Введение
Ретроракета (сокращение от ретроградной ракеты) — это ракетный двигатель, создающий тягу, направленную против движения аппарата, тем самым замедляя его. Они в основном используются в космических аппаратах, с более ограниченным применением при посадке самолетов на короткие взлетно-посадочные полосы. С 2010 года появляются новые области применения ретроракет в многоразовых системах запуска.
A retrorocket (short for retrograde rocket) is a rocket engine providing thrust opposing the motion of a vehicle, thereby causing it to decelerate. They have mostly been used in spacecraft, with more limited use in short runway aircraft landing. New uses are emerging since 2010 for retro thrust rockets in reusable launch systems.
История
Ракеты устанавливались на нос некоторых моделей DFS 230, немецкого военного планера времен Второй мировой войны. Это позволяло самолету совершать посадку на более ограниченных площадках, чем было бы возможно при десантировании. Другим проектом времен Второй мировой войны был британский проект "Хаджиле", инициированный Директоратом разработки нестандартного вооружения Британского Адмиралтейства. Изначально это был запрос британской армии о способе сброса тяжелого оборудования или транспортных средств с самолетов, летящих на большой скорости и высоте, но проект оказался неудачным и был практически забыт после войны. Несмотря на то, что некоторые испытания оказались успешными, "Хаджиле" был слишком непредсказуемым для применения в обычных боевых действиях, и к концу войны, без возможности реализовать проект на практике, он был закрыт. Позднее советские эксперименты использовали эту технику для торможения крупных грузов, сбрасываемых с самолета после спуска на парашюте.
Деорбитальные маневры
Когда космический аппарат на орбите достаточно замедляется, его высота снижается до точки, в которой аэродинамические силы начинают быстро замедлять движение аппарата, и он возвращается на Землю. Без тормозных двигателей космические аппараты оставались бы на орбите до естественного замедления их орбит и входили бы в атмосферу значительно позже; в случае пилотируемых полётов – спустя долгое время после исчерпания ресурсов систем жизнеобеспечения. Поэтому для космических аппаратов критически важна чрезвычайная надёжность тормозных двигателей.
Проект Меркурий
Ввиду высокой надёжности, необходимой для двигателей торможения при спуске с орбиты, космический корабль "Mercury" использовал три твердотопливных двигателя тягой 1000 фунтов силы (4,5 кН), каждый из которых работал в течение 10 секунд и был закреплён на тепловом щите в нижней части корабля. Одного двигателя было достаточно для возвращения корабля на Землю в случае отказа двух других.
Проект "Джемини"
"Джемини" использовал четыре ракетных двигателя, каждый из которых работал в течение 5,5 секунд последовательно, с небольшим перекрытием по времени. Они были установлены в ретроградном отсеке адаптерного модуля, расположенном сразу за теплозащитным экраном капсулы.
Программа "Аполлон"
Для лунных полётов командно-сервисный модуль "Аполлон" не нуждался в тормозных двигателях для возвращения командного модуля на Землю, так как траектория полёта проходила через атмосферу, используя аэродинамическое сопротивление для снижения скорости. Испытательные полёты на околоземной орбите требовали обратной тяги, которую обеспечивал большой двигатель сервисного модуля. Тот же двигатель использовался как тормозной двигатель для замедления космического корабля при выходе на лунную орбиту. Лунный модуль "Аполлон" использовал двигатель спускаемого аппарата для схода с орбиты и посадки на Луну.
Программа космических челноков
Система орбитального маневрирования космического челнока обеспечивала аппарат парой мощных ракет на жидком топливе для как для повторного входа в атмосферу, так и для орбитального маневрирования. Одной ракеты было достаточно для успешного повторного входа, а в случае отказа обеих систем, система управления реакцией могла достаточно замедлить аппарат для повторного входа в атмосферу.
Стадии запуска ракеты
Для обеспечения чистого разделения и предотвращения контакта, многоступенчатые ракеты, такие как Titan II, Saturn I, Saturn IB и Saturn V, могут быть оснащены небольшими тормозными двигателями на нижних ступенях, которые включаются при разделении ступеней. Например, они использовались для отвода ступеней S-IC и S-II от остальной части ракеты после их выключения во время запуска Saturn V на околоземную орбиту. В то же время, следующая ступень может иметь двигатели для создания тяги в направлении полёта, которые используются как для облегчения разделения, так и для надёжного запуска жидкостных ракетных двигателей.
Приземляющиеся
Ретроракеты также используются при посадке космических аппаратов на другие астрономические тела, такие как Луна и Марс, а также для вывода космического аппарата на орбиту вокруг такого тела, в противном случае он пролетел бы мимо и снова ушел бы в открытый космос. Как отмечалось выше (в связи с программой "Аполлон"), основная ракета космического корабля может быть переориентирована для использования в качестве ретроракеты. Капсула "Союз" использует небольшие ракетные двигатели на последнем этапе посадки.
Многоразовые системы запуска
С 2010 года появились новые области применения ракет с обратной тягой для многоразовых пусковых систем. После отделения второй ступени, первая ступень ракет Falcon 9 и Falcon Heavy компании SpaceX использует один-три основных двигателя для торможения и осуществления управляемой посадки. Затем первая ступень восстанавливается, проходит модернизацию и готовится к следующему полету. Ускорители других орбитальных ракет обычно уничтожаются после однократного использования при повторном входе в атмосферу и высокоскоростном столкновении с океаном. Компании, такие как Blue Origin с их New Glenn, Link Space с их New Line 1, а также национальные проекты, такие как проект RETALT Европейской комиссии и проект Long March 8 Китайского национального космического управления, также разрабатывают системы возврата с использованием обратной тяги для многоразовых ускорителей. New Shepard – это многоразовая одноступенчатая суборбитальная ракета, в которой ускоритель использует свой основной двигатель для посадки после полета. Капсула замедляет спуск с помощью парашютов и использует тормозные двигатели непосредственно перед касанием земли.
Операция "Достоверный спорт"
Операция «Верный спорт», план, предложенный правительством США в 1979 году для спасения заложников в Иране, привела к созданию двух модифицированных самолетов Lockheed C-130 Hercules, получивших обозначение YMC-130H, оснащенных тормозными ракетными двигателями для выполнения посадок на очень коротких дистанциях. Согласно плану, эти самолеты должны были приземлиться на стадионе имени Шахида Шируди рядом с посольством США в Тегеране и использовать тормозные ракетные двигатели для остановки. Один самолет был уничтожен в результате крушения во время испытательного полета, обошлось без жертв, а план был свернут позднее в том же году.