Ракеты
Ракета получает тягу, ускоряя выбрасываемое рабочее вещество; это позволяет двигаться и вне атмосферы. В химическом двигателе топливо и окислитель создают горячий газ в камере сгорания, а сопло ускоряет его. Ионный двигатель — один из видов электрических ракетных двигателей — ускоряет заряженные частицы электрическим полем и обычно создаёт меньшую, но длительно действующую тягу.
Многоступенчатая конструкция сбрасывает опустевшие части, уменьшая массу, которую разгоняют следующие ступени. Двигательная установка, конструкция аппарата, управление и траектория связаны, но требуют отдельных моделей и расчётов.
Ракетные двигатели
ЖРД (жидкостные): керосин+кислород, водород+кислород. РДТТ (твёрдотопливные). Удельный импульс (Isp), тяга, управление вектором.
Ступени ракет
Многоступенчатость для преодоления гравитации. Сброс отработанных ступеней. Формула Циолковского, массовое совершенство.
Системы управления
Инерциальная навигация (гироскопы, акселерометры), GPS. Бортовой компьютер, телеметрия. Стабилизация, коррекция траектории.
Многоразовые ракеты
SpaceX Falcon 9: посадка первой ступени. Starship: полностью многоразовая. Снижение стоимости запуска в 10+ раз.
Жидкостный ракетный двигатель (ЖРД)
Топливо + окислитель в жидком виде. Пары: керосин + жидкий кислород (РД-180, Atlas V), водород + кислород (RS-25, Space Shuttle, высокий удельный импульс 450 с), метан + кислород (Raptor, SpaceX Starship). Турбонасосы: давление 300 бар. Охлаждение: регенеративное (топливо циркулирует в стенках). Дросселирование, многоразовый запуск.
Твердотопливный ракетный двигатель (РДТТ)
Топливо и окислитель смешаны в твёрдом заряде (резиноподобный полимер + перхлорат аммония). Простота, надёжность, долгое хранение. Минусы: нельзя выключить/дроссельировать. Применение: ускорители (Space Shuttle SRB: 2 × 1.3 млн кгс тяги), ракеты (Minuteman ICBM), космос (стыковочные двигатели). Удельный импульс: 250-280 с (ниже ЖРД).
SpaceX: Falcon и Starship
Falcon 9 (2010): первая ступень многоразовая (посадка на баржу/площадку, >200 полётов одной ступени). Двигатели: 9× Merlin (RP-1 + LOX). Стоимость: $67 млн ($15 млн повторный). Starship (разработка): полностью многоразовая, 100+ тонн на орбиту, метановые Raptor. Цель: Марс. Взрывы при тестах (IFT-1, IFT-2), прогресс быстрый.
Ракеты-носители
Вывод на орбиту. Многоступенчатые: 2-3 ступени. SpaceX Falcon 9 (многоразовая 1 ступень), Союз, Ариан. Полезная нагрузка: LEO vs GTO.
Жидкостные ракетные двигатели
ЖРД: топливо + окислитель. Керосин/кислород (Мерлин), водород/кислород (RS-25), метан (Raptor). Удельный импульс. Турбонасосные агрегаты.
Твердотопливные двигатели
РДТТ: топливо и окислитель в твёрдой смеси. Простые, надёжные, хранятся долго. Нельзя выключить. Боковые ускорители (SRB), баллистические ракеты.