Маленькие модели ракет: история и безопасность

Модельные ракеты: безопасный и увлекательный вид хобби. Конструкция из бумаги, картона, дерева. Правила запуска и восстановления от NAR.

21 мин чтения

100%

Источник: Model rocket — Wikipedia

Сравнивайте с английским: нажмите на абзац — оригинал откроется в окне. Кнопка EN под абзацем показывает его прямо в тексте.

Содержание

Введение

Маленькая любительская ракета

Модельная ракета – это небольшая ракета, предназначенная для достижения небольших высот (например, для демонстрации модели) и последующего возвращения на землю различными способами. Согласно Кодексу безопасности Национальной ассоциации ракетостроения США (NAR), модельные ракеты изготавливаются из легких неметаллических деталей. Обычно для этого используются бумага, картон, бальза или пластик. Кодекс также содержит рекомендации по использованию двигателей, выбору места запуска, методам запуска, размещению пусковой установки, проектированию и применению системы возврата и другим аспектам. С начала 1960-х годов копия Кодекса безопасности модельных ракет прилагается к большинству наборов и двигателей для модельных ракет. Несмотря на неизбежную связь с легковоспламеняющимися веществами и предметами с заостренным наконечником, движущимися на высоких скоростях, модельное ракетостроение исторически доказало свою безопасность как хобби и признано важным источником вдохновения для детей, которые впоследствии стали учеными и инженерами.

История моделирования ракет

Несмотря на то, что после многих лет исследований и экспериментов было создано множество небольших ракет, первая современная модель ракеты и, что более важно, модель ракетного двигателя, была разработана в 1954 году Орвилом Карлайлом, лицензированным экспертом по пиротехнике, и его братом Робертом, энтузиастом авиамоделирования. Изначально они разработали двигатель и ракету для Роберта, чтобы использовать их в лекциях о принципах полёта на ракетах. Но затем Орвилл прочитал статьи, написанные Г. Гарри Стайном в журнале Popular Mechanics, о проблемах безопасности, связанных с тем, что молодые люди пытаются самостоятельно изготавливать ракетные двигатели. После запуска "Спутника" многие молодые люди пытались построить собственные ракетные двигатели, зачастую с трагическими последствиями. Некоторые из этих попыток были драматизированы в основанном на реальных событиях фильме 1999 года "Октябрьское небо". Карлайлы поняли, что их конструкция двигателя может быть коммерциализирована и предоставить безопасную возможность для развития нового хобби. В январе 1957 года они отправили образцы мистеру Стайну. Стайн, офицер по безопасности на ракетном полигоне "Уайт-Сэндс", построил и испытывал модели, а затем разработал руководство по безопасности для этого вида деятельности, основываясь на своём опыте работы на полигоне. Первой американской компанией по производству ракет-моделей была Model Missiles Incorporated (MMI) в Денвере, штат Колорадо, основанная Стайном и другими. Стайн заказывал изготовление ракетных двигателей у местной компании фейерверков, рекомендованной Карлайлом, но проблемы с надёжностью и поставками вынудили его обратиться к другим производителям. В конечном итоге Стайн обратился к Вернону Эстесу, сыну местного производителя фейерверков. Эстес основал Estes Industries в 1958 году в Денвере, штат Колорадо, и разработал высокоскоростную автоматизированную машину для производства твердотопливных ракетных двигателей для MMI. Машина, получившая прозвище "Мабел", производила недорогие и надёжные двигатели в количествах, значительно превышающих потребности Стайна. Бизнес Стайна пошёл на спад, что позволило Эстесу продавать двигатели отдельно. Впоследствии, в 1960 году он начал продавать наборы для сборки ракет-моделей, и в конечном итоге компания Estes стала доминировать на рынке. В 1961 году Эстес перенёс свою компанию в Пенроуз, штат Колорадо. В 1970 году Estes Industries была приобретена компанией Damon Industries. Она продолжает работать в Пенроузе и сегодня. Конкуренты, такие как Centuri и Cox, появлялись и исчезали в Америке в 1960-х, 1970-х и 1980-х годах, но Estes продолжал контролировать американский рынок, предлагая скидки школам и клубам, таким как "Скауты Америки", для развития хобби. В последние годы такие компании, как Quest Aerospace, заняли небольшую долю рынка, но Estes по-прежнему остаётся основным поставщиком ракет, двигателей и пускового оборудования для любителей ракетной техники малой и средней мощности. Estes производит и продаёт ракетные двигатели на чёрном порохе. С появлением ракетной техники высокой мощности, которое началось в середине 1980-х годов с появлением двигателей классов G–J (каждая буква обозначает энергию, вдвое превышающую энергию предыдущего класса), ряд компаний разделили рынок для более крупных и мощных ракет. К началу 1990-х годов лидирующие позиции заняли Aerotech Consumer Aerospace, LOC/Precision и Public Missiles Limited (PML), в то время как множество производителей двигателей предлагали всё более крупные двигатели по значительно более высоким ценам. Такие компании, как Aerotech, Vulcan и Kosdon, были широко популярны на запусках в то время, поскольку ракеты высокой мощности регулярно преодолевали звуковой барьер и достигали больших высот. В течение примерно пяти лет самые большие серийно выпускаемые двигатели достигли класса N, эквивалентные по мощности более чем 1000 двигателям класса D вместе взятым, и могли легко поднимать ракеты значительного веса. Сегодня на периферии рынка продолжают работать производители двигателей, создающие двигатели с цветным пламенем (красный, синий и зелёный – распространённые цвета), чёрным дымом и искрящимися эффектами, а также иногда строящие огромные двигатели классов P, Q и даже R для специальных проектов, таких как попытки достижения экстремальных высот. Надёжность двигателей высокой мощности была серьёзной проблемой в конце 1980-х и начале 1990-х годов, когда катастрофические отказы двигателей происходили относительно часто (около 1 случай на 20) в двигателях класса L и выше. Учитывая, что стоимость одного двигателя превышала 300 долларов, необходимость поиска более дешёвой и надёжной альтернативы была очевидна. Двигатели перезагружаемого типа (металлические гильзы со съёмными заглушками и заполненные литыми топливными шашками) были представлены компанией Aerotech и стали очень популярными в течение нескольких лет. Эти металлические контейнеры требовали только очистки и повторной загрузки топливом и несколькими расходными компонентами после каждого запуска. Стоимость "перезагрузки" обычно составляла половину стоимости одноразового двигателя. Хотя катастрофические отказы при старте (CATOs) всё ещё иногда происходят с перезагружаемыми двигателями (в основном из-за некачественной сборки пользователем), надёжность запусков значительно возросла. Можно изменить профиль тяги твердотопливных двигателей, выбирая различные конструкции топлива. Поскольку тяга пропорциональна площади поверхности горения, топливные шашки можно формовать для создания очень высокой тяги в течение нескольких секунд или для обеспечения более низкой тяги, продолжающейся в течение длительного времени. В зависимости от веса ракеты и максимального порогового значения скорости конструкции фюзеляжа и стабилизаторов, можно выбрать подходящие двигатели для достижения максимальной производительности и шанса на успешное восстановление. Aerotech, Cesaroni, Rouse Tech, Loki и другие компании стандартизировали набор общих размеров перезагрузок, что обеспечивает клиентам большую гибкость в выборе оборудования и перезагрузок, в то время как существует множество энтузиастов, создающих двигатели на заказ, которые создают уникальные конструкции и иногда предлагают их для продажи.

While there were many small rockets produced after years of research and experimentation, the first modern model rocket, and more importantly, the model rocket motor, was designed in 1954 by Orville Carlisle, a licensed pyrotechnics expert, and his brother Robert, a model airplane enthusiast. They originally designed the motor and rocket for Robert to use in lectures on the principles of rocket powered flight. But then Orville read articles written in Popular Mechanics by G. Harry Stine about the safety problems associated with young people trying to make their own rocket engines. With the launch of Sputnik, many young people were trying to build their own rocket motors, often with tragic results. Some of these attempts were dramatized in the fact based 1999 film October Sky. The Carlisles realized their motor design could be marketed and provide a safe outlet for a new hobby. They sent samples to Mr. Stine in January 1957. Stine, a range safety officer at White Sands Missile Range, built and flew the models, and then devised a safety handbook for the activity based on his experience at the range. The first American model rocket company was Model Missiles Incorporated (MMI), in Denver, Colorado, opened by Stine and others. Stine had model rocket engines made by a local fireworks company recommended by Carlisle, but reliability and delivery problems forced Stine to approach others. Stine eventually approached Vernon Estes, the son of a local fireworks maker. Estes founded Estes Industries in 1958 in Denver, Colorado and developed a high speed automated machine for manufacturing solid model rocket motors for MMI. The machine, nicknamed "Mabel", made low cost motors with great reliability, and did so in quantities much greater than Stine needed. Stine's business faltered and this enabled Estes to market the motors separately. Subsequently, he began marketing model rocket kits in 1960, and eventually, Estes dominated the market. Estes moved his company to Penrose, Colorado in 1961. Estes Industries was acquired by Damon Industries in 1970. It continues to operate in Penrose today. Competitors like Centuri and Cox came and went in America during the 1960s, 1970s, and 1980s, but Estes continued to control the American market, offering discounts to schools and clubs like Boy Scouts of America to help grow the hobby. In recent years, companies like Quest Aerospace have taken a small portion of the market, but Estes continues to be the main source of rockets, motors, and launch equipment for the low to medium power rocketry hobby today. Estes produces and sells Black Powder Rocket Motors. Since the advent of high power rocketry, which began in the mid 1980s with the availability of G through J class motors (each letter designation has up to twice the energy of the one before), a number of companies have shared the market for larger and more powerful rockets. By the early 1990s, Aerotech Consumer Aerospace, LOC/Precision, and Public Missiles Limited (PML) had taken up leadership positions, while a host of engine manufacturers provided ever larger motors, and at much higher costs. Companies like Aerotech, Vulcan, and Kosdon were widely popular at launches during this time as high power rockets routinely broke Mach 1 and reached heights over In a span of about five years, the largest regularly made production motors available reached N, which had the equivalent power of over 1,000 D engines combined, and could lift rockets weighing with ease. Custom motor builders continue to operate on the periphery of the market today, often creating propellants that produce colored flame (red, blue, and green being common), black smoke and sparking combinations, as well as occasionally building enormous motors of P, Q, and even R class for special projects such as extreme altitude attempts over
High power motor reliability was a significant issue in the late 1980s and early 1990s, with catastrophic engine failures occurring relatively frequently (est. 1 in 20) in motors of L class or higher. At costs exceeding $300 per motor, the need to find a cheaper and more reliable alternative was apparent. Reloadable motor designs (metal sleeves with screwed on end caps and filled with cast propellant slugs) were introduced by Aerotech and became very popular over the span of a few years. These metal containers needed only to be cleaned and refilled with propellant and a few throw away components after each launch. The cost of a "reload" was typically half of a comparable single use motor. While catastrophes at take off (CATOs) still occur occasionally with reloadable motors (mostly due to poor assembly techniques by the user), the reliability of launches has risen significantly. It is possible to change the thrust profile of solid propellant motors by selecting different propellant designs. Since thrust is proportional to burning surface area, propellant slugs can be shaped to produce very high thrust for a second or two, or to have a lower thrust that continues for an extended time. Depending on the weight of the rocket and the maximum speed threshold of the airframe and fins, appropriate motor choices can be used to maximize performance and the chance of successful recovery. Aerotech, Cesaroni, Rouse Tech, Loki and others have standardized around a set of common reload sizes such that customers have great flexibility in their hardware and reload selections, while there continues to be an avid group of custom engine builders who create unique designs and occasionally offer them for sale.

Меры предосторожности и безопасность

Моделирование ракет – безопасное и широко распространенное хобби. Такие люди, как Г. Гарри Стайн и Вернон Эстес, способствовали этому, разработав и опубликовав Кодексы безопасности моделей ракет NAR и начав коммерческое производство безопасных, профессионально спроектированных и изготовленных моделей ракетных двигателей. Кодекс безопасности представляет собой перечень рекомендаций и является обязательным только для членов Национальной ассоциации ракетостроения. Основной причиной развития этого хобби в 1950-х и 1960-х годах было предоставление молодым людям возможности создавать модели летающих ракет без необходимости конструировать опасные двигательные установки или напрямую работать со взрывчатыми веществами. NAR и TRA успешно подали в суд на Бюро по алкоголю, табаку, огнестрельному оружию и взрывчатым веществам США (BATFE) в отношении классификации композитного пропеллента на основе перхлората аммония (APCP), наиболее распространенного пропеллента в двигателях высокой мощности, как взрывчатого вещества. Решение окружного суда округа Колумбия от 13 марта 2009 года, вынесенное судьей Реджи Уолтоном, исключило APCP из списка регулируемых взрывчатых веществ, фактически устранив регулирование любительского ракетостроения со стороны BATFE.

Модели ракетных двигателей

Большинство небольших моделей ракетных двигателей являются одноразовыми, с картонными корпусами и легкими формованными глиняными соплами, имеющими импульсный класс от долей A до G. Модельные ракеты обычно используют коммерчески изготовленные двигатели на черном порохе. Эти двигатели проверены и сертифицированы Национальной ассоциацией ракетостроения, Триполийской ассоциацией ракетостроения (TRA) или Канадской ассоциацией ракетостроения (CAR). Двигатели на черном порохе имеют диапазон импульсов от 1/8A до F.

Физически самые крупные двигатели на черном порохе обычно относятся к классу F, поскольку черный порох очень хрупкий. Если большой двигатель на черном порохе является двигателем верхней ступени ракеты, превышающей максимальную рекомендуемую взлетную массу, или он упал или подвергся многочисленным циклам нагрева/охлаждения (например, в закрытом транспортном средстве, подверженном воздействию высокой температуры, или в помещении с неконтролируемой температурой), в топливном заряде могут образоваться микротрещины. Эти трещины увеличивают площадь поверхности топлива, поэтому при воспламенении двигателя топливо сгорает намного быстрее и создает большее, чем обычно, внутреннее давление в камере двигателя. Это давление может превысить прочность бумажного корпуса и привести к разрыву двигателя. Разрыв двигателя может вызвать повреждение модели ракеты, от простого разрыва моторного или корпусного отсека до резкого выброса (и иногда воспламенения) системы восстановления. Поэтому ракетные двигатели с мощностью выше D–F обычно используют композитные двигатели, изготовленные из перхлората аммония, алюминиевого порошка и резинового связующего вещества, заключенного в прочный пластиковый корпус. Этот тип топлива аналогичен топливу, используемому в твердотопливных ускорителях космического шаттла, и он менее хрупок, чем черный порох, что повышает надежность двигателя и его устойчивость к трещинам в топливе. Импульс этих двигателей варьируется от A до O. Композитные двигатели производят больший импульс на единицу веса (удельный импульс), чем двигатели на черном порохе. Также доступны перезаряжаемые композитные двигатели. Это коммерчески производимые двигатели, требующие от пользователя сборки топливных шашек, уплотнительных колец и шайб (для удержания расширяющихся газов), шашек задержки и выброса в специальные небьющиеся алюминиевые корпуса двигателя с винтовыми или защелкивающимися крышками. Преимущество перезаряжаемого двигателя заключается в стоимости: во-первых, поскольку основной корпус можно использовать повторно, перезарядки стоят значительно дешевле, чем одноразовые двигатели с тем же импульсом. Во-вторых, сборка больших композитных двигателей трудоемка и ее сложно автоматизировать; передача этой задачи потребителю позволяет снизить затраты. Перезаряжаемые двигатели доступны от класса D до класса O. Двигатели воспламеняются электрическим запалом, состоящим из короткого участка пирогенного нихрома, меди или алюминиевой мостовой проволоки, вставленной в сопло и удерживаемой на месте огнеупорным ватином, резиновой лентой, пластиковой пробкой или малярным скотчем. Над топливом находится заряд слежения, который производит дым, но по сути не создает тяги, поскольку ракета замедляется и описывает дугу. Когда заряд слежения прогорит, он воспламенит заряд выброса, который используется для развертывания системы восстановления. Модельные ракетные двигатели в основном не имеют системы управления вектором тяги, а полагаются на стабилизирующие плавники в основании для обеспечения аэродинамической устойчивости. Однако некоторые ракеты имеют управление вектором тяги (TVC) за счет поворота самого двигателя, а не сопла. Это делается на некоторых ракетах, построенных многими моделистами-ракетостроителями, наиболее известным из которых является BPS.space.

The physically largest black powder model rocket motors are typically F class, as black powder is very brittle. If a large black powder motor is the upper stage motor of a rocket that exceeds the maximum recommended takeoff weight, or is dropped or exposed to many heating/cooling cycles (e. g., in a closed vehicle exposed to high heat or a storage area with inconsistent temperature control), the propellant charge may develop hairline fractures. These fractures increase the surface area of the propellant, so that when the motor is ignited, the propellant burns much faster and produces greater than normal internal chamber pressure inside the engine. This pressure may exceed the strength of the paper case and cause the motor to burst. A bursting motor can cause damage to the model rocket ranging from a simple ruptured motor tube or body tube to the violent ejection (and occasionally ignition) of the recovery system. Therefore, rocket motors with power ratings higher than D to F customarily use composite propellants made of ammonium perchlorate, aluminium powder, and a rubbery binder substance contained in a hard plastic case. This type of propellant is similar to that used in the solid rocket boosters of the Space Shuttle and is not as fragile as black powder, increasing motor reliability and resistance to fractures in the propellant. These motors
range in impulse from size A to O. Composite motors produce more impulse per unit weight (specific impulse) than do black powder motors. Reloadable composite propellant motors are also available. These are commercially produced motors requiring the user to assemble propellant grains, o rings and washers (to contain the expanding gases), delay grains and ejection charges into special non shattering aluminum motor casings with screw on or snap in ends (closures). The advantage of a reloadable motor is the cost: firstly, because the main casing is reusable, reloads cost significantly less than single use motors of the same impulse. Secondly, assembly of larger composite engines is labor intensive and difficult to automate; off loading this task on the consumer results in a cost savings. Reloadable motors are available from D through O class. Motors are electrically ignited with an electric match consisting of a short length of pyrogen coated nichrome, copper, or aluminum bridgewire pushed into the nozzle and held in place with flameproof wadding, a rubber band, a plastic plug or masking tape. On top of the propellant is a tracking delay charge, which produces smoke but in essence no thrust, as the rocket slows down and arcs over. When the delay charge has burned through, it ignites an ejection charge, which is used to deploy the recovery system. Model rocket motors mostly don't offer any sort of thrust vectoring, instead just relying on fins at the base to keep the vehicle aerodynamically stable. Some rockets do however have thrust vectoring control (TVC) by gimbaling the motor itself rather than the nozzle. This is done on some rockets built by many model rocket builders, most notably of which, is BPS. space.

Выступление

Импульс (площадь под кривой времени тяги) модели двигателя используется для определения его класса. Двигатели делятся на классы от 1/4A до O и выше. Ракетные двигатели на черном порохе обычно производятся только до класса F. Верхний предел каждого класса вдвое превышает верхний предел предыдущего класса. Модели ракет используют только двигатели класса G и ниже. Ракеты, использующие двигатели с большим импульсом, считаются ракетами большой мощности. Класс общего импульса (метрический стандарт) 1/4A 0.313 0.625 Н·с 1/2A 0.626 1.25 Н·с A 1.26 2.50 Н·с B 2.51 5.0 Н·с C 5.01 10 Н·с D 10.01 20 Н·с E 20.01 40 Н·с F 40.01 80 Н·с G 80.01 160 Н·с

Данные испытаний ракетных двигателей Estes используются в следующих примерах характеристик ракетных двигателей. Для миниатюрных ракетных двигателей на черном порохе (диаметром 13 мм) максимальная тяга составляет от 5 до 12 Н, общий импульс – от 0,5 до 2,2 Нс, а время горения – от 0,25 до 1 секунды. Для ракетных двигателей Estes «обычного размера» (диаметром 18 мм) существует три класса: A, B и C. Двигатели класса A диаметром 18 мм имеют максимальную тягу от 9,5 до 9,75 Н, общий импульс от 2,1 до 2,3 Нс и время горения от 0,5 до 0,75 секунды. Двигатели класса B диаметром 18 мм имеют максимальную тягу от 12,15 до 12,75 Н, общий импульс от 4,2 до 4,35 Нс и время горения от 0,85 до 1 секунды. Двигатели класса C диаметром 18 мм имеют максимальную тягу от 14 до 14,15 Н, общий импульс от 8,8 до 9 Нс и время горения от 1,85 до 2 секунд. Также существуют 3 класса, включенные в ракетные двигатели Estes большого размера (диаметром 24 мм): C, D и E. Двигатели класса C диаметром 24 мм имеют максимальную тягу от 21,6 до 21,75 Н, общий импульс от 8,8 до 9 Нс и время горения от 0,8 до 0,85 секунды. Двигатели класса D диаметром 24 мм имеют максимальную тягу от 29,7 до 29,8 Н, общий импульс от 16,7 до 16,85 Нс и время горения от 1,6 до 1,7 секунды. Двигатели класса E диаметром 24 мм имеют максимальную тягу от 19,4 до 19,5 Н, общий импульс от 28,45 до 28,6 Нс и время горения от 3 до 3,1 секунды. Компания Estes также выпустила линейку двигателей E и F диаметром 29 мм на черном порохе. Двигатель 29 мм класса E производит 33,4 Ньютон-секунды общего импульса за 2,1 секунды горения, а двигатель класса F – 49,6 Ньютон-секунд за 3,45 секунды горения. Несколько независимых источников опубликовали результаты измерений, показывающие, что ракетные двигатели Estes часто не соответствуют заявленным характеристикам тяги.

Номенклатура двигателей

Модели ракетных двигателей, производимых такими компаниями, как Estes Industries, Centuri Engineering и Quest Aerospace, маркируются кодом (например, A10 3T или B6 4), который указывает на несколько характеристик двигателя. Двигатели Quest Micro Maxx – самые маленькие, с диаметром 6 мм. Компания Apogee Components выпускала микромоторы диаметром 10,5 мм, однако их производство было прекращено в 2001 году. Estes производит двигатели размера "T" (Tiny) диаметром 13 мм и длиной 45 мм для классов от 1/4A до A, в то время как стандартные двигатели классов A, B и C имеют диаметр 18 мм и длину 70 мм. Также доступны двигатели на черном порохе классов C, D и E; они имеют диаметр 24 мм и длину 70 мм (для двигателей C и D) или 95 мм (для двигателей E). Estes также производит линейку двигателей на черном порохе классов E и F диаметром 29 мм и длиной 114 мм. Более крупные двигатели с композитным топливом, такие как одноразовые двигатели классов F и G, также имеют диаметр 29 мм. Высокопроизводительные двигатели (обычно перезаряжаемые) доступны с диаметрами 29 мм, 38 мм, 54 мм, 75 мм и 98 мм.

Первая буква

Буква в начале кода указывает общий диапазон импульса двигателя (обычно измеряется в Ньютон-секундах). Каждая следующая буква в алфавитном порядке имеет импульс, максимальный в два раза больше, чем у предыдущей. Это не означает, что конкретный двигатель класса "C" имеет в два раза больший общий импульс, чем конкретный двигатель класса "B", а лишь то, что двигатели класса "C" находятся в диапазоне 5,01–10,0 Н·с, а двигатели класса "B" – в диапазоне 2,51–5,0 Н·с. Также используются обозначения "¼A" и "½A". Более подробное описание буквенных кодов можно найти в статье "Классификация моделей ракетных двигателей". Например, двигатель B6-4 от Estes Cox Corporation имеет общий импульс 5,0 Н·с. Двигатель C6-3 от Quest Aerospace имеет общий импульс 8,5 Н·с.

Первое число

Число, которое следует за буквой, указывает на среднюю тягу двигателя, измеряемую в ньютонах. Большая тяга обеспечит более высокое ускорение при взлете и позволит запускать более тяжелые модели. В пределах одного буквенного класса более высокая средняя тяга также означает более короткое время работы (например, двигатель B6 не будет гореть так долго, как B4, но обеспечит большую начальную тягу). Двигатели одного и того же буквенного класса, но с разными первыми цифрами, обычно предназначены для ракет разного веса. Например, более тяжелой ракете потребуется двигатель с большей начальной тягой для отрыва от стартовой площадки, в то время как более легкой ракете потребуется меньшая начальная тяга и она сможет дольше работать, достигая большей высоты.

Последний номер

Последнее число указывает задержку в секундах между окончанием фазы горения и воспламенением выталкивающего заряда. Двигатели на черном порохе, номер которых заканчивается на ноль, не имеют задержки и выталкивающего заряда. Такие двигатели обычно используются в качестве двигателей первой ступени в многоступенчатых ракетах, так как отсутствие задержки и запала позволяет горящим продуктам срыва вырваться вперед и воспламенить двигатель следующей ступени. Буква "P" означает, что двигатель "заглушен". В этом случае выталкивающего заряда нет, но запал установлен. Заглушенные двигатели используются в ракетах, которым не требуется стандартная система возврата, например, в небольших ракетах, совершающих кувырок, или в ракетах-планерах с радиоуправлением. Заглушенные двигатели также применяются в более крупных ракетах, где электронные высотомеры или таймеры используются для активации системы возврата. Композитные двигатели обычно имеют букву или комбинацию букв после значения задержки, указывающую, какая из различных пропеллентных композиций производителя (приводящая к цветному пламени или дыму) используется в данном конкретном двигателе.

Перезаряжаемые двигатели

Перезагружаемые ракетные двигатели специфицируются тем же образом, что и одноразовые модели ракетных двигателей, как описано выше. Однако они имеют дополнительное обозначение, указывающее как диаметр, так и максимальный общий импульс корпуса двигателя в формате "диаметр/импульс". Далее следует серия букв, обозначающих тип топлива. Тем не менее, не все компании, производящие перезагружаемые двигатели, используют одинаковые обозначения для своей продукции. Перезагрузка Aerotech, предназначенная для корпуса диаметром 29 миллиметров с максимальным общим импульсом 60 ньютон-секунд, имеет обозначение 29/60 в дополнение к спецификации импульса. Однако двигатели Cesaroni Technology Incorporated (CTI) используют другую систему обозначений. Они начинаются с "Pro", за которым следует число, обозначающее диаметр двигателя в миллиметрах, например, двигатель Pro38 имеет диаметр 38 мм. После этого следует новая последовательность символов, где сначала указывается импульс в ньютон-секундах, затем классификация двигателя, средняя тяга в ньютонах, затем дефис и время задержки в секундах. Например, Pro29 110G250 14 – это двигатель класса G с импульсом 110 Нс, тягой 250 Н и задержкой 14 секунд.

Методы восстановления ракет-моделей

Модельные и мощные ракеты разработаны для безопасного возвращения и повторного использования. Наиболее распространёнными способами возвращения являются парашют и ленточный тормозной парашют (стриммер). Парашют обычно раскрывается за счёт выталкивающего заряда двигателя, который отделяет носовой обтекатель. Парашют крепится к носовому обтекателю, вытягивая его и обеспечивая мягкую посадку.

Восстановление перхоти

Самый простой подход, подходящий лишь для самых маленьких ракет, — позволить ракете беспорядочно падать на землю после отделения двигателя. Это несколько отличается от восстановления путем кувыркания, которое использует некоторую систему для дестабилизации ракеты и предотвращения её перехода на баллистическую траекторию при возвращении на Землю.

Восстановление от обвалов

Другой простой подход, подходящий для небольших ракет — или ракет с большой площадью поперечного сечения — заключается в том, чтобы ракета кувыркалась при возвращении на Землю. Любая ракета, которая войдет в стабильную баллистическую траекторию при падении, не подходит для восстановления путем кувыркания. Чтобы этого избежать, некоторые такие ракеты используют выталкивающий заряд для смещения двигателя к задней части ракеты, перемещая центр масс за центр давления и тем самым дестабилизируя ракету.

Восстановление после носового удара

Другой очень простой способ возврата, использовавшийся в самых ранних моделях в 1950-х годах и иногда встречающийся в современных конструкциях, – это сброс носовой части. Суть его заключается в том, что пороховой заряд двигателя выбрасывает носовой обтекатель ракеты (обычно прикрепленный резиновым жгутом, кевларовой стропой или другим типом шнура) из корпуса, разрушая аэродинамическую форму ракеты, значительно увеличивая сопротивление и снижая скорость ракеты до безопасной для посадки. Сброс носовой части обычно подходит только для очень легких ракет.

Парашют/поточный корабль

Парашютный/поточный метод чаще всего применяется в небольших моделях ракет, но может использоваться и с более крупными, при условии значительного увеличения размера парашюта или стриммера пропорционально размеру ракеты. Он использует энергию выброса двигателя для раскрытия и выталкивания парашюта или стриммера. Парашют крепится к корпусу либо напрямую, с помощью шнура, либо косвенно – к носовому обтекателю, который, в свою очередь, крепится к корпусу шнуром. Обычно перед парашютом или стриммером в корпус помещается ком или масса огнестойкой бумаги или материала, часто называемая восстановительным защитным наполнителем. Это позволяет выбросному заряду вытолкнуть защитный наполнитель, парашют и носовой обтекатель, не повредив систему возврата. Сопротивление воздуха замедляет падение ракеты, обеспечивая плавную, контролируемую и мягкую посадку.

Восстановление при погружении

При восстановлении после полёта извергательный заряд либо раскрывает крыло (аэродинамический профиль), либо отделяет планер от двигателя. Если ракета/планер правильно настроен, она войдет в спиральное планирование и безопасно вернется на Землю. "Boost Glider" от BnB Rockets – отличный пример системы восстановления с помощью планирования. В некоторых случаях пилоты управляют радиоуправляемыми ракетами-планерами, возвращая их на Землю подобно самолетам-моделям. Некоторые ракеты (обычно длинные и тонкие) имеют подходящие пропорции для безопасного планирования на Землю хвостом вперед. Такие ракеты называют "бэкслидерами" (или "планерами-отступниками").

Восстановление вертолета

Извергательный заряд, одним из нескольких способов, раскладывает лопасти, подобные вертолетным, и ракета переходит в авторотацию для возвращения на Землю. Вертолетное восстановление обычно происходит, когда отдача двигателя создает давление, что приводит к выбросу носового обтекателя. К носовому обтекателю прикреплены резиновые жгуты и три или более лопасти. Эти жгуты вытягивают лопасти, обеспечивая достаточное сопротивление для смягчения посадки. В некоторых ракетах в качестве лопастей используются стабилизаторы. В таких ракетах извергательный заряд толкает трубку внутрь, имеющую выступы, которые удерживают стабилизаторы во время запуска. Затем выступы освобождают резиновые жгуты, натянутые на стабилизаторы, которые поворачиваются вверх, принимая вертолетное положение.

Подвижное восстановление

Небольшое число людей занимается возвратом своих моделей ракет с помощью управляемого приземления, используя активное управление вектором тяги. Наиболее известным примером являются ракеты Джо Барнарда, такие как "Echo" и серия ракет "Scout" в рамках проекта BPS. Space. В 2022 году BPS. Space успешно совершили посадку ракеты Scout F с регулировкой тяги за счет изменения направления сопла. В 2023 году компания TTB Aerospace Тедди Данкера успешно совершила посадку ракеты LLL.

Аэрофотосъемка

Камеры и видеокамеры могут быть запущены на модельных ракетах для фотосъемки в полете. Модельные ракеты, оснащенные Astrocam, Snapshot, Oracle или новыми цифровыми камерами Astrovision (все производства Estes), или их самодельными аналогами, могут использоваться для получения аэрофотоснимков. Эти снимки можно делать различными способами. Можно использовать механические таймеры или пассивные методы, например, нити, приводимые в действие закрылками, реагирующими на сопротивление воздуха. Также могут применяться микропроцессорные контроллеры. Однако скорость и движение ракеты могут приводить к размытым фотографиям, а быстро меняющиеся условия освещения при переходе ракеты от земли к небу могут ухудшить качество видео. Видеокадры также можно объединять для создания панорам. Поскольку парашютные системы подвержены отказам или неисправностям, камеры на модельных ракетах необходимо защищать от удара о землю. Существуют также ракеты, записывающие короткие цифровые видеоролики. На рынке широко представлены две модели производства Estes: Astrovision и Oracle. Astrocam снимает 4 секунды видео (хотя рекламируется как 16 и отображается так при воспроизведении, фактически – 4), а также может делать три последовательных цифровых снимка в полете с более высоким разрешением, чем видео. Она работает от двигателей размером от B6-3 до C6-3. Oracle – более дорогая альтернатива, но способна зафиксировать весь или большую часть полета и возвращения ракеты. Обычно она используется с двигателями типа "D". Oracle дольше находится в продаже, чем Astrovision, и имеет лучшую репутацию. Однако широко доступны и так называемые "камеры-брелоки", которые можно использовать практически на любой ракете, не вызывая значительного увеличения сопротивления. Существуют также экспериментальные самодельные ракеты с бортовыми видеокамерами, для которых предусмотрено два способа записи видео. Один – передача сигнала на Землю, как в серии камер BoosterVision. Второй – запись на борту с последующей загрузкой после возвращения ракеты, метод, используемый вышеупомянутыми камерами (некоторые экспериментаторы используют для этого Aiptek PenCam Mega, минимальная необходимая мощность для этого метода – двигатель C или D).

Cameras and video cameras can be launched on model rockets to take photographs in flight. Model rockets equipped with the Astrocam, Snapshot film camera or the Oracle or newer Astrovision digital cameras (all produced by Estes), or with homebuilt equivalents, can be used to take aerial photographs. These aerial photographs can be taken in many ways. Mechanized timers can be used or passive methods may be employed, such as strings that are pulled by flaps that respond to wind resistance. Microprocessor controllers can also be used. However, the rocket's speed and motion can lead to blurry photographs, and quickly changing lighting conditions as the rocket points from ground to sky can affect video quality. Video frames can also be stitched together to create panoramas. As parachute systems can be prone to failure or malfunction, model rocket cameras need to be protected from impact with the ground. There are also rockets that record short digital videos. There are two widely used ones used on the market, both produced by Estes: the Astrovision and the Oracle. The Astrocam shoots 4 (advertised as 16, and shown when playing the video, but in real life 4) seconds of video, and can also take three consecutive digital still images in flight, with a higher resolution than the video. It takes from size B6 3 to C6 3 Engines. The Oracle is a more costly alternative, but is able to capture all or most of its flight and recovery. In general, it is used with "D" motors. The Oracle has been on the market longer than the Astrovision, and has a better general reputation. However, "keychain cameras" are also widely available and can be used on almost any rocket without significantly increasing drag. There are also experimental homemade rockets that include onboard videocameras, with two methods for shooting the video. One is to radio the signal down to Earth, like in the BoosterVision series of cameras. The second method for this is to record it on board and be downloaded after recovery, the method employed by the cameras above (some experimenters use the Aiptek PenCam Mega for this, the lowest power usable with this method is a C or D Motor).

Приборостроение и эксперименты

Модельные ракеты с электронными высотомерами могут передавать и/или записывать электронные данные, такие как максимальная скорость, ускорение и высота. Существует два метода определения этих параметров: а) использовать акселерометр и таймер, вычисляя скорость по ускорению, а затем высоту; и b) оснастить ракету барометром и таймером, определяя высоту по разнице между давлением на земле и давлением в воздухе, а затем вычисляя скорость и ускорение на основе времени измерений. Моделисты-ракетостроители часто экспериментируют с размерами, формами, полезной нагрузкой, многоступенчатыми ракетами и системами возврата. Некоторые строят масштабные модели больших ракет, космических носителей или ракетных комплексов.

Ракетные установки большой мощности

Как и маломощные модельные ракеты, ракеты высокой мощности также изготавливаются из легких материалов. В отличие от модельных ракет, ракеты высокой мощности часто требуют более прочных материалов, таких как стекловолокно, композитные материалы и алюминий, чтобы выдерживать более высокие нагрузки во время полетов, которые часто превышают скорость Маха 1 (340 м/с) и большую высоту. Из-за потенциального риска для других воздушных судов часто требуется согласование с соответствующими органами. Ракеты высокой мощности приводятся в движение более мощными двигателями классами от H до O, и/или имеют вес более 3,3 фунта или 1500 граммов при взлете. Их двигатели почти всегда перезаряжаемые, а не одноразовые, что позволяет снизить затраты. Восстановление и/или многоступенчатый запуск могут инициироваться небольшими бортовыми компьютерами, использующими высотомер или акселерометр для определения момента зажигания двигателей или раскрытия парашютов. Ракеты высокой мощности могут нести большие полезные нагрузки, включая камеры и измерительное оборудование, такое как GPS-устройства.