig?
  • Van sterrenkijkers tot ruimteschepen
  • Basisprincipes van Model Rocketry door Douglas R. Pratt, 2e editie, Kalmback-boeken, 1995.
  • Ruimteverkenning:zijn de voordelen de kosten waard? Door Kim Masters Evans, Informatie Plus Referentieserie, Thomson Gale, 2004.
  • Hoe dingen werken in de ruimte, Tijd-leven boeken, 1991.
  • Ruimtesatelliethandboek, 3e editie, Anthony R. Curtis, Editor, Uitgeverij van de Golf, 1994.

Meer >

Meer >

Hoofdlijnen

  1. Top 5 manieren om plezier te hebben in 2050
  2. Wat is het diploïde nummer?
  3. Beschrijving van de basisfuncties van enzymen in cellen
  4. Van motief naar methode,
  5. 5 stadia van mitose
  6. Wat zijn de speciale dingen die gebeuren wanneer cellen worden gesplitst?
  7. De structurele verschillen tussen zenuwen en bloedvaten
  8. Wat doet de temporale kwab?
  9. Hoe een Western Blot te lezen

Wetenschap