로켓 과학 101: 의 폭정으로 로켓 식

우주의 법률의 적용을 받는 물리학은 변경할 수 없습니다. 이와 같이,우리가 로켓으로 할 수있는 것과 우리가 그들을 만드는 방법에는 어려운 한계가 있습니다. 로켓의 작업은 로켓 과학자 Konstantin Tsiolkovsky 의 이름을 딴 Tsiolkovsky 로켓 방정식에 의해 규율됩니다. 이 기사는 로켓 과학과 그 의미를 지배하는 변수에 대한 기본적인 소개 역할을하기로되어 있습니다. 이와 같이 일부 일반화가 이루어질 것입니다.나는 이것이 내가 할 수있는 일이 아니라는 것을 알고 있지만,내가 할 수있는 일은 내가 할 수있는 일이 아니라는 것을 깨닫는 것입니다. 소스: John Kraus Photos

우리가 로켓 방정식에 도착하기 전에,통치하는 선수들을 살펴 봅시다. 두 가지 주는 것에 영향을 미치는 로켓의 여행을 외부 공간:Delta-vExhaust velocitydelta-v로 표현됩니다.

delta-vdelta-v는 목적지에 도달하는 데 필요한 에너지를 정의합니다.

대략적인delta-v에 도달하는 데 필요한 서로 다른 목적에서 태양계(계산을 사용하여 vis-비바 방정식)다음과 같습니다:

1. Earth’s surface to Low Earth Orbit (LEO) = 9.3 km/s (at 250 km)2. LEO to Low Lunar Orbit (LLO) = 4 km/s3. LEO to surface of the Moon = 5.9 km/s4. LEO to Mars Transfer Orbit = 4 km/s5. LEO to the surface of Mars = 10.4 km/s

몇 가지 흥미로운 것은 여기까지:

• 그것은 두 배 이상delta-v에 도달하는 낮은 지구 궤도(레오)에서는 지구의 표면상 그것은 도달하는 낮은 달의 궤도(LLO)에서 레오.
• 레오와 달 사이의 모든 목적지는 지구 표면에서 레오에 도달하는 데 필요한 일부분에 불과합니다.
• 레오에 대한 지구의 표면 또한 레오에서 화성 표면까지 필요한 것과 거의 같습니다.

이것은 놀라운 것을 의미는 첫 번째 장벽을 공간(지구의 표면을 LEO)보다 훨씬 높 후속 것들입니다. 그것은 지구의 중력의 크기 때문에 너무 높습니다.

이 거대한 도약을 위한 인류에 따라에 스테핑 달러 달성을 지구 궤도!

배기 속도

사용할 수 있는 에너지의 형식에서 추진 시스템은 종종으로 표현Exhaust velocitydelta-v를 달성하는 데 사용됩니다.

로켓 추진 시스템은 다양하게 제공됩니다. 대부분의 로켓 엔진은 화학 추진제를 사용합니다. 화학 요소는 반응력(다양한 조건에서)들이 선택한 추진력으로 그들은 고 배출 속도를 얻을 수 있습니다. 추진체의 상이한 조합은 상이한 에너지 효율로 인해 상이한 배기 속도를 제공한다.

둘 다delta-vExhaust velocity는 더 쉬운 비교를 위해 동일한 단위(km/s)로 표현됩니다. 다음은 현재 사용중인 주요 화학 추진 시스템과 평균 배기 속도입니다.

1. Solid propellant = 3 km/s
(E.g. The Space Shuttle)2. Kerosene-Oxygen = 3.1 km/s
(E.g. Falcon, Soyuz, Long March 6, Saturn V)3. Hypergols (propellants that ignite on contact) = 3.2 km/s
(E.g. PSLV, Proton)4. Hydrogen-Oxygen = 3.4 km/s
(E.g. Ariane 5, Delta IV)

Specific impulse defines how effectively a rocket uses propellant. A propulsion system with a higher specific impulse is more efficient and therefore less propellant mass is needed for a given delta-v.

Note: Higher specific impulse or exhaust velocity alone isn't enough to get something out of an object's gravitational well. The amount of thrust generated by the engine should be high too, which is why the low-thrust ion engines (despite having high specific impulse) can't get rockets out of Earth's gravity.

specific impulseexhaust velocityMass ratio라는 세 번째 요소로 이어집니다.

질량 비

Mass ratio은 총이 로켓을 위해 지정된 대상으로 나누어 드라이 로켓 질량(i.추진체가없는 전자). 질량 비율이 높을수록 필요한 추진체의 양이 로켓의 나머지 부분보다 엄청나게 많다는 것을 의미합니다. 이것은 우리에게 무엇인가로 알려진 유명 로켓 방정식 제약 조건이 얼마나중할 수있는 로켓을 수행하여 주어진 곳입니다.

로켓 식

로 방정식에 관한 세 가지 수량은 위에서 설명한다:

mass ratio = e ^ (delta-v/exhaust velocity),where 'e' is the mathematical constant equal to ~2.72

있는 복잡한 결과 로켓의 방정식한 것인지 분명하지 않을 수 있습니다. 질량비는delta-vexhaust velocity(delta-v/exhaust velocity)mass ratio와 비교합니다.

주어진 대상에 대해 두 가지 시나리오가 있습니다:

1. If delta-v <= exhaust velocity, the mass ratio is low and large payloads are thus possible.2. If delta-v > exhaust velocity, the mass ratio exponentially increases and only tiny payloads are allowed. Most of the ship will be propellant mass.

mass ratio(delta-v/exhaust velocity)값 3 의 경우 필요한 질량비는 무려 20 입니다! 즉,로켓은 로켓의 질량의 나머지 부분보다 20 배 더 많은 연료를 운반 할 것입니다! 천천히 지구의 중력 영향에서 벗어나기가 점점 더 어려워집니다.

이 지역 주변에서 우리는 단지 추진체로서 80-90%이상을 갖는 로켓으로 끝납니다. 우주 비행사를 달에 올려 놓은 강력한 토성 V 조차도 85%의 추진체와 15%의 로켓이었습니다. 더 적은 비율은 유사하게 관련된 페이로드 질량입니다.기본적으로 공간에 물건을 던지는 것은 정말 비싸고 비효율적입니다.

의 폭정으로 로켓 식

경우 반경의 지구가 더 큰(~9700km),delta-v요구 사항이 매우 높고 질량 분 것 엄청납니다. 으로 인해 실질적인 한계 엔지니어링,심지어 가장 활기찬 화학제품 발사 화약(수소-산소)되지 않을 것을 만들 수 있 로켓은 공간에 도달. 우리가 지금 가지고있는 유형의 우주 프로그램,즉 화학 추진제를 사용하는 우주 프로그램은 없을 것입니다. 이 문제를 해결할 수있는 유일한 방법은 화학 추진(예:핵 추진)을 넘어서는 것입니다. 지구가 충분히 크지 않다는 것이 좋은 것 같아요!

지구가 50%더 크다면 지금 가지고있는 유형의 우주 프로그램이 없을 것입니다.

달

그러나도 있습니다,우리의 의미에 대한 제한 방법으로 로켓을 작동합니다. 기 때문에 지구 중력의 당기는 여전히 큰 충분히는 우리의 화학 로켓 추진제가 될 수 없이 많이 더 효율적으로 달 흥미로운 장소입니다.

할 수 있는 추출한 원료의 문구가 그들을 자유롭게 하는 것이 우리의 필요를 끌어 모든 공간은 지구에서의 대형 중력의 당깁니다. 달이 훨씬 낮은delta-v요구 사항을 이동하는 다양한 목적지에서 태양광 시스템을 결 로켓의 방정식에서 우리의 찬성입니다. 우리는 아래에 링크 된 것과 같은 기사를 가지고 있습니다.