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.

Spetsiifilist impulssi mõõdetakse sekundites. Keskmise keemiamootoriga raketi eriimpulss võib olla kuni 400-500 s. Seega on süstikumootori eriimpulss 453 s. (Seni keemiareaktiivmootori kõrgeim saavutatud eriimpulss oli 542 s, see mootor kasutas kütusena eksootilist vesiniku, liitiumi ja fluori segu.) Ioonmootori SMART-1 eriimpulss oli 1640 s. Tuumarakettmootorite puhul ulatub see parameeter 850 sekundini.

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

Mootori tüüp (eriimpulss)

Tahkekütus (250)

Vedelik (450)

Iooniline (3000)

Plasma VASIMR (1000–30 000)

Aatomi (800–1000)

Fusioon otsevoog (2500–200 000)

Tuumaimpulss (10 000–1 000 000)

Antiaine kohta (1 000 000–10 000 000)

(Põhimõtteliselt ei kanna laserpuri ja ramjetmootor üldse kütusevaru ja seetõttu ei ole eriimpulss nende jaoks oluline omadus, sellegipoolest on neil konstruktsioonidel oma probleemid.)

Kosmose lift

Üheks tõsiseks takistuseks paljude tähtprojektide elluviimisel on see, et nende tohutute mõõtmete ja kaalu tõttu ei saa laevu Maa peale ehitada. Mõned teadlased teevad ettepaneku koguda neid avakosmosesse, kus tänu kaaluta olemisele saavad astronaudid kergesti tõsta ja liigutada uskumatult raskeid esemeid. Kuid täna osutavad kriitikud õigustatult ruumi kokkupaneku ülikõrgetele kuludele. Näiteks Rahvusvahelise Kosmosejaama täielikuks kokkupanekuks on vaja umbes 50 süstiku starti ja selle maksumus koos nende lendudega läheneb 100 miljardile dollarile Tegemist on ajaloo kõige kallima teadusprojektiga, kuid tähtedevahelise kosmosepurjeka ehitamine või oinalehtriga laev avakosmoses oleks kordades kallim.

Kuid nagu ulmekirjanik Robert Heinlein armastas öelda, et kui suudate tõusta 160 km kõrgusele Maast, olete juba poolel teel päikesesüsteemi mis tahes punkti. Selle põhjuseks on asjaolu, et mis tahes stardi ajal "söövad" esimesed 160 km, mil rakett püüab gravitatsioonisidemetest pääseda, lõviosa kuludest. Pärast seda on laev, võib öelda, juba võimeline jõudma kas Pluutoni või kaugemalegi.

Üks võimalus lendude kulusid tulevikus oluliselt vähendada on kosmoselift ehitamine. Idee nööri otsas taevasse ronida pole uus - võtke näiteks muinasjutt “Jack ja oavars”; muinasjutt on muinasjutt, aga kui nööriots kosmosesse viia, võib see idee ka teoks saada. Sel juhul piisaks Maa pöörlemise tsentrifugaaljõust raskusjõu neutraliseerimiseks ja köis ei kukuks kunagi maapinnale. Ta tõuseks võluväel vertikaalselt ja kaoks pilvedesse.

(Kujutage ette palli, mida keerutate nööril. Gravitatsioon ei paista palli mõjutavat; tõsiasi on see, et tsentrifugaaljõud lükkab selle pöörlemiskeskmest eemale. Samamoodi võib rippuda väga pikk köis õhus Maa pöörlemise tõttu.) Ei ole vaja köit kinni hoida, piisab Maa pöörlemisest. Teoreetiliselt võiks inimene sellisele köiele ronida ja otse kosmosesse tõusta. Mõnikord palume füüsikatudengitel sellise nööri pinge välja arvutada. On lihtne näidata, et isegi terastross ei talu sellist pinget; Seetõttu arvati pikka aega, et kosmoselift ei ole võimalik.

Esimene teadlane, kes kosmoselifti probleemi vastu tõsiselt huvi tundis, oli vene teadlane-visionäär Konstantin Tsiolkovski. 1895. aastal kujutas ta Eiffeli tornist inspireerituna ette torni, mis tõuseks otse avakosmosesse ja ühendaks Maa kosmoses hõljuva "tähelossiga". See pidi olema ehitatud alt üles, alustades Maast, kust insenerid ehitavad aeglaselt kosmoselifti taevasse.

1957. aastal pakkus vene teadlane Juri Artsutanov välja uue lahenduse: ehitada kosmoselift vastupidises järjekorras, ülalt alla, alustades kosmosest. Autor kujutas satelliiti ette geostatsionaarsel orbiidil Maast 36 000 km kaugusel – Maa pealt näiks see liikumatuna; sellelt satelliidilt tehti ettepanek langetada kaabel Maale ja seejärel kinnitada see madalaimas punktis. Probleem on selles, et kosmoselifti kaabel peaks taluma umbes 60-100 GPa pinget. Teras puruneb umbes 2 GPa pinge juures, mis nurjub idee eesmärgi.

Laiemale publikule tutvustati kosmoselifti ideed hiljem; 1979. aastal ilmus Arthur C. Clarke'i romaan "Paradiisi purskkaevud" ja 1982. aastal Robert Heinleini romaan "Reede". Kuid kui areng selles suunas takerdus, unustati see.

Olukord muutus dramaatiliselt, kui keemikud leiutasid süsiniknanotorud. Huvi nende vastu kasvas järsult pärast seda, kui 1991. aastal avaldati Sumio Iijima töö firmast Nippon Electric. (Peab ütlema, et süsiniknanotorude olemasolu on teada juba 1950. aastatest, kuid neile ei pööratud pikka aega tähelepanu.) Nanotorud on palju tugevamad, kuid samas palju kergemad kui teraskaablid. Rangelt võttes ületab nende tugevus isegi kosmoselifti jaoks vajaliku taseme. Teadlaste sõnul peaks süsinik-nanotorukiud taluma 120 GPa survet, mis on märgatavalt kõrgem nõutavast miinimumist. Pärast seda avastust jätkusid katsed luua kosmoselifti uue jõuga.

1999. aastal avaldati NASA suur uuring; see nägi ette umbes ühe meetri laiuse ja umbes 47 000 km pikkuse lindi kujulist kosmoseliftit, mis oleks võimeline toimetama Maa ümber orbiidile umbes 15 tonni kaaluva koorma kosmosereisid. Kauba orbiidile toimetamise kulud väheneksid kohe 10 000 korda; Sellist muutust ei saa nimetada muuks kui revolutsiooniliseks.

Praegu maksab ühe naela kauba toimetamine madalale Maa orbiidile vähemalt 10 000 dollarit. Seega langeks iga süstiklend umbes 700 miljonit dollarit. Kosmoseprogrammi kulude selline radikaalne vähendamine võib täielikult muuta seda, kuidas me kosmosereisidest mõtleme. Lihtsa nupuvajutusega saate käivitada lifti ja tõusta kosmosesse sama hinnaga kui näiteks lennupilet.

Kuid enne, kui ehitame kosmoselifti, mis võib meid kergesti taevasse viia, peame ületama väga tõsised takistused. Praegu ei ületa laboris toodetud pikima süsiniknanotorukiu pikkus 15 mm. Kosmoselifti jaoks oleks vaja tuhandete kilomeetrite pikkuseid nanotorukaableid. Teaduslikust seisukohast on see muidugi puhtalt tehniline probleem, kuid see tuleb lahendada ning see võib olla kangekaelne ja raske. Sellegipoolest on paljud teadlased veendunud, et süsinik-nanotorudest pikkade kaablite tootmise tehnoloogia omandamiseks kulub meil mitu aastakümmet.

Teine probleem seisneb selles, et süsinik-nanotorude struktuuri mikroskoopiliste häirete tõttu võib pikkade kaablite saamine olla üldse problemaatiline. Nicola Pugno Politecnico di Torinist hindab, et kui süsiniknanotorus on vaid üks aatom paigast ära, võib toru tugevus kohe väheneda 30%. Üldiselt võivad defektid aatomitasandil röövida nanotoru kaabli 70% selle tugevusest; sel juhul on lubatud koormus väiksem kui minimaalsed gigapaskalid, ilma milleta pole kosmoselifti võimalik ehitada.

Püüdes õhutada erahuvi kosmoselifti arendamise vastu, on NASA välja kuulutanud kaks eraldi konkurssi. (Eeskujuks on võetud Ansari X-Prize’i konkurss 10 miljoni dollari suuruse auhinnaga. Konkurss äratas edukalt ettevõtlike investorite huvi luua kommertsrakette, mis suudaksid tõsta reisijaid päris kosmose servale; väljakuulutatud auhind saadi kätte aastal. 2004 kosmoselaeva SpaceShipOne poolt.) NASA võistlusi nimetatakse Beam Power Challenge ja Tether Challenge.

Esimese võitmiseks peab teadlaste meeskond looma mehaanilise seadme, mis suudab tõsta vähemalt 25 kg kaaluvat koormat (koos oma raskusega) mööda trossi (mis on riputatud näiteks kraana noole külge) kiirusega 1 m. /s 50 m kõrgusele Ülesanne võib tunduda lihtne, kuid probleem on selles, et see seade ei vaja kütust, akusid ega elektrikaablit. Selle asemel peavad robottõstukit toiteallikaks olema päikesepaneelid, päikesereflektorid, laserid või mikrolainekiirgus ehk need energiaallikad, mida on mugav kosmoses kasutada.

The Thether Challenge'i võitmiseks peab võistkond esitama kahemeetrised nööritükid, millest igaüks ei kaalu rohkem kui kaks grammi; Pealegi peab selline kaabel vastu pidama 50% suuremale koormusele kui eelmise aasta parim näide. Selle võistluse eesmärk on ergutada teadusuuringuid ülikergete materjalide väljatöötamiseks, mis on piisavalt tugevad, et neid 100 000 km kaugusele kosmosesse venitada. Võitjad saavad auhinnaks 150 000, 40 000 ja 10 000 dollarit (väljakutse esiletõstmiseks ei antud auhinda kellelegi 2005. aastal, võistluse esimesel aastal.)

Muidugi võib tööruumi lift ruumiprogrammi dramaatiliselt muuta, kuid sellel on ka omad puudused. Seega nihkub madalal Maa orbiidil olevate satelliitide trajektoor Maa suhtes pidevalt (sest Maa pöörleb nende all). See tähendab, et aja jooksul võib ükskõik milline satelliitidest kokku põrgata kosmoseliftiga kiirusega 8 km/s; sellest piisab kaabli katkestamiseks. Sarnase katastroofi ärahoidmiseks on vaja kas igale satelliidile paigutada väikesed raketid, mis võimaldaksid tal liftist mööda minna, või varustada side ise väikeste rakettidega, et see saaks satelliitide teelt välja liikuda. .

Lisaks võivad probleemiks saada kokkupõrked mikrometeoriitidega – kosmoselift tõuseb ju Maa atmosfäärist kaugele kaugemale, mis enamasti kaitseb meid meteooride eest. Kuna selliseid kokkupõrkeid ei saa ette ennustada, tuleb kosmoselift varustada lisakaitse ja võib-olla isegi tõrkekindlate varusüsteemidega. Probleeme võivad tekitada ka sellised atmosfäärinähtused nagu orkaanid, tõusulained ja tormid.

Gravitatsiooni manööver

Objekti kiirendamiseks valguse kiirusele lähedase kiiruseni on veel üks viis - kasutades "tropiefekti". Kui NASA saadab kosmosesonde teistele planeetidele, sunnib NASA neid mõnikord manööverdama ümber naaberplaneedi, et kasutada ära "tropiefekti" seadme edasiseks kiirendamiseks. Nii säästab NASA väärtuslikku raketikütust. Nii õnnestus Voyager 2-l lennata Neptuunile, mille orbiit asub Päikesesüsteemi päris serval.

Princetoni füüsik Freeman Dyson on esitanud huvitava ettepaneku. Kui kunagi kauges tulevikus õnnestub inimkonnal avastada kosmosest kaks neutrontähte, mis suurel kiirusel tiirlevad ümber ühise keskpunkti, siis ühele neist tähtedest väga lähedal lendav maise laev võib gravitatsioonimanöövri toimel saavutada kiirusega võrdse kiiruse. peaaegu kolmandikuni valguse kiirusest. Selle tulemusena kiirendaks laev gravitatsiooni mõjul valguselähedase kiiruseni. Teoreetiliselt võib see juhtuda.

Teised teadlased soovitavad kasutada selleks meie enda valgustit. Seda meetodit kasutas näiteks tähelaeva Enterprise meeskond filmis Star Trek IV: The Voyage Home. Pärast klingoni laeva kaaperdamist saatis Enterprise'i meeskond selle mööda Päikese lähedal asuvat trajektoori, et murda läbi valgustõkke ja naasta ajas tagasi. Filmis "When Worlds Collide" ähvardab Maad asteroidi kokkupõrge. Et pääseda hukule määratud planeedilt, ehitavad teadlased hiiglasliku ehitise nagu rullnokk. Mäest alla liikudes kogub rakettlaev tohutu kiiruse, seejärel pöörab põhjas väikese raadiusega – ja edasi kosmosesse.

Kuid tegelikult ei tööta ükski neist gravitatsiooni kiirendamise meetoditest. (Energia jäävuse seadus ütleb, et rulluisusel liikuv käru, mis kiirendab laskumisel ja aeglustab tõusul, jõuab tipus täpselt sama kiirusega nagu päris alguses – energia tõusu ei toimu. Aastal samamoodi, pöörates ümber paigalseisva Päikese , jõuame täpselt samale kiirusele, millega manöövrit alustasime.) Dysoni meetod kahe neutrontähega võiks põhimõtteliselt toimida, kuid ainult seetõttu, et neutrontähed liiguvad kiiresti. Gravitatsioonimanöövrit kasutav kosmoselaev saab planeedi või tähe liikumise tõttu energia tõusu. Kui nad on liikumatud, ei tee selline manööver midagi.

Ja Dysoni ettepanek, kuigi see võib toimida, ei aita tänapäeva Maa teadlasi mitte midagi – kiiresti pöörlevate neutrontähtede külastamiseks on ju vaja kõigepealt ehitada tähelaev.

Püssist taevasse

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 seisneb raketi kütuse või püssirohu asemel elektromagnetismi energias, et kiirendada raketi 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 tavaline rööpakahur võimeline tulistama metallmürsku kiirusega 8 km/s; sellest piisab, et viia see madalale maakera orbiidile. Põhimõtteliselt võiks kogu NASA raketipargi asendada raudteerelvadega, mis tulistaksid 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, saab 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.

Üks rakettmootori efektiivsuse põhinäitajaid on spetsiifiline tõukejõud, või spetsiifiline impulss. Need sünonüümsed terminid tähendavad sama asja, kuid erinevas sõnastuses.

Spetsiifiline tõukejõud on mootori tõukejõud jagatud töövedeliku kaalukuluga

kus teine ​​voolukiirus võetakse loomulikult Maa pinnale antud tingimustes.

Spetsiifilise impulsina mõistetakse impulssi, mille mootor tekitab ühe kilogrammi äravisatud töövedeliku massi kohta. Eritõukejõu ja eriimpulsi erinevus seisneb ainult selles, et esimest mõõdetakse tollides ja teist tollides. Nii suuruses kui ka mõõtmetes ei muutu midagi. Konkreetset tõukejõudu ja eriimpulssi mõõdetakse sekundites ning terminoloogilist järgimist määravad ainult väljakujunenud traditsioonid. Mõnes rühmas kasutavad nad harjumusest üht, teises teist terminit. Vestlussuhtluses eiratakse tavaliselt ühikut "sekund" ja asendatakse sõnaga "ühik". Näiteks võite kuulda: "Mootor annab 315 ühikut eritõukejõudu..." või - "See võimaldab teil suurendada konkreetset impulssi kolme ühiku võrra...". Avaldise (1.5) järgi

Nagu näeme, määrab spetsiifilise tõukejõu peamiselt väljalaskekiirus W a, mis ei sõltu ainult kütuse omadustest, vaid ka mootori konstruktsiooniomadustest. Sõltuvalt mootori konstruktsioonist muutuvad kütuse põlemistingimused ja põlemisproduktide vool. Igat tüüpi rakettmootorite puhul kulub massikulu mootori sisemistele vajadustele, nagu öeldakse, teeninduseesmärkidel. Näiteks vesinikperoksiidi lagunemissaaduste tarbimine turbiini tööks ja surugaasi tarbimine konteineritest õhutamisel. Loomulikult tuleb eritõukejõu arvutamisel see vajalik, kuid ebaproduktiivne massikulu summeerida põhijõuga, mis mõnevõrra vähendab konkreetse tõukejõu väärtust.

Mida suurem on spetsiifiline tõukejõud, seda arenenum on mootor ja iga täiendav spetsiifilise tõukejõu ühik on kõrgelt hinnatud, eriti kosmoserakettide põhijõusüsteemide puhul.

Konkreetne tõukejõud sõltub lennukõrgusest. Seetõttu, kui nad tahavad mootori efektiivsust iseloomustada, kutsuvad nad seda tavaliselt tühi spetsiifiline tõukejõud

Kus W e- efektiivne väljalaskekiirus sisse m/sek.

Kaasaegsete rakettmootorite tühjuse spetsiifilise tõukejõu väärtus kõigi olemasolevate keemiliste raketikütuste tüüpide puhul jääb vahemikku 250–460 ühikut.

Riiklik standard (GOST 17655-72, Liquid rakettmootorid. Terminid ja määratlused) on nüüd võtnud vedela rakettmootori jaoks kasutusele veel ühe parameetri, mis iseloomustab efektiivsust, nimelt vedelkütuse rakettmootori spetsiifiline tõukejõu impulss- Jy. See erineb spetsiifilisest impulsist selle poolest, et tõukejõud ei viita mitte kaalule, vaid massivoolule sekundis

ja seda ei mõõdeta sekundis ja n s/kg, st sisse Prl. Vedelkütusega rakettmootori spetsiifiline tõukejõu impulss on juba tuttav efektiivne heitgaasikiirus, mille kasutamine laieneb nüüd lennu atmosfääriosale. Raketimootori spetsiifiline tõukejõu impulss on seotud konkreetse tõukejõuga ilmse seosega:

ja arvuliselt:

Mõiste paljusõnalisus kutsub esile selle lühendi ja rakettmootori spetsiifilist tõukejõu impulssi nimetatakse sageli spetsiifiliseks impulsiks, mis toob kaasa semantilise moonutuse. Küll aga aitab kümnekordne numbriline erinevus. Kui keemilise kütuse mootori tehnilises dokumentatsioonis on konkreetne impulss näidatud sadades ühikutes, siis me räägime tegelikult konkreetsest impulsist, mida mõõdetakse sek; kui see on tuhandetes, pole kahtlust, et see on rakettmootori spetsiifiline tõukeimpulss, mida väljendatakse Prl.

Spetsiifiline impulss

Spetsiifiline impulss või spetsiifiline tõukejõud(Inglise) spetsiifiline impulss) on rakettmootori efektiivsuse näitaja. Mõnikord kasutatakse mõlemat terminit vaheldumisi, mis tähendab, 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) heitgaasikiirus.

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 mootori parameeter, 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.

• 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. Valemi järeldus koridori põrandal tuletab täpselt selle valemi

Vaata ka

Märkmed

Wikimedia sihtasutus. 2010. aasta.

• Perpendikulaarsus
• Ermolino

Vaadake, mis on "spetsiifiline impulss" teistes sõnaraamatutes:

Spetsiifiline impulss- rakettmootor, rakettmootori efektiivsuse näitaja; identne konkreetse tõukejõuga (vt Spetsiaalne tõukejõud) ... Suur Nõukogude entsüklopeedia

vedelkütuse rakettmootori spetsiifiline tõukejõu impulss (vedelkütuse rakettmootori kambrid)- mootori eriimpulss (kamber) Raketimootori tõukejõu (rakettmootori kamber) ja rakettmootori kütuse massikulu suhe (rakettmootori kamber). Märkused 1. Rakettimootori (LPRE kamber) eritõukeimpulssi mõõdetakse vaakumis ja maapinnal. 2. Raketimootori (LPRE kamber) eritõukejõu impulss on võrdne ...

Spetsiifiline tõukejõu impulss- rakettmootor, rakettmootori eriimpulss, rakettmootori tõukejõu suhe töövedeliku teise massivoolukiirusesse (tõukejõu impulsi tuletis tarbitud massist antud ajavahemikus). Väljendatuna N(·)s/kg ​​= m/s... Tehnoloogia entsüklopeedia- mootori (kambri) mahuline eriimpulss Raketimootori (rakettmootori kamber) tõukejõu ja rakettmootori (rakettmootori kambri) mahulise kütusekulu suhe. Märkus Vedela raketikütuse mootori (LPRE kamber) mahuline eriimpulss on samuti võrdne vedela raketikütuse mootori (LPRE kamber) tõukejõu impulsi tuletisega ... ... Tehniline tõlkija juhend

Impulss (väärtused)- Impulss (lat. impulss blow, push, impulss): Vikisõnaraamatus on artikkel "impulss" ... Wikipedia

Plahvatusimpulss- (a. plahvatusimpulss, lööklaine; n. Explosionsimpuls; f. impulss explosive; i. impulso de la explosion) dünaamikat iseloomustav suurus. plahvatuse mõju, mis on arvuliselt võrdne plahvatusproduktide ülerõhu korrutisega ... ... Geoloogiline entsüklopeedia

RAKETI MOOTORI IMPULS- põhiline rakettmootori omadused. Kokku (täis) I. r. d toode vt. tööaja tõukejõu väärtused Ns. Udelny I. r. d. tõukejõu ja töövedeliku teise massivoolu kiiruse suhe N*s/kg = m/s; mootori projekteeritud töörežiimil ... ... Suur entsüklopeediline polütehniline sõnaraamat

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 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) heitgaasikiirus.

Spetsiifiline tõukejõud- reaktiivmootorile iseloomulik, võrdne selle tekitatava tõukejõu suhtega massilise kütusekuluga. Seda mõõdetakse meetrites sekundis (m/s = N s/kg = kgf s/st. m) ja see tähendab, mitu sekundit suudab antud 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]

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 efektiivsust. 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.

• 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. Valemi järeldus koridori põrandal tuletab täpselt selle valemi.

Vaata ka

Kirjutage ülevaade artiklist "Konkreetne impulss"

Märkmed

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

Rakettmootorid on üks tehnoloogilise arengu tippe. Piiril töötavad materjalid, sajad atmosfäärid, tuhanded kraadid ja sadu tonne tõukejõud - see ei saa muud kui hämmastada. Kuid erinevaid mootoreid on palju, millised on parimad? Kelle insenerid tõusevad poodiumile, selgitades kaotajatele alandlikult, et nad kaotasid inimeste metsluse, kohutava ajaloo ja oma riigi kohutava poliitilise režiimi tõttu? Lõpuks on kätte jõudnud aeg sellele küsimusele ausalt vastata.

Kahjuks ei saa te seda vaadates öelda, kui suurepärane mootor on. Peame süvenema iga mootori omaduste igavatesse numbritesse. Kuid neid on palju, millise peaksite valima?

Võimsam

Vaatamata kogu oma võimsusele ei saa tahkekütuse süütevõimendeid nimetada tehnilise progressi sümboliks, sest konstruktsiooniliselt on need lihtsalt terasest (või komposiitballoonist, aga see ei oma tähtsust) kütusega. Teiseks surid need võimendid välja koos süstikuga 2011. aastal, mis õõnestab muljet nende edust. Jah, need, kes jälgivad uudiseid Ameerika uue üliraske raketi SLS kohta, ütlevad mulle, et selle jaoks töötatakse välja uued tahkekütuse võimendid, mille tõukejõud on juba 1600 tonni, kuid esiteks see rakett ei lenda niipea , mitte varem kui 2018 aasta lõpus . Ja teiseks kontseptsioon “võtame kütusega rohkem segmente, et tõukejõud oleks veel suurem” on soovi korral mahukas arengutee, saab veel rohkem segmente panna ja veel suurema tõukejõu, piir pole veel saavutatud ja on märkamatu, et see tee viis tehnilise tipptasemeni.

Teist kohta tõukejõu osas hoiab kodumaine vedelmootor RD-171M - 793 tonni.

Neli põlemiskambrit on üks mootor. Ja mees mastaabi jaoks

Näib, et siin ta on, meie kangelane. Aga kui see on parim mootor, siis kus on selle edu? Olgu, Energia rakett hukkus lagunenud Nõukogude Liidu rusude all ja Zeniti lõpetas Venemaa ja Ukraina suhete poliitika. Aga miks ei osta USA meilt seda imelist mootorit, vaid poole väiksemat RD-180? Miks toodab RD-180, mis sai alguse RD-170 "poolena", nüüd rohkem kui poole RD-170 tõukejõust - koguni 416 tonni? Kummaline. Ebaselge.

Tõukejõu poolest kolmandal ja neljandal kohal on rakettide mootorid, mis enam ei lenda. Millegipärast ei aidanud Titan IV peal seisnud tahkekütusel UA1207 (714 tonni) ja Kuuprogrammi tähel F-1 mootoril (679 tonni) tänaseni püsida silmapaistvad võimsusnäitajad. Võib-olla on mõni muu parameeter olulisem?

Tõhusam

Spetsiifiline impulss näitab, mitu sekundit suudab mootor ühe kilogrammi kütuse peale arendada 1 njuutoni tõukejõudu

Tõukejõu rekordiomanikud on parimal juhul nimekirja keskel, kui sorteerida konkreetse impulsi järgi, ja tahkete raketivõimenditega F-1-d satuvad sügavale sabas. Tundub, et see on kõige olulisem omadus. Aga vaatame nimekirja liidreid. Näitajaga 9620 sekundit on esikohal vähetuntud elektrimootor HiPEP.

See pole mikrolaineahju tuli, vaid tõeline rakettmootor. Tõsi, mikrolaineahi on ikka väga kauge sugulane...

HiPEP mootor töötati välja suletud sondiprojekti jaoks Jupiteri kuude uurimiseks ja töö sellega peatati 2005. aastal. Testimise käigus arendas prototüüpmootor NASA ametliku raporti kohaselt spetsiifilise impulsi 9620 sekundit, kulutades 40 kW energiat.

Teisel ja kolmandal kohal on veel lendamata elektrireaktiivmootorid VASIMR (5000 sekundit) ja NEXT (4100 sekundit), mis näitasid oma omadusi katsestendil. Ja kosmosesse lennanud mootorite (näiteks Fakeli disainibüroo kodumaiste SPD-mootorite seeria) jõudlusnäitajad on kuni 3000 sekundit.

SPD seeria mootorid. Kes ütles "lahedad taustvalgustusega kõlarid"?

Miks pole need mootorid veel kõiki teisi välja tõrjunud? Vastus on lihtne, kui vaatame nende teisi parameetreid. Elektriliste reaktiivmootorite tõukejõudu mõõdetakse paraku grammides ja need ei saa atmosfääris üldse töötada. Seetõttu ei ole selliste mootorite abil võimalik üliefektiivset kanderaketti kokku panna. Ja kosmoses vajavad nad kilovatti energiat, mida kõik satelliidid ei saa endale lubada. Seetõttu kasutatakse elektrilisi tõukemootoreid peamiselt ainult planeetidevahelistel jaamadel ja geostatsionaarsetel sidesatelliitidel.

Olgu, okei, lugeja ütleb: loobugem elektrilistest reaktiivmootoritest. Kellele jääb keemiamootorite spetsiifilise impulsi rekord?

Näitajaga 462 sekundit on keemiamootorite seas liidrid kodumaine KVD1 ja Ameerika RL-10. Ja kuigi KVD1 on India GSLV raketi osana lennanud vaid kuus korda, on RL-10 edukas ja lugupeetud ülemise astme ja ülemise astme mootor, mis on aastaid hästi toiminud. Teoreetiliselt on sellistest mootoritest võimalik ka kanderakett täielikult kokku panna, kuid ühe 11-tonnise mootori tõukejõud tähendab, et esimesele ja teisele astmele tuleb neid paigaldada kümneid ja keegi ei taha seda teha. see.

Kas on võimalik kombineerida suurt tõukejõudu ja suurt eriimpulssi? Keemiamootorid on jooksnud meie maailma seadustele (no vesinik ja hapnik ei põle mingi kindla impulsiga kui ~460, füüsika keelab). Tuumamootorite jaoks oli projekte (,), kuid see pole veel projektidest kaugemale jõudnud. Kuid üldiselt, kui inimkond suudab kombineerida suure tõukejõu suure spetsiifilise impulsiga, muudab see ruumi ligipääsetavamaks. Kas on muid näitajaid, mille järgi saab mootorit hinnata?

Intensiivsem

Põlemiskamber RD-180 muuseumis. Pöörake tähelepanu põlemiskambri katet hoidvate naastude arvule ja nendevahelisele kaugusele. Näete selgelt, kui raske on tagasi hoida neid, kes üritavad kaane pealt ära rebida 258 atmosfääri rõhu all.

Neljanda koha saab Nõukogude RD-0120 (216 atm), mis hoiab vesinik-hapniku mootorite seas liidrikohta ja lendas kaks korda Energia kanderakett. Viiendal kohal on ka meie mootor - RD-264 asümmeetrilisel dimetüülhüdrasiin/lämmastiktetroksiid kütusepaaril kanderaketil Dnepr, mis töötab rõhul 207 atm. Ja alles kuuendal kohal on kahesaja kolme atmosfääriga Ameerika kosmosesüstiku RS-25 mootor.

Usaldusväärsem

Suur foto lingil

Tõsi on ka vastupidine – populaarseks saab mootor, millel ei ole silmapaistvaid tõukejõu ega spetsiifilisi impulsi väärtusi, kuid mis on töökindel. Mida pikem on mootori kasutamise ajalugu, seda suurem on statistika ja seda rohkem õnnestus neil juba juhtunud õnnetustest vigu tabada. Sojuzi mootorid RD-107/108 pärinevad nendest mootoritest, mis käivitasid esimese satelliidi ja Gagarini, ning vaatamata moderniseerimisele on neil tänapäeval üsna madalad parameetrid. Kuid kõrgeim usaldusväärsus korvab selle suuresti.

Kättesaadavam

Merlin-1D mootor. Gaasigeneraatori heitgaas on nagu Atlasel kuuskümmend aastat tagasi, kuid see on ligipääsetav

TWR

Hind

Järeldus

Parim rakettmootor on see mida saate toota/osta, samas kui tal on tõukejõud soovitud vahemikus(mitte liiga suur ega väike) ja on sama tõhus ( eriimpulss, põlemiskambri rõhk) mis on tema hind ei muutu sinu jaoks liiga raskeks.

Ja kokkuvõtteks väike hitt-paraad mootoritest, mida ma isiklikult parimaks pean:

RD-170/180/190 perekond. Kui olete Venemaalt või saate osta vene mootoreid ja vajate esimeseks etapiks võimsaid mootoreid, siis RD-170/180/190 perekond oleks suurepärane valik. Tõhusad, suure jõudluse ja suurepärase töökindluse statistikaga on need mootorid tehnoloogilise arengu esirinnas.

Be-3 ja RocketMotorTwo. Suborbitaalturismiga tegelevate erafirmade mootorid jäävad kosmosesse vaid mõneks minutiks, kuid see ei takista imetlemast kasutatavate tehniliste lahenduste ilu. Suhteliselt väikese meeskonna poolt välja töötatud vesinikmootor BE-3, taaskäivitav ja gaasistatav laias vahemikus, tõukejõuga kuni 50 tonni ja originaalse avatud faasimuutuse disainiga, on lahe. Mis puutub RocketMotorTwosse, siis kogu oma skeptitsismiga Bransoni ja SpaceShipTwo suhtes ei saa ma jätta imetlemata tahke kütuse ja gaasilise oksüdeerijaga hübriidmootori disaini ilu ja lihtsust.

F-1 ja J-2 1960. aastatel olid need oma klassi võimsaimad mootorid. Ja ei saa jätta armastamata mootoreid, mis andsid meile sellise ilu:

RD-107/108. Paradoksaalne? Madalad parameetrid? Ainult 90 tonni tõukejõudu? 60 atmosfääri kambris? Turbopumba ajam vesinikperoksiidist, mis on 70 aastat vananenud? See kõik ei oma tähtsust, kui mootoril on kõrgeim töökindlus ja maksumus on lähedal