14 подписчиков

Продолжение поста про массу ракет.

V = I x ln (m1/m2)

Есть такая формула Циалковского, которая показывает, какую скорость (V) сможет развить аппарат при заданном импульсе тяги (I) и отношении масс ракеты с топливом (m1) и без (m2).

Удельный импульс ракетного двигателя I - это время, за которое расходуется 1кг топлива, если при этом создаётся тяга в 1 килограмм силы (1 кгс), измеряется в секундах. Большинство ракет работает на топливе из смеси кислорода и керосина, у которого удельный импульс в среднем равен 335 с.

Этот параметр можно улучшать, экспериментируя с химией или с эффективностью работы двигателя, но он примерно остаётся такого порядка.

Параметр V - скорость, мы подберём исходя из задачи. Например мы хотим стать искусственным спутником Земли, и тогда за V мы должны принять первую космическую скорость 7,9км/с.

Получается эти два параметра мы не можем сильно изменить. Значит нужно менять соотношение масс.

Но и тут есть проблема.

Выше мы уже говорили, что топливо нужно удержать в баках. А ведь оно ещё в ракете находится под давлением. Кислород используют в жидком состоянии, а значит его температура ниже -182°С. А затем, когда ракета взлетает, температура в сопле порядка 3000°С. Выходит корпус ракеты должен выдерживать и экстремально низкую температуру и экстремально высокую.

То есть ракету используют в очень агрессивных условиях и её корпус должен это всё выдержать. Такой корпус не может быть лёгким.

Не забывая про то что каждый 1кг нагрузки заставляет нас добавить условные 10кг топлива. У нас есть такие данные - лучшим соотношением массы топлива к полной массе ракеты при:

- Твердотельное топливо 96%

- Кислород-керосин 94%

- Метан-кислород 90%

- Водород-кислород 83%

Какие выводы можно из этого сделать?

1) Земля нас так легко не отпустит. Чтобы улететь далеко, ракета должна быть сверхтяжёлой

2) Чтобы более эффективно улетать от Земли наука должна работать над новыми типами двигателей, чтоб увеличить I, и над лёгкими композитными материалами, которые смогут выдержать такие экстремальные условия.

1 минута

5 ноября 2023