Кузовной ремонт автомобиля

 Покраска в камере, полировка

 Автозапчасти на заказ

Ракетный двигатель как устроен


Реактивная тяга или как устроен ионный реактивный двигатель / Хабр

Не секрет, что все реактивные двигатели работают за счёт закона сохранения импульса. Именно из него вытекает, что реактивная тяга — это произведение массового расхода на скорость выхода рабочего тела из сопла.

Эту скорость принято называть удельным импульсом реактивного двигателя. Давайте для примера найдём реактивную тягу при стрельбе из автомата Калашникова, которая является основной составляющей отдачи. Пусть масса пули будет 0,016 кг, начальная скорость пули 700 м/с, а скорострельность 10 выстр./с. Тогда отдача F=700∙0,016∙10=112 Н (или 11 кгс). Большая отдача, но тут приведена техническая скорострельность 600 выстр./мин. В реальности стрельба ведётся очередями или одиночными и составляет ≈50 выстр./мин.

Выстрел из АК

Вернёмся к реальным реактивным двигателям, в которых вместо пуль обычно используются потоки выходящего с гиперзвуковой скоростью газа. Химические реактивные двигатели являются самыми распространёнными, но не единственными.

В этой статье, с большим предисловием, я хочу рассказать об ионных реактивных двигателях (далее ИРД). ИРД используют в качестве рабочего тела заряженные частицы — ионы. Ионы имеют массу, и если их разогнать электрическим полем, то можно создать реактивную тягу. Это всё в теории, а теперь подробнее. ИРД имеет некоторый запас газа, который ионизируют (т.е. нейтрально-заряженные атомы газа разбивают на отрицательные электроны и положительные ионы) с помощью газового разряда. Далее ионы разгоняются электрическим полем с помощью специальной системы сеток, и эта же система сеток блокирует движение электронов. После того, как положительные ионы вылетели из сопла, их нейтрализуют отрицательными электронами (в результате этого происходит рекомбинация и газ начинает светиться), чтобы ионы не притягивались обратно к двигателю, и тем самым не снижали его тяги.

Почему ксенон?Обычно в ИРД в качестве рабочего тела используется газ ксенон, так как он имеет наименьшую энергию ионизации среди инертных газов.


Удельный импульс ионных реактивных двигателей достигает 50 км/с, что в 150 раз превышает скорость звука! Увы, но тяга таких двигателей составляет около 0,2 Н. Почему же так? Ведь удельный импульс очень большой. Дело в том, что масса ионов очень маленькая и массовый расход получается небольшим. Для чего тогда такие двигатели нужны, если они ничего не смогут сдвинуть с места? На Земле может быть не смогут, а вот в космосе, где нет сил сопротивления, они достаточно эффективные. Существует такое понятие как полный импульс — произведение тяги на время или произведение удельного импульса на массу топлива, который у ИРД является достаточно большим.

Решим следующую задачу. Пусть жидкостный ракетный двигатель имеет удельный импульс 5 км/с, а у нашего ИРД он будет 50 км/с. И давайте масса рабочего тела (в ЖРД она равна массе топлива) у обоих двигателей будет 50 кг. Примем массу космического аппарата равной 100 кг.
Найдём по формуле Циолковского конечную скорость аппарата (т.е. когда в нём закончится рабочая масса).

И что получается, если ионный и химический реактивные двигатели будут иметь одинаковую массу топлива, то ИРД сможет разогнать космический аппарат до больших скоростей, нежели химический РД. Правда на ИРД космический аппарат будет разгонятся дольше до конечной скорости, чем на ЖРД. Но в путешествиях к далёким планетам, высокая конечная (разгонная) скорость будет компенсировать этот недостаток.

Схема полёта к Марсу на ИРД

ИРД используются и в наше время. Например, аппарат Deep Space 1 сблизился с астероидом Брайль и кометой Борелли, передал на Землю значительный объём ценных научных данных и изображений.


Deep Space 1

Также космическая антенна LISA, которая сейчас находится на стадии проектирования, будет использовать ИРД для корректировки орбиты.


Laser Interferometer Space Antenna

И напоследок, давайте определим тягу ИРД, зная массу иона М=6,5∙10^-26 кг, ускоряющие напряжение U=50 кВ, ток нейтрализации I=0,5 А, элементарный заряд е=1,6∙10^-16 Кл.

Напряжение — это работа по переносу заряда, т.е. на выходе из сопла ион будет иметь кинетическую энергию равную произведению напряжения на заряд иона. Из кинетической энергии выражаем скорость (удельный импульс). Найдём массовый расход из определения тока, электрический ток — это проходящий заряд во времени. Получается, что массовый расход — это произведение массы иона и тока, делённое на заряд иона. Перемножая удельный импульс и массовый расход, получаем тягу равную 0,1 Н.

Подводя итог, хочу сказать, что существуют плазменные реактивные двигатели, у которых схожее устройство, но которые имеют намного больший массовый расход рабочего тела. Кто знает, может быть уже завтра на таких двигателях человечество будет летать на Марс и Луну.

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 выбросить, на самом деле 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 танк
  • 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.

,

Как работает EZ-Rocket | HowStuffWorks

Дорога в космос обходится дорого - на самом деле около 10000 долларов за фунт. Так что до недавнего времени только правительства могли позволить себе полететь в космос. Но в 2004 году коммерческий космический корабль SpaceShipOne совершил два суборбитальных полета в космос, получив $ 10 млн. Премии Ansari X. SpaceShipOne упал с самолета в диапазоне от 46 000 до 48 000 футов, зажег ракетный двигатель, поднялся на 150 000 футов, снова вошел в атмосферу Земли и совершил посадку.Но может ли коммерческий космический корабль самостоятельно взлететь с земли, полететь в космос и снова приземлиться на взлетно-посадочную полосу? Это цель XCOR Aerospace, и она начинается с EZ-Rocket.

В этой статье мы узнаем о технологии EZ-Rocket и увидим, как XCOR планирует расширить эту технологию в будущем.

EZ-Rocket Basics

EZ-Rocket является первой частной ракетной машиной, построенной в частном порядке, и служит испытательным полигоном для новых технологий.XCOR Aerospace разработала ракету EZ, которую они модифицировали по сравнению с самолетом Берта Рутана Long-EZ. Long-EZ - это самодельный авиационный комплект, выпускаемый авиационным заводом Рутана. Это самолет с фиксированным крылом , что означает, что его хвостовой самолет находится впереди его крыльев, а не позади них. Это дает самолету хорошие характеристики скольжения, что делает его идеальным для ракеты.

Модификации EZ-Rocket включали следующее:

  • Два ракетных двигателя на жидком топливе для замены воздушного винта самолета сзади
  • Топливный бак под давлением, заполненный изопропиловым спиртом (спирт для протирки)
  • Два алюминиевых бака (с пенопластовой изоляцией) сзади, которые удерживают окислитель , жидкий кислород

Rutan добавил внешний топливный бак, потому что оригинальные баки Long-EZ не были предназначены для содержания алкоголя или выдерживать высокое давление.Он добавил кислородные баллоны, потому что ракетные двигатели должны нести собственный запас кислорода (авиационные двигатели получают кислород из атмосферы).

Каждый ракетный двигатель EZ-Rocket производит 400 фунтов тяги или силы (каждый главный двигатель космического челнока , или SSME, производит около 375 000 фунтов тяги). Ракетным двигателям не нужно создавать огромное количество силы, которое делает космический челнок, потому что им не нужно поднимать столько массы, сколько делает космический челнок.Как и двигатели космического челнока, двигатели EZ-Rocket имеют с рекуперативным охлаждением и . Это означает, что холодное жидкое топливо перекачивается вокруг камер сгорания для удаления избыточного тепла и предотвращения его плавления. EZ-Rocket перевозит достаточно топлива только для 3,5 минут работы ракеты.

Мы посмотрим, как именно EZ-Rocket работает дальше.

,Двигатель

- Атомные ракеты


Тирания - это человеческая черта, которую мы иногда проецируем на природу. Эта проекция является формой рационализации, возможно, средством для решения вопросов, которые мы не можем контролировать. Так обстоит дело, когда мы изобретаем машины, чтобы освободить нас от границ Земли, влияющих на наш выход в космос. Если мы хотим расшириться до солнечной системы, эту тиранию нужно как-то свергнуть.

Ракеты - импульсные машины. Они выбрасывают газ из сопла с высокой скоростью, заставляя сопло и присоединенную к нему ракету двигаться в противоположном направлении.Исаак Ньютон правильно определил математику для этого обмена импульсом в 1687 году. Сохранение импульса, примененного к ракете, было впервые сделано русским провидцем и ученым Константином Циолковским в 1903 году. Все наши ракеты управляются уравнением ракеты Циолковского.
Уравнение ракеты содержит три переменные. Учитывая любые два из них, третий превращается в камень. Надежда, желание или истерики не могут изменить этот результат. Хотя импульсный баланс, эти переменные могут быть представлены как энергии.Это расход энергии против силы тяжести (часто называемой дельта-V или изменением скорости ракеты), энергия, имеющаяся в вашем ракетном топливе (часто называемая скоростью выхлопа или удельным импульсом), и массовая доля топлива (сколько топлива вам нужно по сравнению с общая масса ракеты).

Расход энергии против силы тяжести определяется тем, куда вы хотите пойти. Для исследования людей есть только несколько мест, которые мы можем реально рассмотреть в настоящее время. Наиболее вероятные кандидаты: от поверхности Земли до орбиты Земли, от орбиты Земли до поверхности Луны, от орбиты Земли до поверхности Марса, от орбиты Земли до цис-лунного пространства (область между Землей и Луной, включая различные таких мест, как точки Лагранжа, геостационарная орбита и т. д.).Конечно, есть перестановки на этих маршрутах, но они являются наиболее вероятными, учитывая наше текущее состояние технологии.
Планируя экспедицию в космос, мы сначала должны выбрать, куда мы хотим идти. Расход энергии против силы тяжести определяется начальными и конечными точками нашего путешествия. Как люди, мы бессильны изменить это число. Мы просто должны принять его последствия. Мне нравится думать об этом как о стоимости поездки.

Далее нам нужно выбрать тип ракетного топлива, указав при этом доступную энергию.В настоящее время все наши ракетные двигатели, рассчитанные на человека, используют химические реакции (сгорание топлива и окислителя) для производства энергии. Существуют ограничения на количество энергии, которое может быть извлечено из химии, и, таким образом, пределы, помещенные вне контроля человека, на энергию, которую мы можем упаковать в ракету. Некоторые из наиболее энергичных известных химических реакций выбраны для ракетного движения (например, типа сжигания водорода и кислорода), и, таким образом, теперь указывается вторая переменная. Опять же, мы просто должны принять предел того, что может предложить химия (если мы не выберем другие источники энергии, такие как ядерные).Мне нравится думать об этом выборе как о том, что вы должны заплатить за стоимость поездки.

С этими двумя установленными переменными массовая доля ракеты теперь определяется уравнением ракеты. Мы должны построить нашу ракету в пределах этой массовой доли, иначе она не достигнет своей цели. Это также относится к существующим ракетам, когда предполагается новое использование. Мы мало что можем сделать, чтобы изменить этот результат. С помощью некоторого умного инжиниринга мы могли бы сбрить несколько процентных пунктов от фракции, но основной результат определяется гравитационной средой нашей солнечной системы (выбор того, куда мы хотим идти) и химическим составом энергетических связей нашего выбранные химические компоненты (выбор топлива).
Конструктивно соединить несколько цифр, чтобы проиллюстрировать хватку, которую простой баланс импульса накладывает на наши ракеты. Здесь приблизительная стоимость энергии дана в терминах скорости (километры в секунду, км / с), которую используют инженеры, чтобы упростить обсуждение. Эти числа предполагают идеальные условия, такие как отсутствие потерь при атмосферном сопротивлении или сгорании, но они достаточно близки для этой иллюстрации.

Направление Стоимость энергии
(км / с)
Поверхность орбиты Земли-Земли 8
Орбита Земли к цис-лунным точкам: точки Лагранжа
3.5
Земная орбита с окололунными местоположениями: Низкая лунная орбита 4.1
Земная орбита с околоземными астероидами > 4
Земная орбита на поверхность Луна 6
Земная орбита на поверхность Марс 8

Из этой простой таблицы можно сделать несколько выводов. Путешествие с поверхности Земли на околоземную орбиту является одним из самых энергоемких этапов перехода куда-либо еще.Этот первый шаг, находящийся примерно в 400 километрах от Земли, требует половины всей энергии, необходимой для перехода на поверхность Марса («на полпути куда угодно»). Пункты назначения между Землей и Луной - это лишь малая часть того, что требуется, чтобы просто попасть на околоземную орбиту. Стоимость этого первого шага обусловлена ​​величиной гравитации Земли. А физика диктует, что, заплатив за копейки меньше полной стоимости, Земля не будет так осторожно возвращать свой космический корабль. Гигантский скачок для человечества - это не первый шаг на Луну, а достижение орбиты Земли.

Ниже перечислены основные категории наших химических ракетных топлив и их энергетическое содержание, используемое для оплаты гравитационных затрат на поездки. Они выбраны из ракетного топлива с опытом эксплуатации на пилотируемых космических кораблях. «Гиперголы» - это топлива с контактным зажиганием, используемые на стадии подъема Лунного модуля для упрощения конструкции двигателя, а метан-кислород до сих пор не использовался в космосе, но рассматривается для будущих полетов человека на Луну и Марс. Первый закон термодинамики был использован для преобразования энергии сгорания в эквивалентную скорость выхлопа, чтобы эти единицы оплаты соответствовали затратам, указанным выше.

Пропеллент Энергия платежа
(км / с)
Solid Rocket 3.0
Керосин-кислород 3.1
Гиперголы 3.2
Земная орбита к околоземным астероидам: 3,4
Метан-кислород 4,5

Водород-кислород - самая энергичная химическая реакция, известная для использования в человеческой ракете.Химия не может дать нам больше. В 1970-х годах экспериментальный ядерный тепловой ракетный двигатель давал энергетический эквивалент 8,3 км / с. Этот двигатель использовал ядерный реактор в качестве источника энергии и водорода в качестве топлива.
Поскольку гигантский скачок для человечества является первым шагом от Земли, наша иллюстрация уравнения ракеты использует земную орбиту в качестве пункта назначения со стоимостью 8 километров в секунду. Чтобы оплатить эту стоимость, каждый из перечисленных выше химических пропеллентов используется с уравнением ракеты, в результате которого получаются следующие массовые доли (выраженные в процентах от общей массы ракеты): Solid Rocket 96% Керосин-кислород 94% Гиперголы 93% Метан-кислород 90% Водород-кислород 83%
Это идеальные числа без потерь из-за атмосферного сопротивления, неполного сгорания и других факторов, которые снижают эффективность ракеты.Такие потери делают эти цифры еще хуже (перемещение массовой доли ближе к ракете является 100% -ным топливом). Однако могут помочь компенсировать такие хитроумные инженерные конструкции, как постановка ракеты, различные виды ракетного топлива (твердые вещества 1-й ступени или керосин, водород верхних ступеней) и гравитационный наклон (преобразование лучевой скорости в тангенциальную). При изготовлении ракеты, в которой около 90% ракетного топлива (что означает, что она составляет всего 10% ракеты), небольшие выгоды от инженерной деятельности буквально стоят больше, чем их эквивалентный вес в золоте.

Реальные массовые доли от реальных ракет включают эффект многих инженерных деталей. Однако эти машины в корне являются результатом простого применения уравнения ракеты Циолковского. Представленные здесь идеальные результаты не сильно отличаются от реальных ракет. Ракета Saturn V на стартовой площадке была на 85% по топливу. Это было три этапа; первый с использованием керосин-кислород, а второй и третий этапы с использованием водород-кислород. «Спейс Шаттл» также содержал 85% ракетного топлива по массе, используя смесь твердых веществ и водород-кислород для первой стадии и водород-кислород для второй.Ракета "Союз" на 91% состоит из ракетного топлива и использует керосин-кислород на всех трех этапах. Существует преимущество использования водорода-кислорода в качестве высокоэффективного ракетного топлива; однако это технически более сложно. Керосин предлагает меньшую производительность, но дает более простую, надежную и легкую в изготовлении ракету. Эти цифры представляют собой лучшее, что может сделать наша техника при работе против гравитации Земли и энергии химических связей.

Каковы технические последствия изготовления ракеты, в которой 85% топлива и 15% ракеты? Ракета должна иметь двигатели, танки и сантехнику.Ей нужна структура, основа, чтобы поддерживать все это, и она должна выдерживать высокодинамичную среду запуска (огонь, сотрясение и сила в работе.) Ракета должна быть способна летать в атмосфере, а также в вакууме пространство. Крылья бесполезны в космосе; Малые ракетные двигатели используются для контроля положения. Тогда есть люди с их мизинцем и необходимым механизмом жизнеобеспечения. Оборудование для жизнеобеспечения сложное, проблемное и тяжелое. Вы не можете опустить окна, если кабина становится немного устаревшей.Если вы хотите вернуться на Землю (а большинство экипажей так и делают), должна быть структура, защищающая команду через огненный вход и обеспечивающая мягкую посадку. Крылья тяжелые, но допускают мягкие посадки на хорошо оборудованных аэродромах. Парашюты легки, давая большой всплеск финал. "Союз" ходит со стуком, катится, катится, катится; точно описанный одним из моих коллег как серия взрывов, сопровождаемых автомобильной аварией. И, наконец, вы хотите взять с собой полезную нагрузку - оборудование, с помощью которого можно делать что-то иное, чем просто находиться в космосе.«Потому что он есть» (или, возможно, потому что его нет, в зависимости от вашего определения вакуума) подходит для первого раза, но последующие миссии нуждаются в более сильном обосновании. Полеты в космос для проведения значимых исследований требуют значительных полезных нагрузок.

Реальные фракции полезной нагрузки от реальных ракет довольно разочаровывают. Полезная нагрузка Сатурна V на околоземную орбиту составляла около 4% от общей массы на старте. Спейс Шаттл был только около 1%. И Сатурн V, и Спейс Шаттл вывели на орбиту Земли около 120 метрических тонн.Тем не менее, многоразовая часть космического челнока была 100 метрических тонн, поэтому его полезная нагрузка была уменьшена примерно до 20 тонн.
Поучительно сравнить массовые доли ракет с таковыми у других повседневных земных транспортных средств. Здесь приблизительные цифры для топлива (или топлива, когда воздух используется в качестве окислителя) приведены для иллюстрации общих категорий массовых фракций:

Транспортное средство Процентное топливо
(топливо)
Большое судно 3%
Пикап 3%
Автомобиль 4%
Локомотив 7%
Истребитель 30%
Грузовой самолет 40%
Ракета 85%

Процентное топливо имеет огромное значение для простоты изготовления и надежности в достижении инженерного проектирования (и стоимости).Если транспортное средство содержит менее 10% топлива, оно обычно изготавливается из стальных заготовок. Изменения в его структуре легко сделать без инженерного анализа; Вы просто привариваете другой кусок стали, чтобы укрепить раму в соответствии с тем, что говорит ваша интуиция. Я могу легко перегрузить свой ¾-тонный пикап в два раза. Он может двигаться медленно, но он тянет груз.

Как только транспортные средства становятся воздушными, разработка становится более серьезной. Легкие конструкции из алюминия, магния, титана, эпоксидно-графитовых композитов являются нормой.Чтобы изменить структуру, требуется значительный инжиниринг; один не просто приваривает другой кусок к вашему планеру, если вы хотите жить (или просверлить отверстие в каком-нибудь удобном разделе). Эти транспортные средства не могут работать далеко от их проектных пределов; перегрузка самолета в два раза приводит к катастрофе. Несмотря на то, что эти транспортные средства имеют расход топлива от 30 до 40% (структура и полезная нагрузка от 60 до 70%), для инженерной работы есть место для комфортной работы, поэтому существует надежная, безопасная и экономически эффективная авиационная отрасль.

Ракеты с 85% -ным топливом и 15% структурой и полезной нагрузкой являются крайним пределом нашей инженерной способности даже производить (и платить за!). Они требуют постоянной разработки, чтобы продолжать полет. По-видимому, наименьшие модификации требуют монументального анализа и испытаний прототипов в вакуумных камерах, столах шейкеров, а иногда и тестовых запусков в пустынных регионах. Типичные поля в структурном дизайне составляют 40%. Часто тестирование и анализ проводятся только на 10% выше расчетного предела.Для запуска космического челнока 3 г - это расчетный предел ускорения. Стек был сертифицирован (то есть протестирован до такой степени, что мы знаем, что он будет работать) до 3,3 г. Эта операция имеет 10% конверт для ошибки. Представьте, что вы едете на своей машине со скоростью 60 миль в час, а затем дрейфует до 66 миль в час, только для того, чтобы ваш автомобиль самоуничтожился. Это спасательные ракеты, комплименты ракетного уравнения.
Вот еще несколько интересных примеров из контейнерной инженерии для дальнейшей иллюстрации экстремальной природы конструкции ракеты:

Прочие контейнеры Полезное содержание в процентах
Газированная банка 94%
Shuttle External Бак 96%
Коктейль Молотова 52%

Обычная газированная банка, чудо массового производства, состоит из 94% соды и 6% может по массе.Сравните это с внешним баком для космического челнока с 96% топлива и, следовательно, с 4% структурой. Внешний резервуар, достаточно большой внутри, чтобы вместить танец сарая, содержит криогенные жидкости при 20 градусах выше абсолютного нуля (0 Кельвин), под давлением до 60 фунтов на квадратный дюйм (для резервуара такого размера такое давление представляет собой огромное количество хранимых энергии) и может выдержать 3gs при выкачивании топлива со скоростью 1,5 метрической тонны в секунду. Уровень инженерных знаний, лежащих в основе такого устройства в наше время, настолько же удивителен и совершенен, как и строительство пирамид для их времени.
Один из космонавтов-ветеранов, побывавший на Луне, однажды сказал мне: «Сидеть на вершине ракеты - это все равно, что сидеть на вершине коктейля Молотова». Я принял его комментарий близко к сердцу, сначала взвесив бутылку вина, опустошив бутылку и взвесив ее снова. Простой технический анализ позволил мне оценить и компенсировать разницу в плотности между вином и бензином (которая, я уверен, не сильно отличалась для этого конкретного урожая). Было определено, что коктейль Молотова содержит 52% топлива.Поэтому сидеть на вершине ракеты опаснее, чем сидеть на бутылке с бензином!

Другим менее признанным побочным эффектом уравнения ракеты является чувствительность завершения горения ракеты к достижению вашей цели. Чтобы проиллюстрировать это, я буду использовать некоторые цифры из моего полета на шаттле STS 126 в ноябре 2008 года. Наша целевая скорость при отключении основного двигателя составляла 7824 м / с (25819 фут / с). Если наши двигатели остановятся со скоростью 7806 м / с (25760 фут / с), только 18 м / с (59 фут / с), стесняясь от целевого значения, мы получим орбиту, но не нашу назначенную целевую орбиту.Мы не сможем встретиться с космической станцией и потеряем цель нашей миссии. Подобно тому, как на две копейки не хватает покупки за десять долларов, это всего на 0,2% меньше, чем цена входа в космос. В этом случае у нас есть несколько вариантов. Мы могли бы сжечь наш орбитальный маневренный пропеллент и восполнить эту разницу. Если бы мы были на 3% стеснительными от нашей цели, 7596 (25067 фут / с), у нас не было бы достаточного орбитального маневренного топлива, и мы не сделали бы никакой орбиты. Мы были бы вынуждены совершить трансатлантический аборт, отступив на Землю и приземлившись в Испании.Эти последние 3% нашей необходимой скорости приходятся на последние 8 секунд нашего ожога. Для космонавтов и гонщиков на быках 8 секунд - это много.

Если бы радиус нашей планеты был больше, могла бы быть точка, в которой не удалось бы построить ракету, спасающуюся от Земли. Предположим, что создание ракеты с 96% ракетным топливом (4% ракеты), которая в настоящее время является пределом только для внешнего танка Shuttle, является практическим пределом для разработки ракеты-носителя. Давайте также выберем водород-кислород, самый энергичный химический пропеллент, известный и в настоящее время способный к использованию в ракетном двигателе человека.Подставляя эти числа в уравнение ракеты, мы можем преобразовать рассчитанную скорость эвакуации в ее эквивалентный радиус планеты. Этот радиус будет около 9680 километров (Земля - ​​6670 км). Если бы наша планета была на 50% больше в диаметре, мы бы не смогли отправиться в космос, по крайней мере, используя ракеты для транспорта.

Восстание против тирании - это повторяющаяся человеческая черта, и, возможно, мы найдем какой-то способ свергнуть ракетное уравнение и значительно отойти от нашей планеты.Я имею в виду исследование с постоянным присутствием человека с первым шагом, подобным базам антарктического типа (которые поддерживают несколько тысяч человек) и в конечном итоге приводящим к колонизации, шаблону, сравнимому с распространением западной цивилизации по всему земному шару в 17 и 18 веках. Называть себя мореходной страной в то время означало, что вы можете отправиться в различные миссии на разных типах судов к множеству направлений, когда захотите.Нам предстоит пройти долгий путь, прежде чем кто-либо сможет претендовать на звание космической державы.
Гигантский скачок для человечества - не первый шаг на Луну, а достижение орбиты Земли. Если мы хотим сломать тиранию ракетного уравнения, потребуются новые парадигмы эксплуатации и новые технологии. Если мы будем придерживаться наших ракет, они должны стать такими же рутинными, безопасными и доступными, как самолеты. Одним из самых элементарных и базовых навыков, которые необходимо освоить, является изучение того, как использовать сырье из источников за пределами Земли.Наш ближайший планетный сосед, Луна близка, полезна и интересна. Извлечение и производство полезных продуктов из сырья Луны избавило бы нас от необходимости хорошо перетаскивать все необходимое в космосе со дна глубокой гравитации Земли, значительно изменив последствия уравнения ракеты в нашу пользу. Открытие какого-то нового физического принципа могло бы сломить тиранию и позволить Земле вырваться за пределы управления ракетной парадигмой.
Потребность в новых местах для жизни и ресурсах, которые в конечном итоге привлекут человечество с этой планеты.Доступ к космосу удаляет крышку с чашки Петри Земли. И все мы знаем, что в итоге произойдет, если крышку не снять.


Смотрите также


avtovalik.ru © 2013-2020