Кузовной ремонт автомобиля

 Покраска в камере, полировка

 Автозапчасти на заказ

Как работает ракетный двигатель в космосе если там нет атмосферы


7 космических двигателей будущего

Современные ракетные двигатели неплохо справляются с задачей выведения техники на орбиту, но совершенно непригодны для длительных космических путешествий. Поэтому уже не первый десяток лет ученые работают над созданием альтернативных космических двигателей, которые могли бы разгонять корабли до рекордных скоростей. Давайте рассмотрим семь основных идей из этой области.

EmDrive

Чтобы двигаться, надо от чего-то оттолкнуться – это правило считается одним из незыблемых столпов физики и космонавтики. От чего конкретно отталкиваться – от земли, воды, воздуха или реактивной струи газа, как в случае ракетных двигателей, – не так важно.

Хорошо известен мысленный эксперимент: представьте, что космонавт вышел в открытый космос, но трос, связывающий его с кораблем, неожиданно порвался и человек начинает медленно улетать прочь. Все, что у него есть, – это ящик с инструментами. Каковы его действия? Правильный ответ: ему нужно кидать инструменты в сторону от корабля. Согласно закону сохранения импульса, человека отбросит от инструмента ровно с той же силой, с какой и инструмент от человека, поэтому он постепенно будет перемещаться по направлению к кораблю. Это и есть реактивная тяга – единственный возможный способ двигаться в пустом космическом пространстве. Правда, EmDrive, как показывают эксперименты, имеет некоторые шансы это незыблемое утверждение опровергнуть.

Создатель этого двигателя – британский инженер Роджер Шаер, основавший собственную компанию Satellite Propulsion Research в 2001 году. Конструкция EmDrive весьма экстравагантна и представляет собой по форме металлическое ведро, запаянное с обоих концов. Внутри этого ведра расположен магнетрон, излучающий электромагнитные волны, – такой же, как в обычной микроволновке. И его оказывается достаточно, чтобы создавать очень маленькую, но вполне заметную тягу.

Сам автор объясняет работу своего двигателя через разность давления электромагнитного излучения в разных концах "ведра" – в узком конце оно меньше, чем в широком. Благодаря этому создается тяга, направленная в сторону узкого конца. Возможность такой работы двигателя не раз оспаривалась, но во всех экспериментах установка Шаера показывает наличие тяги в предполагаемом направлении.

В числе экспериментаторов, опробовавших "ведро" Шаера, такие организации, как NASA, Технический университет Дрездена и Китайская академия наук. Изобретение проверяли в самых разных условиях, в том числе и в вакууме, где оно показало наличие тяги в 20 микроньютонов.

Это очень мало относительно химических реактивных двигателей. Но, учитывая то, что двигатель Шаера может работать сколь угодно долго, так как не нуждается в запасе топлива (работу магнетрона могут обеспечивать солнечные батареи), потенциально он способен разгонять космические корабли до огромных скоростей, измеряемых в процентах от скорости света.

Чтобы полностью доказать работоспособность двигателя, необходимо провести еще множество измерений и избавиться от побочных эффектов, которые могут порождаться, к примеру, внешними магнитными полями. Однако уже выдвигаются и альтернативные возможные объяснения аномальной тяги двигателя Шаера, которая, в общем-то, нарушает привычные законы физики.

К примеру, выдвигаются версии, что двигатель может создавать тягу благодаря взаимодействию с физическим вакуумом, который на квантовом уровне имеет ненулевую энергию и заполнен постоянно рождающимися и исчезающими виртуальными элементарными частицами. Кто в итоге окажется прав – авторы этой теории, сам Шаер или другие скептики, мы узнаем в ближайшем будущем.

Солнечный парус

Как говорилось выше, электромагнитное излучение оказывает давление. Это значит, что теоретически его можно преобразовывать в движение – например, с помощью паруса. Аналогично тому, как корабли прошлых веков ловили в свои паруса ветер, космический корабль будущего ловил бы в свои паруса солнечный или любой другой звездный свет.

Проблема, однако, в том, что давление света крайне мало и уменьшается с увеличением расстояния от источника. Поэтому, чтобы быть эффективным, такой парус должен иметь очень малый вес и очень большую площадь. А это увеличивает риск разрушения всей конструкции при встрече с астероидом или другим объектом.

Попытки строительства и запуска солнечных парусников в космос уже имели место – в 1993 году тестирование солнечного паруса на корабле "Прогресс" провела Россия, а в 2010 году успешные испытания по пути к Венере осуществила Япония. Но еще ни один корабль не использовал парус в качестве основного источника ускорения. Несколько перспективнее в этом отношении выглядит другой проект – электрический парус.

Электрический парус

Как работают ракетные двигатели | HowStuffWorks

"Сила" ракетного двигателя называется его тяги . Тяга измеряется в «фунтах тяги» в США и в ньютонах в метрической системе (4.45 ньютона тяги равняется 1 фунту тяги). Фунт тяги - это величина тяги, которая потребуется, чтобы удержать 1-фунтовый объект неподвижным против силы тяжести на Земле. Так на Земле ускорение силы тяжести составляет 32 фута в секунду в секунду (21 миля в час в секунду).Если вы летите в космосе с мешком бейсбольных мячей и отбрасываете один бейсбольный мяч в секунду от вас со скоростью 21 миль в час, ваши бейсбольные мячи будут генерировать эквивалент 1 фунта тяги. Если бы вы вместо этого бросали бейсбольные мячи со скоростью 42 мили в час, вы бы получали 2 фунта тяги. Если вы выбрасываете их со скоростью 2100 миль в час (возможно, стреляя из какого-то бейсбольного ружья), то вы генерируете 100 фунтов тяги и так далее.

Одна из забавных проблем, с которыми сталкиваются ракеты, заключается в том, что объекты, которые двигатель хочет бросить, действительно что-то весят, и ракета должна нести этот вес.Допустим, вы хотите создать 100 фунтов тяги за час, бросая один бейсбольный мяч каждую секунду со скоростью 2100 миль в час. Это означает, что вы должны начать с 3600 бейсбольных мячей весом в 1 фунт (в часе 3600 секунд) или 3600 фунтов бейсбольных мячей. Поскольку в скафандре вы весите всего 100 фунтов, вы можете видеть, что вес вашего «топлива» превосходит вес полезной нагрузки (вас). Фактически, топливо весит в 36 раз больше, чем полезная нагрузка. И это очень распространено. Вот почему у вас должна быть огромная ракета, чтобы доставить крошечного человека в космос прямо сейчас - вы должны нести много топлива.

Вы можете очень ясно увидеть уравнение веса на космическом челноке. Если вы когда-либо видели запуск космического челнока, вы знаете, что есть три части:

  • Orbiter
  • Большой внешний бак
  • Два твердотопливных ракетных ускорителя (SRBs)

Орбитер весит 165000 фунтов пустыми. Внешний бак весит 78 100 фунтов пустыми. Два твердых ракетных ускорителя весят по 185 000 фунтов каждый.Но тогда вы должны загрузить топливо. Каждый SRB содержит 1,1 миллиона фунтов топлива. Внешний резервуар вмещает 143 000 галлонов жидкого кислорода (1 359 000 фунтов) и 383 000 галлонов жидкого водорода (226 000 фунтов). Весь автомобиль - челнок, внешний бак, цельные кожухи ракетного ускорителя и все топливо - имеет общий вес при запуске 4,4 миллиона фунтов. 4,4 миллиона фунтов, чтобы получить 165 000 фунтов на орбите - это довольно большая разница! Справедливости ради, орбитальный аппарат может также нести полезную нагрузку весом в 65 000 фунтов (размером до 15 x 60 футов), но это все еще большая разница.Топливо весит почти в 20 раз больше, чем орбитальный аппарат [источник: руководство по эксплуатации космического челнока].

Все это топливо выбрасывается в заднюю часть космического челнока со скоростью, возможно, 6000 миль в час (типичные скорости выпуска ракет для химических ракет находятся в диапазоне от 5000 до 10000 миль в час). SRB сгорают в течение примерно двух минут и генерируют около 3,3 миллиона фунтов тяги при запуске (в среднем 2,65 миллиона фунтов за горение). Три главных двигателя (которые используют топливо во внешнем баке) сгорают в течение приблизительно восьми минут, генерируя 375 000 фунтов тяги каждый во время горения.

В следующем разделе мы рассмотрим конкретную топливную смесь в твердотопливных ракетах.

,

Загрязнение космического полета: как пуски ракет и космический мусор влияют на атмосферу Земли?

Никто не знает, в какой степени пуски ракет и повторный вход в космический мусор влияют на атмосферу Земли - но такое невежество может быть исправлено в ближайшее время.

Вопрос о ракетных выбросах, которые доставляют газы и частицы непосредственно в среднюю и верхнюю атмосферу, будет включен в предстоящую четырехгодичную глобальную оценку озона Организации Объединенных Наций 2018 года, в которой будут рассмотрены вещества, ответственные за истощение озонового слоя.

«Оценка 2018 года - действительно первая, в которой есть существенный раздел о выбросах ракет, а не просто мимолетная мысль», - сказал Мартин Росс, ведущий автор соответствующего раздела в предстоящем докладе. [Самые высокие ракеты в мире: как они складываются]

«Воздействие ракет на климат пока не принималось всерьез», - говорит Росс, старший инженер по проектам запуска в гражданские и коммерческие проекты в Aerospace Corporation в Эль-Сегундо, Калифорния рассказал Космос.ком. «Но что касается озона, мы теперь понимаем, что воздействие выхлопных газов на климат и озон полностью взаимосвязано».

Ракетная сажа накапливается в верхней стратосфере, где частицы поглощают солнечный свет, сказал Росс. Это накопление нагревает верхнюю стратосферу, изменяя скорости химической реакции и, вероятно, приводя к потере озона, добавил он.

Отмечая эту проблему, Росс сказал, что он надеется, что научное сообщество проявит достаточный интерес, чтобы начать использовать атмосферные модели этого явления - особенно потому, что ожидается, что в ближайшие десятилетия темпы запуска ракет значительно возрастут.

"Я думаю, что мы находимся примерно в этой точке", сказал Росс.

Без критерия

Ключевым направлением исследования является воздействие на климат основных выбросов ракетных двигателей: углекислого газа, воды, сажи и частиц глинозема, выбрасываемых твердотопливными ракетными двигателями.

Недавнее открытие, сказал Росс, заключается в том, что частицы глинозема, которые ранее считали, что охлаждают Землю, рассеивая солнечный поток обратно в космос, фактически согревают планету, поглощая исходящее земное длинноволновое излучение.Тем не менее, полная оценка микрофизики глинозема и других ракетных выбросов, поступающих в атмосферу, требует дополнительных исследований, добавил он.

Например, взаимодействия между атмосферой Земли и выхлопными газами от ракетных двигателей, работающих на метане, не были смоделированы, «поэтому мы действительно не знаем», какие эффекты имеют эти ракеты, сказал Росс.

Нет критерия, по которому можно было бы оценить, насколько значительным может быть воздействие выхлопа ракеты, добавил он.

«Понятие метрики, по которой следует судить о выпуске ракеты… это совершенно открытый вопрос», - сказал Росс.«Затем сравните этот показатель с ожидаемым ростом скорости запуска. Это действительно необходимо сделать. Просто сказать, что потеря озона слишком велика - это неприемлемый показатель».

В последнее время много слышно о компаниях космических полетов, которые стремятся к частым «полетам, подобным авиалиниям», но ученые, инженеры и политики обычно не «объединяют два и два в отношении выбросов, вытекающих из этой идеи». "Росс сказал.

Исследователи изучают, в какой степени выбросы ракет и падающий космический мусор способствуют истощению озонового слоя Земли.(Изображение предоставлено NASA)

Возвращающиеся частицы дыма

Космическое оборудование, возвращающееся на Землю, также может влиять на атмосферу, поэтому следует также изучать возможность повторного входа в орбитальный мусор, сказал Росс.

«Испарение» может означать «исчезновение» в сознании большинства людей, но это, безусловно, не относится к повторному входу в космический мусор, сказал Росс. Такой мусор, по его словам, создает «частицы дыма при повторном проникновении» (RSP) неизвестного состава и реакционной способности. Научные модели предполагают, что, по крайней мере, 50 процентов данного объекта мусора будут возвращаться в качестве RSP во время повторного въезда.

"В эти критические 20 секунд повторного входа вы переходите от нагревания к плавлению и испарению, а затем снова превращаетесь в пыль. Как это происходит? Что это за состав? Мы вообще не знаем. Нам нужно уйти от этой идеи, что испарение равно исчезновению ", сказал Росс. «Испарение равнозначно образованию пыли. Этот процесс не совсем понятен. Опять же, нам нужно знать микрофизику этих конденсированных частиц».

Грузовой корабль Orkital ATK Cygnus погружается в атмосферу Земли в огненном финале.Испарение выброшенного космического оборудования равнозначно образованию пыли - процесс, который не совсем понятен. (Фото предоставлено: ESA / NASA)

Горящие компьютеры

Погружение в атмосферу Земли покинутых спутников, ракетных сцен и других космических кораблей - обычное явление. По словам Росса, для повторного запуска космического корабля этот процесс "в основном сжигает компьютеры".

Во время повторного входа большие куски алюминия и других материалов подвергаются интенсивному нагреву. Росс сказал, что химическая кинетика частиц, которые образуются таким образом, не изучалась.Некоторые частицы очень реактивны, поэтому их небольшое количество может оказать существенное влияние на химию атмосферы, добавил он.

«Пока никто не посчитал это достаточно важным, чтобы учиться, и я верю, что это так, - сказал Росс.

Леонард Дэвид - автор книги «Марс: наше будущее на красной планете», опубликованной National Geographic. Книга является дополнением к национальному географическому каналу сериала «Марс». Давид, писатель Space.com, более пяти десятилетий освещает космическую отрасль.Следуйте за нами @Spacedotcom, Facebook или Google+. Первоначально опубликовано на Space.com.

,

Почему самолет не может просто полететь в космос? Зачем нам ракеты?

Отказ от ответственности: Этот материал хранится в Интернете в исторических целях. Хотя точный на момент публикации, он больше не обновляется. Страница может содержать неработающие ссылки или устаревшую информацию, а некоторые части могут не работать в современных веб-браузерах.

Некоторые из наших друзей, которые являются членами астрономического клуба Back Bay в Вирджиния-Бич, штат Вирджиния, часто слышат вопросы: «Почему самолет не может просто полететь в космос? Зачем нам нужны ракеты?». В большинстве случаев воздух может не похоже на очень реальную субстанцию, такую ​​как вода, дерево или металл.Но когда ветер дует так сильно, что чуть не сбивает вас с толку, воздух кажется очень реальным. Если мы думаем об этом, мы можем начать понимать, насколько это важно для работы самолетов.

Самолеты могут летать, потому что воздух, движущийся вдоль крыльев, удерживает их. Мы часто думаем о воздухе как о слишком тонком и легком, чтобы прикладывать большие усилия, но для быстрых самолетов с достаточно большими крыльями искусно выбранной формы наша атмосфера может справиться с этой задачей. Поскольку двигатели самолета перемещают крылья вперед, воздух должен течь как над, так и под ними.Крылья спроектированы так, что чистый эффект состоит в том, что воздух толкает их вверх, противодействуя нисходящему притяжению силы тяжести.

Большие пассажирские самолеты не могут летать намного выше, чем около 12 километров (7,5 миль). Воздух слишком тонкий над этой высотой, чтобы удерживать самолет. Некоторые виды самолетов могут летать намного выше, и один специальный самолет НАСА, названный Гелиос, пролетел около 30 километров (19 миль), что намного выше, чем любой другой самолет. На этой высоте воздух в 100 раз тоньше, чем на уровне моря.Воздух становится тем тоньше и тоньше, чем выше вы идете, пока воздуха почти не осталось. Другими словами, там почти вакуум. Даже самая низкая орбита космического корабля на Земле находится примерно в 200 километрах (125 милях) над поверхностью Земли, намного выше густого воздуха, к которому мы привыкли, и намного выше, чем любой самолет. Однако большинство орбитальных аппаратов Земли находятся на гораздо больших высотах, чтобы выполнять свою работу. Некоторые из этих работ включают в себя научные наблюдения за Вселенной, которые лучше, чем могут сделать ученые, глядя через воздух, а также наблюдают за погодой Земли и долгосрочными изменениями климата, фотографируют изменяющуюся поверхность Земли и изучают загрязнение атмосферы.

Чтобы вывести космический корабль на самую низкую орбиту Земли, нужна ракета. Так чем же ракета отличается от самолета? Ракеты не зависят от воздуха даже для сжигания топлива. Ракеты используют в своих интересах некоторые основные законы природы, которые были открыты блестящим ученым Исааком Ньютоном в конце 17-го века. Один из них, называемый третьим законом Ньютона, говорит, что на каждое действие существует равная и противоположная реакция. Это объясняет, что происходит, когда вы взрываете воздушный шар, а затем отпускаете его, не завязывая узел.Воздух вырывается из горловины воздушного шара, и это толкает воздушный шар в противоположном направлении. Этот закон также говорит нам о том, что для создания мощной ракеты нам нужно сбрасывать много высокоскоростного материала, противоположного направлению, в котором мы хотим, чтобы ракета двигалась. Это именно то, для чего предназначен ракетный двигатель. Большинство ракет используют высокоскоростные выхлопные газы от сжигания ракетного топлива, чтобы подняться и уйти с поверхности Земли в вакуум космоса. В отличие от самолетов, им не нужен воздух, чтобы поднять их.

Как и все остальное, что горит, ракетное топливо не может гореть без кислорода. Поскольку он работает там, где воздух слишком мал, чтобы обеспечить достаточное количество кислорода, ракета переносит собственный кислород в резервуарах и смешивает его с топливом непосредственно перед его сжиганием.

Ракеты не только делают возможным исследование космоса, но и позволяют нам исследовать нашу собственную планету так, как мы никогда не смогли бы это сделать даже с самолета. Составьте кроссворд о «девятиглазом наблюдателе за Землей», который изучает загрязнение атмосферы из космоса.Кроме того, сделайте и запустите свою собственную пузырьковую ракету. И узнать все об удивительном самолете Helios.


Смотрите также


avtovalik.ru © 2013-2020
Карта сайта, XML.