Բազմահարթակ հրթիռներ

Բազմահարթակ հրթիռը թռչող սարք է, որը բաղկացած է երկու կամ ավելի մեխանիկորեն իրար միացված հրթիռներից։ Այդ հրթիռները անվանում են հարթակներ, որոնք թռիչքի ընթացքում առանձնանում են։ Բազմահարթակ հրթիռը թույլ է տալիս հասնել ավելի մեծ արագության, քան իր հարթակներից յուրաքանչյուրն առանձին վերցրած։

Պատմություն 

Բազմահարթակ հրթիռի առաջին էսքիզներից մեկը ներկայացվել է 1556 թվականին Քոնրադ Խաասի գրքի մեջ։ XVII դարում ռազմական ինժեներ և գեներերալ Կազիմիր Սեմյոնովիչը հրատարակեց մի գիրք, որը կոչվում է «Հրետանու մեծ արվեստը մաս առաջին» («Artis Magnae Artilleriae pars prima»)։ Այդ գրքի նկարներից մեկում պատկերված է երեք հարթակ ունեցող հրթիռ, որում երրորդ հրթիռը դրված է երկրորդի մեջ, երկրորդն ու երրորդը միասին՝ առաջինի մեջ։ Գլխային մասում տեղադրված է հրավառության համար նախատեսված սարքավորումներ։ Հրթիռների մեջ օգտագործվում էր պինդ վառելիք՝ վառոդ։ Այս գյուտը հետքրքիր է նրանով, որ հենց այս գյուտի սխեմայով և գաղափարով է շարժվում  ժամանակակից հրթիռաշինությունը։
 
Առաջին անգամ բազմահարթակ հրթիռի գաղափարը առաջադրվել է 1914 թվականին ամերիկացի ինժեներ Ռոբերտ Գոդդարդի կողմից, որն ստացել է արտոնագիր իր գյուտի համար։ 1929 թվականին Ցիոլկովսկին հրապարակել է մի նոր գիրք, որը վերնագրված է «Տիեզերական հրթիռային գնացքներ»։ Այդ տերմինով Ցիոլոկովսկին անվանեց բաղկացուցիչ հրթիռները։ Օրինակ «գնացքը» բաղկացած է հինգ հրթիռներից, առաջինը օգտագործվում է գլխամասային հրթիռի վառելիքը, այնուհետև վառելիքի սպառվելուց հետո առաջին հրթիռը անջատվում է «գնացքից» և ընկնում է Երկրի վրա։ Այդ նույն ձևով սկսում են աշխատել երկրորդը, երրորդը, չորրորդը և վերջապես հինգերորդը, որի արագությունը այդ ժամանակ շատ մեծ կլինի, որպեսզի «գնացքը» հասնի միջմոլորակային առանցք։ Գլխամասային հրթիռի աշխատանքի հաջորդականությունն այն է, որ հրթիռի բաղկացուցիչ մասերը ոչ թե սեղմված են, այլ բավականին առանձգական, որը թեթևացնում է կոնստրուկցիան։ Ըստ Ցիոլկովսկիի, յուրաքանչյուր հրթիռի երկարությունը՝ 30 մետր է, իսկ տրամագիծը՝ 3 մետր։ Գազերը, որոնք դուրս են գալիս մի հրթիռից մյուսի վրա ճնշում չեն գործադրում։ Երկրի վրա հրթիռի թաձ հավաքելու երկարությունը կազմում է մի քանի հարյուր կիլոմետր։

Չնայած նրան, որ տեխնիկական տեսանկյունից, հրթիռաշինությունը գնաց մեծապես այլ ճանապարհով (օրինակ՝ ժամանակակից հրթիռները երկրի վրա թափ չեն հավաքում, թռչում են ուղղահայաց և հրթիռի հարթակների աշխատանքի սխեման հակառակ է Ցիոլկովսկու սխեմային), բայց բազմահարթակ հրթիռի գաղափարը մինչև հիմա մնում է արդիական։

1935 թվականին Ցիոլկովսկին գրեց մի աշխատություն «Հրթիռի առավելագույն արագությունը» («Наибольшая скорость ракеты»), որի մեջ պնդում էր, որ այդ տարիների տեխնոլոգիաներով տիեզերական արագության (Երկրի վրա) կարելի է հասնել միայն բազմահարթակ հրթիռի շնորհիվ։ Այդ պնդումը պահպանում է իր ճշմարտությունը մինչև հիմա։ Բոլոր ժամանակակից տիեզերական սարքավորումները բազմահարթակ են։ Առաջին ձեռքով պատրաստված օբյեկտը, որը հատեց Կարմանի գիծը, և դուրս եկավ տիեզերք գերմանական մի հարթակ ունեցող Ֆաու-2 հրթիռն էր։ Թռիչքի բարձրությունը հասավ 188 կիլոմետրի։

Բազմահարթակ հրթիռի գործման սկզբունքը 
Հրթիռները բավականին «ծախսատար» տրանսպորտային միջոցներ են։ Կրող հրթիռները, որոնք կրում են տիեզերական սարքավորումներ, հիմնականում տեղափոխում են իրենց իսկ վառելիքը, որը անհրաժեշտ է հրթիռի շարժիչների և այլ սարքավորումների աշխատանքի համար։ Օգտակար բեռը, կազմում է հրթիռի մեկնարկային զանգվածի մի փոքր մաս (1,5-2,0 %)։

Բաղկացուցիչ հրթիռը հնարավորություն է տալիս ավելի ռացիոնալ օգտագործել ռեսուրսները, քանի որ երբ թռիչքի ժամանակ հարթակներից մեկի վառելիքը վերջանում է, այդ հարթակը անջատվում է հրթիռից։ Եվ այդ դեպքում հրթիռի մնացած վառելիքը չի ծախսվում ոչ պետքական հարթակին արագություն տալու վրա։ Հաշվարկի մի օրինակ, որը հաստատում է այդ նկատառումները, բերվում է «Ցիոլկովսկու բանաձև» («Формула Циолковского») հոդվածում։ 

Բամզահարթակ հրթիռներում կիրառվում է խաչաձև կամ երկայնակի (տրամագծային) հարթակների բաժանումներ։ 
Երկայնակի կամ տրամագծային բաժանման ժամանակ հարթակները տեղադրվում են իրար հետևից և աշխատում են մեկը մյուսին հաջորդելով, միանալով միայն այն դեպքում, երբ նախորդ հարթակը անջատվում է հրթիռից։ Այդ սխեման թույլ է տալիս պատրաստել այնպիսի համակարգեր, որոնց մեջ կլինի ցանկացած քանակության հարթակներ։ Թերությունն այն է, որ հաջորդ հարթակի ռեսուրսը չի կարող օգտագործվել նախորդի օգտագործման համար, որը նախորդի համար հանդիսանում է պասիվ բեռ։ 

Խաչաձև բաժանման ժամանակ հրթիռի առաջին հարթակը բաղկացած է մի քանի նույնանման հրթիռներից (գործնականում 2-8 հրթիռ) կամ տարբեր հրթիռներից, որոնք աշխատում են միարժամանակ և գտնվում են երկրորդ հարթակի շուրջը։ Երկրորդ ատրբերակի դեպքում երբ առաջին հարթակի հրթիռները տեղաբաշխված են երկրորդ հարթակի շուրջը, դա թույլ է տալիս գործի դնել միարժամանակ և՛ առաջին հարթակը, և՛ երկրորդը։ Եվ այդ ամենը օգնում է հաղթահարել հրթիռի գումարային ձգումը, որը հատկապես կարևոր է այն ժամանակ երբ աշխատում է առաջին հարթակը, քանի որ այդ հարթակի աշխատելու ժամանակ հրթիռը դեռ իր առավելագույն քաշով է։ Տեսականորեն, հրթիռը, որը աշխատում է խաչաձև բաժանման շնորհիվ, կարող է ընդգրկել անսահման քանակի հարթակներ, որոնք կաշխատեն միարժամանակ։ Բայց գործնականում այդ հարթակների քանակը սահմանափակվում է երկուսով։ Հայտնի է մի կրող հրթիռի նախագիծ, որը ընդգրկում էր երեք, խաչաձև բաժանված հարթակներ։ Այդ հրթիռի անվանումն էր «Վիկտորիա-Կ» («Виктория-К»)։
Գոյություն ունի մի սխեմա, որի ժամանակ հրթիռը ներառում է և՛ խաչաձև, և՛ երկայնակի բաժանման ձևերը, որի շնորհիվ կարելի է օգտագործել երկու բաժանումների առավելությունները։ Այդ սխեմայով աշխատելուց հրթիռի առաջին և երկրորդ հարթակները առանձնացվում են երկայնակի կամ տրամագծային կերպով, իսկ մնացած հարթակները առանձնացվում են խաչաձև բաժանման միջոցով։ Այդպիսի հրթիռի օրինակ է «Սայուզ»-ը («Союз»)։

 
Սփեյս Շաթլի ունի եզակի կառուցվածք՝ երկու հարթակ և խաչաձև բաժանում։ Այդ հրթիռի առաջին հարթակ կազմված է երկու կողային արագացուցիչներից, որոնք ներառում են իրենց մեջ պինդ վառելիքով ռեսուրսներ։ Երկրորդ հարթակի գլխավոր շարժիչները գտնվում են ուղեծրի վրա, իսկ երկրորդ հարթակի վառելիքը գտնվում է արտաքին տարայում։ Երբ արտաքին մասի վառելիքը սպառվում է, այդ տարան անջատվում է և այրվում մթնոլորտում, գլխավոր շարժիչները անջատվում են, իսկ հրթիռը հասնում է ուղեծրին շնորհիվ այն բանի, որ գլխավոր շարժիչներըօգտագործվում են մի քանի անգամ։ 
Երկայնակի կամ տրամագծային բաժանման ժամանակ հարթակները միացվում են իրար հատուկ միացման լարերով, որոնցից յուրաքանչյուրը պետք է դիմակայի այն հրթիռների գումարային քաշին, որոնք գտնվում են իրենից հետո։ 
Խաչաձև բաժանման ժամանակ հրթիռի երկրորդ հարթակի կողային մասերում ամրացվում են ուժային գլանափաթեթներ (դիմացից և հետևից), որոնց վրա պետք է ամրացվի առաջին հարթակը։

Այն տարրերը, որոնք միացնում են հրթիռի բաղկացուցիչ մասերը, տալիս են հրթիռին ամրություն և հարթակների բաժանման ժամանակ պետք է միանգամից ազատեն վերևի հարթակը։ Սովորաբար հրթիռների միացումը տեղի է ունենում պիրոբոլտերի (пироболтов) միջոցով։

Այնուհետև հարթակները պետք է գտնվեն միմյանցից անվտանգ հեռավորության վրա։ (Վերին հարթակի  
շարժիչի մեկնարկը կարող է նպաստել ներքևի հարթակի վառելիքի տարայի բռնկմանը և մնացած վառելիքի պայթելուն, որը կվնասի վերին հարթակը կամ ապակայունացնել նրա թռիչքը)։ Հարթակների բաժանման և նրանց հեռացման համար կարող է օգտագործվել հանդիպակաց օդի հոսքի աերոդինամիկ ուժը։ Իսկ երբ հարթակները առանձնանում են այտեղ, որտեղ օդ չկա, այդ ժամանակ հարթակների վրա տեղադրում են փոքր հրթիռներ, որոնք ունեն շատ փոքր վառելիքային ռեսուրս։ Այդ փոքրիկ հրթիռները նախատեսված են հարթակները իրարից հեռացնելու համար։

Վերևում բերված Սատուրն 5 հրթիռի պատկերում երրորդ և երկրորդ հարթակների կողային հատվածներում կարող ենք տեսնել այն փոքր հրթիռները, որոնք օգնում են հարթակներին հեռանալ միմյանցից։

Հարթակների ավելացումը հրթիռի վրա կարող է տալ դրական ազդեցություն որոշ սահմաններում։ Ինչքան շատ հարթակներ այքնան մեծ է ստացվում մի տեղամասում միացման լարերի և շարժիչների գումարային զանգվածը։ Եվ գալիս է մի պահ, որ հարթակների ավելացումը դառնում է անարդյունավետ։ Ժամանակակից հրթիռաշինության մեջ հրթիռները չորս հարթակից ավելի չեն ունենում։

Հարթակների քանակը ընտրելուց առաջ պետք է հաշվի առնել նաև անվտանգությունը։ Հրթիռում գոյություն ունեն այնպիսի սարքավորումներ և մանր դետալներ, որոնց չեն կարող փորձարկել մինչև հրթիռի թռիչքը։ Մինչդեռ այդ սարքավորման կամ մանր դետալի շարքից դուրս գալը կբերի արտակարգ իրավիճակի։ Մանգամյա օգտագործման տարրերի քանակի ավելացումը հրթիռի կառուցման մեջ նվազեցնում է հրթիռի հուսալիությունը։ Եվ հենց այդ խնդրի պատճառով տեղադրվում են սահմանափակ քանակի հրթիռներ։

Ծանոթագրություններ

Արտաքին հղումներ 
 Ракеты К. Э. Циолковского и проект полета на них
 Пилотируемые полёты на Луну, конструкция и характеристики SATURN V APOLLO. Реферат ВИНИТИ М 1973. 
 http://www.maniacworld.com/solid-rocket-booster.htm 

Հրթիռներ
Չինական հայտնագործություններ
Ամերիկյան հայտնագործություններ
Ռուսական հայտնագործություններ