Spetsiifiline impulss ja mootori efektiivsus. Konkreetse impulsi taotlemisel

Pidades meeles, et need on tegelikult samad omadused. Spetsiifiline tõukejõud kasutatakse tavaliselt siseballistikas, samas spetsiifiline impulss- välisballistikas. Spetsiifilise impulsi mõõde on kiiruse mõõde, SI ühikute süsteemis on see meeter sekundis.

Definitsioonid

Spetsiifiline impulss- reaktiivmootorile iseloomulik, võrdne selle tekitatava impulsi (liikumise hulga) suhtega kütuse voolukiirusesse (tavaliselt mass, kuid võib olla seotud ka näiteks massi või mahuga). Mida suurem on eriimpulss, seda vähem tuleb kulutada kütust, et saavutada teatud hulk liikumist. Teoreetiliselt on eriimpulss võrdne väljalaske kiirus põlemisproduktid võivad sellest tegelikult erineda. Seetõttu nimetatakse ka spetsiifilist impulssi efektiivne (või samaväärne) väljalaskekiirus.

Spetsiifiline tõukejõud- reaktiivmootorile iseloomulik, võrdne selle tekitatava tõukejõu suhtega massilise kütusekuluga. Seda mõõdetakse meetrites sekundis (m/s = N s/kg = kgf s/e.e.) ja see tähendab selles mõõtmes, mitu sekundit suudab antud mootor tekitada 1 N tõukejõu, kulutades 1 kg kütust (või tõukejõud 1 kgf, olles tarbinud 1 t.e.m. Teise tõlgenduse korral on spetsiifiline tõukejõud võrdne tõukejõu suhtega kaal kütusekulu; sel juhul mõõdetakse seda sekundites (s = N s/N = kgf s/kgf). Kaalu eritõukejõu teisendamiseks massitõukejõuks tuleb see korrutada raskuskiirendusega (ligikaudu 9,81 m/s²).

Ligikaudne arvutusvalem spetsiifiline impulss(heitgaasi kiirus) keemilise kütusega reaktiivmootorite puhul näeb välja järgmine:

kus T k on gaasi temperatuur põlemis- (lagunemis-) kambris; p k ja p a on gaasirõhk vastavalt põlemiskambris ja düüsi väljalaskeava juures; y on põlemiskambris oleva gaasi molekulmass; u on koefitsient, mis iseloomustab gaasi termofüüsikalisi omadusi kambris (tavaliselt u ≈ 15). Nagu esimese lähenduse valemist näha, mida kõrgem on gaasi temperatuur, seda madalam on selle molekulmass ja mida suurem on rõhu suhe RD-kambris ümbritsevasse ruumi, seda kõrgem on spetsiifiline impulss .

Erinevat tüüpi mootorite efektiivsuse võrdlus

Spetsiifiline impulss on oluline parameeter mootor, mis iseloomustab selle tõhusust. See väärtus ei ole otseselt seotud kütuse energiatõhususega ja mootori tõukejõuga, näiteks ioonmootoritel on väga väike tõukejõud, kuid nende suure tõukejõu tõttu spetsiifiline impulss kasutatakse kosmosetehnoloogias manöövrimootoritena.

Iseloomulik spetsiifiline impulss erinevat tüüpi mootorid

Mootor	Spetsiifiline impulss
Mootor	m/sek	sek
Gaasiturbiiniga reaktiivmootor	30 000	3 000
Tahke rakettmootor	2 000	200

Spetsiifiline impulss või eritõukejõud on rakettmootori efektiivsuse mõõt. Mõnikord kasutatakse mõlemat terminit vaheldumisi, mis tähendab, et need on tegelikult samad omadused. Siseballistikas kasutatakse tavaliselt spetsiifilist tõukejõudu, välisballistikas aga spetsiifilist impulssi. Eriimpulsi mõõde on kiiruse mõõde, SI ühikutes on see meetrit sekundis.

Definitsioonid

reaktiivmootorile iseloomulik, võrdne selle tekitatava impulsi ja kütusekulu suhtega. Mida suurem on eriimpulss, seda vähem tuleb kulutada kütust, et saavutada teatud hulk liikumist. Teoreetiliselt on eriimpulss võrdne põlemisproduktide ammendumise kiirusega, tegelikult võib see sellest erineda. Seetõttu nimetatakse spetsiifilist impulssi ka efektiivseks väljalaskekiiruseks.

Spetsiifiline tõukejõud on reaktiivmootori omadus, mis võrdub selle tekitatava tõukejõu suhtega massilise kütusekuluga. Seda mõõdetakse meetrites sekundis ja see tähendab selles mõõtmes, mitu sekundit suudab antud mootor tekitada 1 N tõukejõu, olles kulutanud 1 kg kütust. Teises tõlgenduses on eritõukejõud võrdne tõukejõu ja kaalu suhtega kütusekulu; sel juhul mõõdetakse seda sekundites. Massi eritõukejõu teisendamiseks massitõukejõuks tuleb see korrutada raskuskiirendusega.

Keemilist kütust kasutavate reaktiivmootorite eriimpulsi ligikaudse arvutamise valem on järgmine:

kus T k on gaasi temperatuur põlemiskambris; p k ja p a on gaasirõhk vastavalt põlemiskambris ja düüsi väljalaskeava juures; y on põlemiskambris oleva gaasi molekulmass; u on koefitsient, mis iseloomustab kambris oleva gaasi termofüüsikalisi omadusi. Nagu esimese lähenduse valemist näha, mida kõrgem on gaasi temperatuur, seda madalam on selle molekulmass ja mida suurem on rõhu suhe RD-kambris ümbritsevasse ruumi, seda suurem on eriimpulss.

Spetsiifiline impulss- reaktiivmootori efektiivsuse näitaja. Mõnikord kasutatakse reaktiivmootorite puhul sünonüümi "spetsiifiline tõukejõud" (terminil on ka teisi tähendusi), samas kui spetsiifiline tõukejõud kasutatakse tavaliselt siseballistikas, samas spetsiifiline impulss- välisballistikas. Eriimpulsi mõõde on kiiruse mõõde, SI ühikutes on see meetrit sekundis.

Definitsioonid

Spetsiifiline tõukejõud- reaktiivmootorile iseloomulik, võrdne selle tekitatava tõukejõu suhtega massilise kütusekuluga. Seda mõõdetakse meetrites sekundis (m/s = N s/kg = kgf s/e.e. m) ja see tähendab, mitu sekundit suudab see mootor tekitada 1 N tõukejõu, olles kulutanud 1 kg kütust (või tõukejõud 1 kgf, olles kulutanud 1 st m kütust). Teise tõlgenduse korral on spetsiifiline tõukejõud võrdne tõukejõu suhtega kaal kütusekulu; sel juhul mõõdetakse seda sekundites (s = N s/N = kgf s/kgf) – seda väärtust võib pidada ajaks, mille jooksul mootor suudab arendada tõukejõudu 1 kgf, kasutades 1 kg kütusemassi ( st kaalub 1 kgf). Kaalu eritõukejõu teisendamiseks massitõukejõuks tuleb see korrutada raskuskiirendusega (eeldatavalt 9,80665 m/s²).

Ligikaudne valem keemilist kütust kasutavate reaktiivmootorite eriimpulsi (väljalaskekiiruse) arvutamiseks näeb välja selline [ täpsustada]

Avaldist ei saa sõeluda (käivitatav fail texvc ei leitud; Vaadake matemaatikat/README – abi seadistamisel.): I_y = \sqrt(16641 \cdot \frac(T_\text(k))(u M) \cdot \left(1 - \frac(p_\text(a) ) (p_\tekst(k)) M \parem) ),

Kus T k on gaasi temperatuur põlemis- (lagunemis-) kambris; lk k ja lk a on gaasirõhk vastavalt põlemiskambris ja düüsi väljalaskeava juures; M- põlemiskambris oleva gaasi molekulmass; u- koefitsient, mis iseloomustab kambris oleva gaasi termofüüsikalisi omadusi (tavaliselt u≈ 15). Nagu esimese lähenduse valemist näha, mida kõrgem on gaasi temperatuur, seda väiksem on selle molekulmass ja mida suurem on RD-kambri rõhkude suhe ümbritsevasse ruumi, seda suurem on eriimpulss.

Erinevat tüüpi mootorite efektiivsuse võrdlus

Spetsiifiline impulss on oluline mootori parameeter, mis iseloomustab selle tõhusust. See väärtus ei ole otseselt seotud kütuse energiatõhususega ja mootori tõukejõuga, näiteks ioonmootoritel on väga väike tõukejõud, kuid suure eriimpulsi tõttu kasutatakse neid kosmosetehnoloogias manööverdusmootoritena.

Iseloomulik spetsiifiline impulss erinevat tüüpi mootoritele

Mootor	Spetsiifiline impulss
Mootor	m/s	Koos
Gaasiturbiiniga reaktiivmootor [[K:Wikipedia:artiklid ilma allikateta (riik: Lua viga: callParserFunction: funktsiooni "#property" ei leitud. )]][[K:Wikipedia:artiklid ilma allikateta (riik: Lua viga: callParserFunction: funktsiooni "#property" ei leitud. )]]	30 000(?)	3 000(?)
Tahke rakettmootor	2 650	270
Vedel rakettmootor	4 600	470
Elektriline rakettmootor	10 000-100 000	1000-10 000
Ioonmootor	30 000	3 000
Plasma mootor	290 000	30 000

Selle valemiga on seotud humoorikas moment: kuna sellel pole oma nime, kutsuvad eksperdid seda tavaliselt "Y-valemiks" - filmikomöödias "Operatsioon "Y" ja Šuriku muud seiklused kirjutavad õpilased. Koridori põrandal oleva valemi järeldus tuletage täpselt see valem.

Vaata ka

Kirjutage ülevaade artiklist "Konkreetne impulss"

Märkmed

Kommentaarid

Kasutatud kirjandust ja allikaid

Lingid

Tom Benson, / Lennunduse juhend algajatele // Glenn Research Center, NASA (inglise)
Z. S. Spakovszky, / 16.Unified: Termodünaamika ja tõukejõud // MIT, 2006 (inglise)

Spetsiifilist impulssi iseloomustav väljavõte

Nägin, et neil vaestel lastel polnud absoluutselt õrna aimugi, mida nüüd teha või kuhu minna. Ausalt öeldes polnud mul ka sellist mõtet. Kuid keegi pidi midagi ette võtma ja ma otsustasin uuesti sekkuda. See ei pruugi olla minu asi, aga ma lihtsalt ei suutnud seda kõike rahulikult vaadata.
- Vabandust, mis su nimi on? – küsisin vaikselt isalt.
See lihtne küsimus tõi ta välja "stuuporist", millesse ta "peapeale läks", suutmata tagasi tulla. Mind suure üllatusega silmitsedes ütles ta segaduses:
– Valeri... Kust sa tulid?!... Kas sa surid ka? Miks sa meid kuuled?
Mul oli väga hea meel, et mul õnnestus ta kuidagi tagasi saata ja vastasin kohe:
– Ei, ma ei surnud, ma lihtsalt kõndisin mööda, kui see kõik juhtus. Aga ma kuulen sind ja räägin sinuga. Kui sa seda muidugi tahad.
Nüüd vaatasid nad kõik mind üllatunult...
- Miks sa elus oled, kui sa meid kuuled? - küsis väike tüdruk.
Hakkasin talle just vastama, kui järsku ilmus kohale noor tumedajuukseline naine, kes, ilma et oleks jõudnud midagi öelda, jälle kadus.
- Ema, ema, siin sa oled!!! – hüüdis Katya rõõmsalt. – Ma ütlesin sulle, et ta tuleb, ma ju ütlesin!!!
Sain aru, et naise elu “rippus praegu justkui niidi otsas” ja hetkeks löödi tema olemus füüsilisest kehast lihtsalt välja.
"Noh, kus ta on?!..." Katya oli ärritunud. - Ta oli just siin! ..
Tüdruk oli ilmselt väga väsinud sellisest tohutust erinevate emotsioonide sissevoolust ning ta nägu muutus väga kahvatuks, abituks ja kurvaks... Ta klammerdus tugevalt venna käe külge, justkui otsiks temalt tuge ja sosistas vaikselt:
- Ja kõik meie ümber ei näe... Mis see on, isa?
Ta hakkas ühtäkki välja nägema nagu väike kurb vanaproua, kes täielikus segaduses vaatab oma selgete silmadega nii tuttavat valget valgust ega saa kuidagi aru - kuhu ta nüüd minema peaks, kus on nüüd ema ja kus ta kodu praegu on?.. Ta pöördus esmalt oma kurva venna poole, siis isa poole, kes seisis üksi ja näis, et oli kõige suhtes täiesti ükskõikne. Kuid ühelgi neist polnud talle lihtsat vastust laste küsimus ja vaene tüdruk hakkas järsku väga-väga kartma...
- Kas sa jääd meie juurde? – vaadates mulle oma suurte silmadega otsa, küsis ta haledalt.
"No muidugi ma jään, kui sa seda tahad," kinnitasin kohe.
Ja ma tõesti tahtsin teda sõbralikult tugevalt kallistada, et tema väikest ja nii hirmunud südant vähemalt natukenegi soojendada...
- Kes sa oled, tüdruk? – küsis isa äkki. "Lihtsalt inimene, natuke teistsugune," vastasin veidi piinlikult. – Ma kuulen ja näen neid, kes “lahkusid”... nagu sina praegu.
"Me surime, kas pole?" – küsis ta rahulikumalt.
"Jah," vastasin ausalt.
- Ja mis meist nüüd saab?
– Sa elad, ainult teises maailmas. Ja ta pole nii halb, uskuge mind!... Sa pead lihtsalt temaga harjuma ja teda armastama.
"Kas nad tõesti ELAVAD pärast surma?...," küsis isa endiselt uskumata.
- Nad elavad. Aga mitte enam siin,” vastasin. - Tunnete kõike samamoodi nagu varem, kuid see on teistsugune maailm, mitte teie tavaline. Teie naine on endiselt seal, nagu minagi. Aga sa oled juba “piiri” ületanud ja nüüd oled teisel pool,” teadmata, kuidas täpsemalt seletada, püüdsin talle “kätt anda”.
– Kas ta tuleb kunagi ka meie juurde? – küsis tüdruk äkki.
"Ühel päeval jah," vastasin.
"No ma siis ootan teda," ütles rahulolev tüdruk enesekindlalt. "Ja me oleme jälle kõik koos, eks, isa?" Kas sa tahad, et ema oleks jälle meiega, kas pole?
Tema hiigelsuured hallid silmad särasid nagu tähed, lootuses, et ka tema armastatud ema on ühel päeval siin, oma uues maailmas, aimamata isegi, et see TEMA praegune maailm pole ema jaoks midagi enamat ega vähemat kui lihtsalt surm. .
Ja nagu selgus, ei pidanudki tüdruk kaua ootama... Taas ilmus tema armastatud ema... Ta oli väga kurb ja veidi segaduses, kuid käitus palju paremini kui tema metsikult hirmunud isa, kes nüüd , minu siiraks rõõmuks, on vähehaaval mõistusele tulnud.
Huvitav on see, et nii suure hulga surnute üksustega suheldes võisin peaaegu kindlalt väita, et naised võtsid “surma šoki” palju enesekindlamalt ja rahulikumalt vastu kui mehed. Toona ei saanud ma veel aru selle kurioosse tähelepaneku põhjustest, kuid teadsin kindlalt, et see täpselt nii oli. Võib-olla kandsid nad sügavamat ja raskemat süütunnet laste pärast, kelle nad "elusa" maailma maha jätsid, või valu pärast, mille nende surm nende perekonnale ja sõpradele tõi. Kuid just surmahirm oli see, et enamik neist (erinevalt meestest) puudus peaaegu täielikult. Kas seda saab mingil määral seletada sellega, et nad ise kinkisid meie maa peal kõige väärtuslikuma – inimelu? Kahjuks ei saanud ma sellele küsimusele toona vastust...
- Emme, emme! Ja nad ütlesid, et te ei tule kauaks! Ja juba oledki kohal!!! Ma teadsin, et sa ei jäta meid! - kiljatas väike Katya rõõmust õhku ahmides. - Nüüd oleme jälle kõik koos ja nüüd saab kõik korda!
Ja kui kurb oli vaadata, kuidas kogu see armas ja sõbralik pere püüdis kaitsta oma väikest tütart ja õde teadmise eest, et see pole üldse nii hea, et nad on jälle kõik koos ja kahjuks kellelgi neist ei olnud nende järelejäänud elamata eluks ei jäänud enam vähimatki võimalust... Ja et igaüks neist siiralt eelistaks, et vähemalt üks nende perest jääks ellu... Ja väike Katja pobises ikka veel midagi süütult ja rõõmsalt, rõõmustades, et jälle on nad kõik üks perekond ja jälle "kõik on hästi"...
Ema naeratas nukralt, püüdes näidata, et ka tema on rõõmus ja õnnelik... ja ta hing nagu haavatud lind karjus oma õnnetute laste pärast, kes olid nii vähe elanud...
Järsku tundus, et ta “eraldis” oma mehe ja end lastest mingisuguse läbipaistva “seinaga” ning otse talle otsa vaadates puudutas õrnalt tema põske.
"Valeri, palun vaadake mind," ütles naine vaikselt. - Mida me teeme? .. See on surm, kas pole?
Ta vaatas talle otsa oma suurte hallide silmadega, milles loksus nii surmav melanhoolia, et nüüd tahtsin tema asemel hundi ulguda, sest seda kõike oli peaaegu võimatu oma hinge võtta...
"Kuidas see juhtuda sai?... Miks nad seda tegid?!..." küsis Valeria naine uuesti. - Mida me nüüd tegema peaksime, ütle mulle?

2012. aasta lõpus esitles Hiina Teaduste Akadeemia professor Yang Juan tõlget oma artiklist, mis kirjeldas ainulaadse elektromagnetilise rakettmootori prototüüpi. Paberil tundub see palju huvitavam kui tänapäeval saadaolevad ioonmootorid, kasvõi juba sellepärast, et see ei nõua töövedeliku tarbimist, kuid see on ka peamine põhjus kahtlusi. Just hiljuti võis seda tüüpi elektrirakettmootorist vaid unistada.

Erinevalt kõigist teistest tüüpidest rakettmootorid, siin peaks kiirendus saavutama suunatud mikrolainekiirguse tõttu. See, et elektromagnetlained tekitavad survet, on teada juba Maxwelli ajast, kuid EmDrive’i tööpõhimõtete kirjeldus tekitab palju küsimusi.

Piltlikult öeldes sarnaneb selline mootor mikrolaineahjuga, millele on lisatud kinnise tüvikoonuse kujul resoneeriv õõnsus. Teoreetiliselt avaldavad kiirgavad mikrolained siseõõnsusele survet, mida ei kompenseerita ainult ühes suunas. Nii (proua Juani sõnul) arendab EmDrive reaktiivtõukejõudu.

Kahjuks tekitab see EmDrive’i tööpõhimõte palju kahtlusi ja meenutab kurba kogemust 2008. aastal Yubileiny satelliidile eksperimentaalse “jõujõuseadme ilma reaktiivmassi väljutamiseta” paigaldamisest.

Hea uudis on see, et vähemalt EmDrive ei kuulu kurikuulsate inertioidide hulka – seadmetüüpi, mille funktsionaalsus ei toimi väliskeskkond võimatu. Kahtlused kehtivad ka enamiku märgitud omaduste kohta. Lisaks sellele, et võrreldes parimate ioonmootoritega lubab EmDrive pakkuda pikemat kasutusiga, on see sama võimsuse ja suurema (720 mN) tõukejõu juures deklareeritud ligikaudu kümme korda väiksema massina. Lisateavet EmDrive'i arendamise ajaloo kohta leiate Jevgeni Zolotovi artiklist.

Süvakosmose uurimise ajal toodavad EmDrive'i energiat tõenäoliselt tavapärased RTG-moodulid. Päikesesüsteemi sisepiirkonnas (tavaliselt kuni peamise asteroidivööni) võib piirduda päikesepaneelid. Elektromagnetilise mootori ja päikesepatareidega kosmoselaeva aku eluiga piirab praktiliselt ainult kulumine, kuna sellel pole pardal kuluvaid komponente.

=====Ioon- ja plasmamootorid =====

Erinevalt keemilistest reaktiivmootoritest ei tekita ioonmootorid äkilist ja väga suurejoonelist kuumade gaaside eraldumist, mis tegelikult panevad liikuma traditsioonilisi rakette. Nende tõukejõudu mõõdetakse tavaliselt mitte tonnides, vaid grammides. Kui selline mootor Maal asetada lauale, ei jätku sellel liikumiseks jõudu. Kuid mis iganes neil mootoritel tõukejõust puudu jääb, kompenseerivad nad tööaja jooksul enam kui; avakosmose vaakumis võivad nad töötada aastaid.

Tüüpiline ioonmootor meenutab teleritoru sisemust – kineskoopi. Elektrivool soojendab hõõgniidi, mis omakorda tekitab ioniseeritud aatomite, näiteks ksenooni, voo, mis seejärel düüsi kaudu väljutatakse. Kuuma plahvatusohtliku gaasijoa asemel eraldab ioonmootor nõrka, kuid pidevat ioonivoogu.

Hiljuti koguti projekti HyperV raames Kickstarteri kaudu raha impulssplasmamootori täiustamiseks. Peaaegu kõik gaasid töötavad töövedelikuna. Mootor ise tõotab olla palju odavam valmistada ja kasutada kui olemasolevaid analooge.

Peamine eelis on mitmekülgsus. Reguleerides tõukejõu ja konkreetse impulsi suhet, saab ühte mootorit kasutada erinevate ülesannete jaoks.

Plasma mootor on ionic võimsam versioon. Sellise mootori näiteks on VASIMR (muutuva spetsiifilise impulsi magnetoplasma rakett – muutuva spetsiifilise impulsiga magnetoplasmarakett); See kasutab kosmoses kiirendamiseks võimsat plasmavoogu. Selle mootori töötas välja astronaut ja insener Franklin Chang-Diaz. Selles sisalduv vesinik kuumutatakse raadiolainete ja magnetväljade abil mitme miljoni kraadini. Väga kuum plasma väljutatakse seejärel läbi raketi düüsi, tekitades märkimisväärse tõukejõu. Maal on selliste mootorite prototüüpe juba loodud ja katsetatud, kuid ükski neist pole veel kosmosesse lennanud. Mõned arengud pakuvad välja päikeseenergia kasutamise mootori plasma soojendamiseks. Teised teevad ettepaneku kasutada tuumalagunemise energiat (see tekitab muidugi täiendavaid ohutusprobleeme – tuleb ju kosmosesse saata suur hulk tuumamaterjale ja kosmoselaevadega juhtuvad kõikvõimalikud õnnetused).

Kuid ei ioon- ega plasmamootor pole piisavalt tugev, et meid tähtedeni viia. See nõuab reaktiivmootorid täiesti erinevatel põhimõtetel. Üks peamisi probleeme tähelaeva arendamisel on tohutu kütusekogus, mis kulub isegi lähima täheni jõudmiseks, ja pikk ajavahemik, mida see teekond nõuab.

Teoreetiliselt hiiglaslik päikesepuri võib jõuda poole valguse kiirusest. Sellise purjega laeval kuluks lähimate tähtedeni jõudmiseks vaid umbes kaheksa aastat. Sellel põhimõttel põhinev liikur on hea ka seetõttu, et kõik selle põhimõtted on juba teada. Selle loomiseks pole vaja avastada uusi füüsikaseadusi. Aga sisse täiskõrgus tekivad muud probleemid – nii majanduslikud kui tehnilised. Mitmesaja kilomeetri laiuse purje ehitamine, aga ka tuhandete võimsate laserite ehitamine Kuule kujutavad endast väga tõsist inseneriprobleemi – ja projekti elluviimiseks vajalikud tehnoloogiad ei pruugi niipea ilmuda. (Tähtedevahelise päikesepurje peamine probleem on tagasipöördumine. Laeva Maale tagasi toomiseks peate kuule sihtmärgi lähedale ehitama teise laseripatarei. Või sooritama selle tähe lähedal kiire gravitatsioonimanöövri, mis aitab tagasisõiduks kiirust suurendada. Seejärel saab Kuu purjedel olevaid lasereid aeglustada, et laev saaks ohutult Maale maanduda.)

=====Otsevooluga termotuumasünteesimootor =====

Vesinikku on universumis enam kui küll, nii et sellise mootoriga laev võiks vesinikku koguda. e kütus – teel, kosmoses liikumise ajal. Sisuliselt oleks sellisel mootoril ammendamatu ja alati kättesaadav kütuseallikas. Kogutud vesinikku kuumutatakse seejärel mitme miljoni kraadini – sellest piisab tuumasünteesiks – ja see vabastaks energiat.

Ramjet-tuumamootori põhimõtte pakkus välja 1960. aastal füüsik Robert Bussard; Hiljem populariseeris seda ka Carl Sagan. Bussard arvutas välja, et umbes 1000 tonni kaaluv reaktiivmootoriga termotuumasünteesimootor suudab teoreetiliselt säilitada konstantse 1 g kiirenduse, s.o. võrreldav Maa gravitatsiooni mõjuga. Kujutagem ette, et see kiirendus säilib aasta läbi. Selle aja jooksul kiirendab laev 77% valguse kiirusest; see on juba täiesti piisav, et tõsiselt kaaluda tähtedevahelise reisimise väljavaateid.

Nende uuringute tulemused osutusid väga vastuoluliseks. Raketid osutusid äärmiselt keerukateks ja katsetused lõppesid sageli ebaõnnestumisega. Tuumamootoris tekkisid väga tugevad vibratsioonid, kütusesõlmede kestad purunesid ja rakett lagunes laiali. Teine pidev probleem oli vesiniku kõrgel temperatuuril põlemisest tingitud korrosioon. Lõpuks suleti 1972. aastal tuumarakettide programm.

=====Impulsiga tuumamootor =====

Teine teoreetiline võimalus on kasutada tõukejõuna mitmeid tuuma-minipomme. Näiteks Orioni projekt hõlmas väikeste termotuumapommide järjestikust vabastamist laeva taha, et see saaks nende plahvatuste lööklaine "ratsutada". Teoreetiliselt võib selline süsteem kiirendada kosmoselaeva valguse kiirusele lähedase kiiruseni.

1950. aastate lõpus ja 1960. aastatel. Sellel põhimõttel tehti tähtedevahelise laeva jaoks hoolikad arvutused. Hinnanguliselt võiks ta lennata Pluutole ja tagasi aastaga, saavutades kiiruse 10% valguse kiirusest. Kuid isegi sellisel kiirusel kuluks lähima täheni lendamiseks 44 aastat. Teadlased kaalusid võimalusi, millal sellise tõukeseadmega kosmoselaev lendab kosmoses mitu sajandit; põlvkonnad vahetuksid meeskonnas ja paljud peaksid kogu oma elu elama selles liikuvas väikeses maailmas, et nende järeltulijad jõuaksid lähedalasuvate tähtedeni.

1959. aastal avaldas General Atomics aruande, milles ta hindas Orion-klassi kosmoselaeva suurust. Suurim versioon, mida raportis nimetatakse "super-Orioniks", pidi kaaluma 8 miljonit tonni, olema 400 m läbimõõduga ja sõitma enam kui tuhande vesinikupommi lööklaine peal.

Selle projektiga seotud peamine probleem on stardiala saastumine tuumasaademega. Dysoni hinnangul võib iga stardi tuumasaade põhjustada surmavat vähki kuni kümnel inimesel. Lisaks on plahvatusest tulenev elektromagnetimpulss nii suur, et põhjustaks kindlasti palju lühiseid lähedalasuvates elektrisüsteemides.

raketi laev Daedaluse projekti järgi osutus see nii hiiglaslikuks, et seda tuleks ehitada avakosmosesse. See pidi kaaluma 54 000 tonni (peaaegu kogu kaal oli raketikütus) ja suudab kiirendada kuni 7,1% valguse kiirusest, kandes 450 tonni kaaluvat lasti hõlmas miniatuursete vesinikupommide kasutamist deuteeriumi ja heelium-3 seguga ning elektronkiire kasutavat süütesüsteemi. Aga tohutu tehnilisi probleeme ja mure tuumajõuallika pärast tähendas, et ka Daedaluse projekt jäi määramata ajaks riiulile.

Longshoti projekt nägi välja realistlikum ja põhines lasersünteesimootori kasutamisel. Staarina valiti Alpha Centauri B. Lennuaeg pikenes sajandini ja missioon tagasipöördumist ei hõlmanud. Erinevalt Daedalus projektist tugines Longshot peamiselt olemasolevatele, mitte tekkivatele tehnoloogiatele. Viimases etapis selgus, et laev vajaks umbes 264 tonni heelium-3 ja deuteeriumi segu, mida sellistes kogustes mõistliku kuluga kätte ei saaks.

Kosmose lift

Probleem on selles, et kosmoselifti kaabel peaks taluma umbes 60-100 GPa pinget. Teras puruneb umbes 2 GPa pinge juures, mis nurjub idee eesmärgi. Teadlaste sõnul peaks süsinik-nanotorukiud taluma 120 GPa survet, mis on märgatavalt kõrgem nõutavast miinimumist. Pärast seda avastust jätkusid katsed luua kosmoselifti uue jõuga.

=====Püssist taevani =====

Teine nutikas viis laeva kosmosesse saatmiseks ja selle fantastilise kiiruseni kiirendamiseks on tulistada seda rööpale paigaldatud elektromagnetilisest "relvast", mida kirjeldasid Arthur Clarke'i ja teiste ulmeautorite teosed. Projekti kaalutakse praegu tõsiselt kui Star Warsi raketitõrjekilbi võimalikku osa.

Meetod on hoopis raketikütus või püssirohtu, kasutage elektromagnetismi, et kiirendada rakett suurele kiirusele.

Lihtsamal kujul koosneb rööpapüss kahest paralleelsest traadist või siinist; rakett ehk rakett "istub" mõlemal siinil, moodustades U-kujulise konfiguratsiooni. Michael Faraday teadis ka, et raamile mõjub jõud magnetväljas elektrivooluga. (Üldiselt töötavad kõik elektrimootorid sellel põhimõttel.) Kui lasta läbi rööbaste ja mürsu miljonite amprite tugevuse elektrivool, tekib kogu süsteemi ümber ülivõimas magnetväli, mis omakorda hakkab liikuma. mürsk mööda rööpaid, kiirendades selle tohutu kiiruseni ja visatakse rööbasteesüsteemi lõpust kosmosesse.

Katsetamise ajal tulistasid elektromagnetilised rööpakahurid edukalt metallesemeid tohutul kiirusel, kiirendades neid väga lühikese vahemaa jooksul. Suurepärane on see, et teoreetiliselt on tavarelvarelvadest võimeline tulistama metallmürsku kiirusega 8 km/s; sellest piisab, et viia see madalale maakera orbiidile. Põhimõtteliselt võiks kogu NASA raketipargi asendada rööpakahuritega, mis tulistavad kasulikke koormaid otse Maa pinnalt orbiidile.

Rööprelval on keemiarelvade ja rakettide ees märkimisväärsed eelised. Relvast tulistades piirab lööklaine kiirus maksimaalset kiirust, millega paisuvad gaasid võivad kuuli torust välja suruda. Jules Berne tulistas klassikalises romaanis "Maalt Kuule" püssirohu abil astronaute Kuule vedanud mürsu, kuid tegelikult pole raske välja arvutada, et maksimaalne kiirus, mida püssirohulaeng võib mürsule anda, on mitu korda suurem. vähem kui kiirus, mis on vajalik Kuule lendamiseks. Rööpakahur ei kasuta gaaside plahvatuslikku paisumist ja seetõttu ei sõltu see mingil moel lööklaine levimise kiirusest.

Kuid rööbasrelvadel on oma probleemid. Selle peal olevad esemed kiirendavad nii kiiresti, et kipuvad kokkupõrkel... õhuga lamanduma. Kasulik koormus deformeerub tugevalt rööpapüstoli suu küljest tulistades, sest kui mürsk tabab õhku, oleks see justkui vastu telliskiviseina. Lisaks kogeb mürsk kiirenduse ajal tohutut kiirendust, mis iseenesest võib koormust oluliselt deformeerida. Rööpaid tuleb regulaarselt vahetada, kuna mürsk deformeerib neid ka liikumisel. Veelgi enam, rööpapüstoli ülekoormus on inimestele saatuslik; inimluud lihtsalt ei pea sellisele kiirendusele vastu ja kukuvad kokku.

Üks lahendus on paigaldada Kuule rööpapüss. Seal, väljaspool Maa atmosfääri, suudab mürsk avakosmose vaakumis takistamatult kiirendada. Kuid isegi Kuul kogeb mürsk kiirenduse ajal tohutuid ülekoormusi, mis võivad kasulikku lasti kahjustada ja deformeerida. Teatud mõttes on rööpapüss laserpurje vastand, mis aja jooksul järk-järgult kiirust kogub. Rööpapüstoli piirangud määrab just see, et see kannab lühikese vahemaa ja lühikese aja jooksul kehale tohutut energiat.

Rööpakahur, mis suudaks sõidukist lähimate tähtede suunas tulistada, oleks väga kallis konstruktsioon. Seega hõlmab üks projektidest rööpakahuri ehitamist kosmosesse, mille pikkus on kaks kolmandikku Maa ja Päikese vahelisest kaugusest. See relv salvestaks päikeseenergiat ja kulutaks selle siis korraga ära, kiirendades kümnetonnise kasuliku koorma kiiruseni, mis on võrdne kolmandikuga valguse kiirusest. Sel juhul kogeb "mürsk" ülekoormust 5000 g. Loomulikult suudavad sellise stardi "ellu jääda" ainult kõige vastupidavamad robotlaevad.

=====Eriimpulss ja mootori kasutegur =====

Erinevat tüüpi mootorite efektiivsuse võrdlemisel räägivad insenerid tavaliselt konkreetsest impulssist. Eriimpulss on defineeritud kui impulsi muutus tarbitud kütuse massiühiku kohta. Seega, mida tõhusam on mootor, seda vähem kulub raketi kosmosesse saatmiseks kütust. Impulss on omakorda teatud aja jooksul teatud jõu mõju tulemus. Kuigi keemilised raketid on väga suure tõukejõuga, töötavad need vaid mõne minuti ja seetõttu on neil väga madal eriimpulss. Ioonmootoritel, mis on võimelised töötama aastaid, võib olla kõrge eriimpulss väga väikese tõukejõuga.

Valguse kiirust saavutaval raketil oleks suurim võimalik eriimpulss. Selle eriimpulss oleks umbes 30 miljonit. Allpool on eri tüüpi reaktiivmootoritele iseloomulike impulsside tabel.

Mootori tüüp (spetsiifiline impulss)

Tahkekütus (250)

Vedelik (450)

Iooniline (3000)

Plasma VASIMR (1000–30 000)

Aatomi (800-1000)

Termotuuma otsevool (2500–200 000)

Tuumaimpulss (10 000–1 000 000)

Antiaine kohta (1 000 000–10 000 000)

1. Tsiolkovski valem

kus W on efektiivne väljalaskekiirus, Q T on laengu mass, q k = Q 0 -Q T on raketi kuivmass

2. Tõukejõu võrrand

G
deG – kaal sekundis voolukiirus.

See avaldis määrab teoreetilise (arvutatud) tõukejõu, seda nimetatakse ka ideaalseks tõukejõuks.

Inseneripraktikas on koos tõukejõu otsese arvutamisega olemas ka arvutamise meetod

, kus Rsp =R/G on eritõukejõud – tahkekütuse rakettmootori peamine energiaomadus, W a – düüsist põlemissaaduste väljalaske efektiivne kiirus. Aga sellepärast praktikas on tahkekütuse rakettmootori eritõukejõu katseline määramine NS voolukiiruse mõõtmise keerukuse tõttu keeruline, siis on Rsp asemel otstarbekam võtta arvesse karakteristikku - spetsiifiline impulss.

Esialgu totaalne impulss

U
Kaugjuhtimispuldi eraldiseisev (ühik)impulss on kogu tööaja ja kütuse kogumassi suhe I .

F
Tsiolkovski valem:

W e – efektiivne väljalaskekiirus;

Q T – kütuse mass;

Q 0 – raketi stardikaal.

Kütuse põlemistemperatuur: 2500º K - BTT; 3300° K – CTT.

Kaugjuhtimispuldi omadused:

 = Q k /Q t – kaalu täiuslikkuse koefitsient;

 v =W t /W k.s. – mahuline täitmistegur;

 eff =Q korrus /Q dv – efektiivsuskoefitsient;

Q põrand – selle mootoriga teatud kõrgusele tõstetud kasuliku koorma kaal;

Q dv – mootori kaal.

Peamine kvaliteedinäitaja: eritõukejõud.

Energiatõhususe suhe:
= 0.35 - 0.40.

3. Kambris toimuvate protsesside termodünaamiline arvutamine. Kütuse termodünaamilised põhiomadused, nende määramise protseduur.

Esialgsed andmed:; kütuse koostis ( ;;;); kütuse entalpia ( ).

(I-nda elemendi massiosa:
; Kus - i-nda elemendi aatommass; - aatomite arv M - molaarmass).

1) Molaarmass

2) Osarõhk nulli lähenduses

3) temperatuur põlemiskambris 1. ligikaudselt:

4) Keemilise tasakaalu konstandid

5) entalpia

6) Standardne entroopia

7) Isobaarne soojusmahtuvus

8) Lahendame süsteeme ja määrame

9) Põlemissaaduste molaarmass; kambri molaarmass:

10) PS entalpia;

11) Võrdlus Ja ; temperatuure sorteeritakse, kuni see muutub

12) Gaasikonstant

13) PS tihedus;

14) Isobaarne soojusmahtuvus PS;

15) Isokoorne soojusmahtuvus (Mayeri valem):

16) Adiabaatiline indeks:

17) Heli kiirus kambris:

18) Erirõhuimpulss (iseloomulik kiirus ):

;
;

19) PS-i koosseis:

20) Komponentide entalpia:

21) Entroopia:

Kütuse põhilised termodünaamilised omadused: kütuse koostis ( ;;;);entroopia.

(Evgrashin: molekulmass; gaasikonstant; adiabaatiline indeks; püssirohu tugevus).

5. Düüsi voolu gaasidünaamiliste parameetrite määramine gaasidünaamiliste funktsioonide abil.

Staatilise voolu parameetrid on seotud pidurdusparameetritega mingite korduvate komplekside abil, mis sõltuvad ki-st, neid komplekse nimetatakse gaasidünaamilisteks kompleksideks: ();();(). (valemid leiate küsimusest nr 32)

, kus T * on kambri temperatuur.

();();() – gaasidünaamilised põhifunktsioonid. Nende eeliseks on see, et nendega on mugav lahendada pöördülesandeid.

- gaasidünaamiliste funktsioonide ühendamine.

P Madalatel kiirustel on peamised gaasidünaamilised funktsioonid 1 lähedal. staatilise voolu parameetrid on peaaegu võrdsed pidurdusparameetritega. Gaasi maksimaalse kiiruse=max korral muutuvad staatilised parameetrid võrdseks nulliga, mis tähendab, et peamised gaasidünaamilised funktsioonid on võrdsed nulliga.

q),y() – tarbimisfunktsioonid.

- mõõtmeteta voo tihedus.

Kriitikus jälgitakse alati maksimaalset voolutihedust.