§ 2. Структура ракеты

Современная космическая ракета представляет собой сложное сооружение, состоящее из сотен тысяч и миллионов деталей, каждая из которых играет предназначенную ей роль. Но с точки зрения механики разгона ракеты до необходимой скорости всю начальную массу ракеты можно разделить на две части: 1) масса рабочего тела и 2) конечная масса тк, остающаяся после выброса рабочего тела. Эту последнюю часто называют «сухой» массой, так как рабочее тело в большинстве случаев представляет собой жидкое топливо. Отношение называется, как уже говорилось, числом Циолковского наряду со скоростью истечения, представляет «скоростные возможности» ракеты. Поэтому понятно стремление конструкторов по возможности увеличить число z.

«Сухая» масса (или, если угодно, масса «пустой», без рабочего тела, ракеты) состоит из массы конструкции и массы полезной

нагрузки. Под конструкцией следует понимать не только несущую конструкцию ракеты, ее оболочку и т. п., но и двигательную систему со всеми ее агрегатами, систему управления, включающую органы управления, аппаратуру навигации и связи, и т. п.,— одним словом, все то, что обеспечивает нормальный полет ракеты. Полезная нагрузка состоит из научной аппаратуры, радиотелеметрической системы, корпуса выводимого на орбиту космического аппарата, экипажа и системы жизнеобеспечения космического корабля и т. п. Полезная нагрузка — это то, без чего ракета может совершить нормальный (но бесполезный!) полет

Рис. 2 Структурная схема ракеты.

На рис. 2 схематично изображена описанная структура.

Увеличение числа возможно, очевидно, посредством всемерного уменьшения массы конструкции, что требует от конструкторов особого мастерства. Отношение суммарной массы конструкции и рабочего тела к массе конструкции называется конструктивной характеристикой и обозначается буквой В принятых ранее обозначениях

Для любой ракеты число всегда меньше и если мастерство конструкторов, заключающееся в умении втиснуть максимум рабочего тела в минимальную по массе конструкцию ракеты, достигло предела, то остается только один путь увеличения скорости ракеты — увеличение числа посредством уменьшения полезной нагрузки При полном отказе от полезной нагрузки число достигнет своего предела и станет равным числу Но, разумеется, величина полезной нагрузки отнюдь не безразлична при проектировании космических операций, даже если обеспечено достижение определенной характеристической скорости. Будем называть относительной начальной массой величину

Обратная ей величина называется относительной полезной нагрузкой или коэффициентом полезной нагрузки.

Разделив числитель и знаменатель правой части формулы (3) на мы получим соотношение между числами

которое удобнее переписать в следующих трех видах:

В дальнейшем мы будем задаваться определенным значением соответствующим достигнутому уровню конструктивного мастерства.

В начале космической эры значение считалось весьма большим. Однако для первой ступени американской лунной ракеты «Сатурн-5» уже было Приняв определенное значение мы сможем вычислить а следовательно, по формуле (2) и идеальную скорость. И, наоборот, определив по идеальной скорости число мы сможем вычислить относительную начальную массу или коэффициент полезной нагрузки.