Кіріспе
Ракетаның ең көп таралған түрі, спутниктерді ұшыру үшін қолданылады. Көп сатылы ракета немесе қадамды ракета – екі немесе одан көп ракета сатыларын пайдаланатын ұшыру құралы, олардың әрқайсысының өз қозғалтқыштары мен жанар майы болады. Тандемдік немесе тізбекті саты басқа сатының үстіне орнатылады; параллель саты басқа сатымен қатар бекітіледі. Нәтижесінде екі немесе одан көп ракета бірін-біріне тігіліп немесе қатар жалғанады. Екі сатылы ракеталар жиі кездеседі, бірақ бес жеке сатысы бар ракеталар да сәтті ұшырылған. Сатылар жанар майын толық пайдаланғаннан кейін оларды бөліп тастау арқылы, қалған ракетаның массасы азаяды. Әрбір келесі саты нақты жұмыс жағдайларына, мысалы, биіктікке көтерілгенде атмосфералық қысымның төмендеуіне сәйкес оңтайландырылуы мүмкін. Бұл сатылану қалған сатылардың жылдамдануын жеңілдетеді, ракетаны соңғы жылдамдық пен биіктікке жеткізеді. Тізбекті немесе тандемді сатылану схемаларында бірінші саты төменде орналасып, әдетте ең үлкені болады, ал екінші саты және одан кейінгі жоғарғы сатылар оның үстінде орналасып, көлемі кішірейеді. Параллель сатылану схемаларында ұшыруға көмектесу үшін қатты немесе сұйық отынды ракета күштеуіштер қолданылады. Олар кейде «0 саты» деп аталады. Әдетте, бірінші саты мен күштеуіштердің қозғалтқыштары бүкіл ракетаны жоғары қарай итеру үшін іске қосылады. Күштеуіштердің жанар майы біткен кезде, олар ракетаның қалған бөлігінен (әдетте, кішкентай жарылғыш заряд немесе жарылғыш бұрандалар арқылы) ажыратылып, құлайды. Бірінші саты толығымен жанып, түсіп қалады. Бұл екінші саты төменде орналасқан кішкентай ракета қалдырады, содан кейін ол іске қосылады. Ракета жасаушылар арасында «сатылану» деп белгілі бұл процесс, қажетті соңғы жылдамдыққа қол жеткізілгенше қайталанады. Кейбір жағдайларда, тізбекті сатылануда жоғарғы сатылар ажырау алдында тұтанады – сатылар аралық бөлігі осыған сәйкес жасалады, ал итеру екі құрылғыны толық ажыратуға көмектеседі. Орбиталық жылдамдыққа жету үшін көп сатылы ракета қажет. Бір сатылы орбитаға шығу жобалары іздестірілуде, бірақ әлі көрсетілген жоқ.
A multistage rocket or step rocket is a launch vehicle that uses two or more rocket stages, each of which contains its own engines and propellant. A tandem or serial stage is mounted on top of another stage; a parallel stage is attached alongside another stage. The result is effectively two or more rockets stacked on top of or attached next to each other. Two stage rockets are quite common, but rockets with as many as five separate stages have been successfully launched. By jettisoning stages when they run out of propellant, the mass of the remaining rocket is decreased. Each successive stage can also be optimized for its specific operating conditions, such as decreased atmospheric pressure at higher altitudes. This staging allows the thrust of the remaining stages to more easily accelerate the rocket to its final speed and height. In serial or tandem staging schemes, the first stage is at the bottom and is usually the largest, the second stage and subsequent upper stages are above it, usually decreasing in size. In parallel staging schemes solid or liquid rocket boosters are used to assist with launch. These are sometimes referred to as "stage 0". In the typical case, the first stage and booster engines fire to propel the entire rocket upwards. When the boosters run out of fuel, they are detached from the rest of the rocket (usually with some kind of small explosive charge or explosive bolts) and fall away. The first stage then burns to completion and falls off. This leaves a smaller rocket, with the second stage on the bottom, which then fires. Known in rocketry circles as staging, this process is repeated until the desired final velocity is achieved. In some cases with serial staging, the upper stage ignites before the separation—the interstage ring is designed with this in mind, and the thrust is used to help positively separate the two vehicles. A multistage rocket is required to reach orbital speed. Single stage to orbit designs are sought, but have not yet been demonstrated.
Тандемдік және параллельді этаптастыру
Тандемдік кезеңдеуді іске асыратын зымыран жүйесі әрбір жеке кезеңнің бірінен кейін бірі тізбектей жұмыс істейтінін білдіреді. Зымыран бұрынғы кезеңнен ажыралып, содан кейін келесі кезеңді тікелей жалғастырып жағуды бастайды. Ал, параллельдік кезеңдеуді іске асыратын зымыранда бір уақытта екі немесе одан көп кезеңдер белсенді болады. Мысалы, ғарыш кемесінде бір мезгілде жанып тұратын екі қатты отынды күшейткіші бар. Ұшырылғанда күшейткіштер тұтанады, ал кезең аяқталғанда екі күшейткіш тасталады, ал сыртқы отын бакі келесі кезең үшін сақталады.
Құрастыру
Әрбір жеке саты әдетте өндіріс орнында құрастырылады және ұшыру алаңына жеткізіледі; "көлік құрастыру" термині зымыранның барлық сатылары мен ғарыш кемесі жүгінің бір жиынтыққа біріктірілуіне жатады. Бір сатылы (суборбитальды) және кішігірім өлшемді көп сатылы көліктерді әдетте тікелей ұшыру алаңында сатыларды және ғарыш кемесін тік орналастырып, кран арқылы жинауға болады. Бұл әдетте үлкен ғарыш көліктері үшін қолайлы емес, олар алаңнан тыс құрастырылып, түрлі тәсілдермен ұшыру орнына жеткізіледі. NASA-ның Аполлон/Сатурн V экипажды Айға қондыру аппараты мен ғарыш шаттлы көліктік құрастыру ғимаратында ұшыру мұнаралары бар жылжымалы ұшыру платформаларына тік жиналды, содан кейін арнайы жұлқыш транспортері бүкіл көлік жиынтығын тік күйде ұшыру алаңына жылжытты. Ал Ресейдің "Союз" зымыраны мен SpaceX Falcon 9 сияқты аппараттар өңдеу ангарында көлденең жиналады, көлденең тасымалданады, содан кейін ұшыру алаңында тік орналастырылады.
Пассивтеу және ғарыш қалдықтары
Ұшыру аппараттарының пайдаланылған жоғарғы сатылары – пайдаланылғаннан кейін көп жылдар бойы орбитада жұмыс істемейтін күйде қалатын ғарыш қалдықтарының маңызды көзі, сондай-ақ кейде бір жоғарғы сатының орбитада ыдырауынан пайда болатын ірі қалдықтар аймақтарын құрайды. Пассивтеу – көлік құралында қалған энергия көздерін жою, мысалы, отынды төгу немесе батареяларды разрядтау. Кеңес және АҚШ ғарыш бағдарламаларындағы көптеген жоғарғы сатылар миссия аяқталғаннан кейін пассивтендірілмеген. Ғарыш қалдықтары мәселесін сипаттауға жасалған алғашқы тыраштары барысында, барлық қалдықтардың көп бөлігі ракеталардың жоғарғы сатыларының, әсіресе пассивтендірілмеген жоғарғы сатыдағы қозғалтқыш бөлімдерінің бұзылуынан туындайтыны анықталды.
Бөлу оқиғалары
Көп сатылы зымыранның әр бөлігін бөлу ұшыру миссиясының сәттілігіне қосымша тәуекел әкеледі. Бөліну оқиғаларының санын азайту құрылымның қарапайымдалуына себеп болады. Бөліну оқиғалары сатылар немесе қосымша күштеуіштер пайдаланылғаннан кейін ажыратылғанда, орбитаға енгізілгенге дейін пайдалы жүк қаптамасы ажыратылғанда, немесе қолданылған жағдайда, ұшырудан құтқару жүйесі ұшырудың алғашқы кезеңінен кейін ажыратылғанда болады. Пиротехникалық бекіткіштер немесе кейбір жағдайларда, Falcon 9 Full Thrust сияқты пневматикалық жүйелер, зымыран сатыларын ажырату үшін әдетте қолданылады.
Екі сатылы орбиталық
Орбитаға екі сатылы (TSTO) немесе екі сатылы зымыран ұшыру құралы – орбиталық жылдамдыққа қол жеткізу үшін екі бөлек сатысы тікелей бірінен кейін бірі жұмыс істейтін ғарыш кемесі. Ол үш сатылы орбитаға шығару құралы мен гипотетикалық бір сатылы орбитаға шығару құралы (SSTO) арасындағы кезеңдік нұсқа.
Үш сатылы орбитаға
Орбитаға шығудың үш сатылы жүйесі – Жер орбитасына жету үшін кеңінен қолданылатын зымырандық жүйе. Ғарыш аппараты орбиталық жылдамдыққа қол жеткізу үшін үш бөлек сатыны тікелей бірінен кейін біріне итеру үшін пайдаланады. Бұл жүйе төрт сатылы және екі сатылы орбитаға шығару жүйелерінің аралық деңгейінде орналасады.
Төрт сатылы орбитаға
Төрт сатылы орбитаға шығару жүйесі – Жер орбитасына жетуге қолданылатын зымырандық жүйе. Ғарыш аппараты орбиталық жылдамдыққа қол жеткізу үшін төрт бөлек сатыны тізбектей пайдаланып, жылдамдату күшін қамтамасыз етеді. Бұл жүйе бес сатылы және үш сатылы орбитаға шығару құралдарының арасындағы кезең болып табылады және көбінесе қатты отынмен жұмыс істейтін зымырандық жүйелерде қолданылады.