В одной из тем продолжительный диалог Дмитрия и Пустынского относительно влета ЛМ, точнее его взлётной ступени (ВС) с Луны.
Аномальное ускорение и чем оно объясняется.
Это - продолжение давнего диалога-спора, к которому автора канала обращался крайний раз 13 ноября, в статье:
В статье ссылки на достаточно подробный разбор основных моментов.
Сейчас хочу остановится на двух моментах, которые усмотрел в диалоге Пустынского и Дмитрия, и выношу их отдельно.
Статическая подушка
Между посадочной и взлетной ступенью есть пространство, куда, теоретически, может поступать газ от двигателя и создавать давление - на посадочную ступень вниз, на взлетную вверх, придавая дополнительное ускорение.
Рассмотрим земные "подушки" и их особенности. Самая простая - это статическая подушка
Её схема
Воздух 2 нагнетается вентилятором 3 в пространство, ограниченное юбкой 4, создавая повышенное давление. Это давление воздействует на опору/поверхность, и на аппарат, поднимая его.
Щель между юбкой и поверхностью - минимальна, фактически юбка скользит по земле или снегу или воде. Если вдруг образуется зазор больше предельного или юбка повреждается, то аппарат "садиться" на дно и никто никуда не летит не плывет не едет.
Обращаю внимание на то, что движение воздуха в подушке есть, но скорости этого движения совсем небольшие.
Второй способ - экраноплан, динамическая подушка
Крыло, ограниченное по бокам скегами, отбрасывает воздух вниз, то там - поверхность, "отбрасываться" некуда. Потому воздух сжимается, создавая повышенное давление. Эту же схему иногда иллюстрируют, показывая воздействие крыла на воздух, которое распространяется со скоростью звука вниз. до воды, отражается - и так многократно.
Обращаю внимание - это все "дозвук", поскольку давление в газе не может передаваться быстрее скорости звука.
Перебираемся "на Луну"
Пытаемся создать подушку. Среда - вакуум. Статическая подушка - дозвук. Что бы не было сверхзвука со всеми его эффектами - подаем вначале малое количество компонентов в двигатель. В критическом сечении дозвуковое течение и после него, в расширяющейся части - тоже. Газ идет вниз и в стороны. Так как объем, куда подается газ, ничем не ограничен, а количество малое - то газ рассеивается, и про подушку можно говорить только в теории - что она как бы есть, но величина ее едва ли поддается какому либо измерению.
Примерно такую картину можно наблюдать, если с аппарата на воздушной подушке снять юбку. Можно гнать очень много воздуха, но подушки не будет.
Что можно сделать для ЛМ, что бы возникла подушка?
Увеличить расход компонентов. Тогда общее количество газов увеличится, и немножко (совсем немножко - ибо объем открытый) и наша теоретическая подушка станет чуть большей теоретической подушкой.
А если еще увеличить?
Тогда получим работящий двигатель со сверхзвуком. Со всеми прелестями. Которые весьма приближенно показывает вот такая идеализированная картина - натекание сверхзвуковой струи на плоскую стенку
Отошедший скачек уплотнения, под скачком - дозвук, повышение статического давления и температуры, и растекание струи в стороны. И никакой подушки...
Реальная картина из за сложной геометрии много сложнее, но общий принцип все равно остается простой - давление в газе не может передаваться быстрее скорости звука. И если истечение из сопла сверхзвуковое (а оно по оф версии такое) то никакой статической подушки нет. Просто давление вверх против сверхзвукового течения пройти не может.
Отраженная струя
Здесь Пустынский в качестве аргумента привел энергию из струи взлетного двигателя - вроде 22 МВт (точнее это мощность - энергия в единицу времени).
И если задействовать хотя бы часть из этой энергии - и подвести ее к взлетной ступени - то можно получить очень даже значительное ускорение.
Опять же теоретически - это так. Но! Мы же на Луне, атмосферы нет, вакуум.
Тяга ракетного двигателя - это импульс mV в единицу времени - то есть количество топлива m (или продуктов сгорания) в единицу времени, истекающее со скоростью V.
Энергия, которую уносят эти газы - кинетическая энергия
Е=m*V**2/2
Скорость здесь - в квадрате.
Такой любопытный момент. Ракетный двигатель - тепловая машина, которая преобразует энергию топлива (химическую) сначала в тепловую, а затем в механическую - энергию струи истекающих газов. И как тепловая машина, ракетный двигатель может иметь очень высокий КПД - до 60% или даже выше.
А вот как движитель - то есть устройство, преобразующее полученную энергию или мощность в полезное - разгон ЛА - он имеет просто смехотворный КПД. Какие то единицы процента или даже доли процента. Причем чем выше удельный импульс - нем ниже КПД.
Что бы его повысить - нужно увеличивать отбрасываемую массу и уменьшать скорость. Тогда, в соответствии с выражением
m1*V1=m2*V2
все меньше энергии будет уходить в реактивную струю и все больше - в разгон ЛА. Это очень хорошо известно в авиации. Реактивный двигатель
не очень экономичен - он отбрасывает с большой скоростью сравнительно небольшую массу.
Двухконтурный с большой степенью двухконтурности - много лучше
Но лучше всех по экономичности - воздушный винт
поскольку отбрасывает очень большую массу воздуха, а скорость отбрасывания - лишь немного больше скорости полета.
К лунным 22 МВт
Если бы на Луне была какая то среда (рабочее тело), и какой то механизм (к примеру эжектор) который мог бы из исходных импульса mV и энергии Е=m*V**2/2 взять небольшую часть энергии и подвести ее к дополнительному рабочему телу, разогнав до небольшой скорости большую массу - то можно было бы получить значительную силу и значительное ускорение.
Проект Н1 от Сергея Павловича как раз предусматривал использование на первой ступени в качестве дополнительного рабочего тела атмосферного воздуха - но после его смерти этот вопрос закрыли и больше никто пока на него не замахнулся.
Но на Луне нет никакого доступного рабочего тела - только то, что вышло из двигателя. Потому имея 22 МВт энергии реактивной струи при массе m, и полностью вернув её в виде отраженной струи (все 100%) никак не получить тяги больше, чем создает двигатель. Дмитрий в этом полностью прав.