ضربه خاص و راندمان موتور. رانش خاص یا ضربه خاص نیروی رانش موتور موشک در اندازه گیری می شود

وقتی صحبت از مقایسه کارایی انواع مختلف موتورها می شود، مهندسان معمولاً در مورد ضربه خاص صحبت می کنند. ضربه خاص به عنوان تغییر در ضربه در واحد جرم سوخت مصرف شده تعریف می شود. بنابراین، هرچه موتور کارآمدتر باشد، سوخت کمتری برای پرتاب موشک به فضا مورد نیاز است. ضربه، به نوبه خود، نتیجه عمل یک نیرو در یک زمان معین است. راکت های شیمیایی، اگرچه بسیار قدرتمند هستند، اما تنها برای چند دقیقه کار می کنند و بنابراین دارای ضربه ویژه بسیار پایینی هستند. موتورهای یونی که قادر به کارکردن برای سال ها هستند، می توانند دارای ضربه مخصوص بالا با رانش بسیار کم باشند.

تکانه خاص در ثانیه اندازه گیری می شود. یک موشک متوسط ​​با موتور شیمیایی می تواند ضربه خاصی بین 400-500 ثانیه داشته باشد. بنابراین، ضربه خاص موتور شاتل 453 ثانیه است. (بالاترین تکانه ویژه ای که تاکنون برای یک موتور جت شیمیایی به دست آمده، 542 ثانیه بود؛ این موتور از مخلوط عجیبی از هیدروژن، لیتیوم و فلوئور به عنوان سوخت استفاده می کرد.) موتور یونی SMART-1 دارای یک ضربه خاص 1640 ثانیه بود. برای موتورهای موشک هسته ای این پارامتر به 850 ثانیه می رسد.

موشکی که قادر به رسیدن به سرعت نور باشد، دارای بالاترین ضربه خاص ممکن است. تکانه های خاص آن حدود 30 میلیون خواهد بود.

نوع موتور (تکانه خاص)

سوخت جامد (250)

مایع (450)

یونی (3000)

پلاسما VASIMR (1000-30000)

اتمی (800-1000)

جریان مستقیم فیوژن (2500-200000)

پالس هسته ای (10000-1000000)

روی پادماده (1000000-10000000)

(در اصل، بادبان لیزری و موتور رم جت به هیچ وجه ذخیره سوختی ندارند و بنابراین ضربه خاص برای آنها مشخصه اساسی نیست؛ با این حال، این طرح ها مشکلات خاص خود را دارند.)

آسانسور فضایی

یکی از موانع جدی بر سر راه اجرای بسیاری از پروژه های ستاره ای این است که به دلیل اندازه و وزن بسیار زیاد آنها نمی توان کشتی ها را روی زمین ساخت. برخی از دانشمندان پیشنهاد می کنند آنها را در فضای خارج از جو جمع آوری کنند، جایی که به لطف بی وزنی، فضانوردان می توانند به راحتی اجسام فوق العاده سنگین را بلند کرده و حرکت دهند. اما امروزه منتقدان به درستی به هزینه گزاف مونتاژ فضا اشاره می کنند. به عنوان مثال، مونتاژ کامل ایستگاه فضایی بین المللی به حدود 50 پرتاب شاتل نیاز دارد و هزینه آن با احتساب این پروازها به 100 میلیارد دلار نزدیک می شود کشتی با قیف قوچ در فضای بیرونی هزینه چندین برابر گران تر خواهد بود.

اما همانطور که رابرت هاینلین نویسنده داستان های علمی تخیلی دوست داشت بگوید، اگر بتوانید 160 کیلومتر از سطح زمین بلند شوید، در نیمه راه به هر نقطه از منظومه شمسی رسیده اید. این به این دلیل است که با هر پرتاب، 160 کیلومتر اول، زمانی که موشک تلاش می‌کند از بند گرانش فرار کند، سهم شیر از هزینه را می‌خورد. پس از این، کشتی، شاید بتوان گفت، در حال حاضر قادر است به پلوتون یا بیشتر برسد.

یکی از راه‌های کاهش چشمگیر هزینه‌های پرواز در آینده، ساخت آسانسور فضایی است. ایده صعود به آسمان با طناب جدید نیست - به عنوان مثال، افسانه "جک و لوبیا" را در نظر بگیرید. یک افسانه یک افسانه است، اما اگر انتهای طناب را به فضا ببرید، این ایده به خوبی می تواند محقق شود. در این صورت، نیروی گریز از مرکز چرخش زمین برای خنثی کردن نیروی گرانش کافی خواهد بود و طناب هرگز به زمین نمی افتد. او به طور جادویی به صورت عمودی به سمت بالا بلند می شد و در ابرها ناپدید می شد.

(توپي را تصور كنيد كه روي يك ريسمان مي‌چرخيد. به نظر مي‌رسد توپ تحت تاثير گرانش نيست؛ واقعيت اين است كه نيروي گريز از مركز آن را از مركز چرخش دور مي‌كند. به همين ترتيب، يك طناب بسيار بلند مي‌تواند آويزان شود. در هوا به دلیل چرخش زمین.) نیازی به نگه داشتن طناب نیست، چرخش زمین کافی خواهد بود. از نظر تئوری، یک فرد می تواند از چنین طنابی بالا برود و مستقیماً به فضا برود. گاهی اوقات از دانشجویان فیزیک می خواهیم که کشش چنین طنابی را محاسبه کنند. به راحتی می توان نشان داد که حتی یک کابل فولادی نیز نمی تواند چنین تنشی را تحمل کند. به همین دلیل است که برای مدت طولانی اعتقاد بر این بود که آسانسور فضایی قابل تحقق نیست.

اولین دانشمندی که به طور جدی به مشکل آسانسور فضایی علاقه مند شد، کنستانتین تسیولکوفسکی، دانشمند-رویایی روسی بود. در سال 1895، با الهام از برج ایفل، برجی را تصور کرد که مستقیماً به فضای بیرونی می رود و زمین را با "قلعه ستاره ای" شناور در فضا متصل می کند. قرار بود از پایین به بالا، از زمین شروع شود، از آنجا که مهندسان به آرامی یک آسانسور فضایی به آسمان ها بسازند.

در سال 1957، دانشمند روسی یوری آرتسوتانوف راه حل جدیدی را پیشنهاد کرد: ساخت یک آسانسور فضایی به ترتیب معکوس، از بالا به پایین، با شروع از فضا. نویسنده یک ماهواره را در مدار زمین ثابت در فاصله 36000 کیلومتری زمین تصور کرد - از زمین بی حرکت به نظر می رسید. از این ماهواره پیشنهاد شد که کابل را به زمین پایین بیاورند و سپس آن را در پایین ترین نقطه ثابت کنند. مشکل این است که کابل یک آسانسور فضایی باید کشش حدود 60-100 گیگا پاسکال را تحمل کند. فولاد در حدود 2 گیگا پاسکال تنش شکسته می شود که هدف ایده را شکست می دهد.

بعداً مخاطبان بیشتری با ایده آسانسور فضایی آشنا شدند. در سال 1979 رمان "چشمه های بهشت" اثر آرتور سی کلارک و در سال 1982 رمان "جمعه" اثر رابرت هاینلین منتشر شد. اما با توقف پیشرفت در این مسیر، فراموش شد.

زمانی که شیمیدانان نانولوله های کربنی را اختراع کردند، وضعیت به طرز چشمگیری تغییر کرد. پس از انتشار کار سومیو ایجیما از نیپون الکتریک در سال 1991، علاقه به آنها به شدت افزایش یافت. (لازم به ذکر است که وجود نانولوله های کربنی از دهه 1950 شناخته شده بود، اما مدت ها بود که مورد توجه قرار نمی گرفت.) نانولوله ها بسیار قوی تر، اما در عین حال بسیار سبک تر از کابل های فولادی هستند. به بیان دقیق، قدرت آنها حتی از سطح مورد نیاز برای یک آسانسور فضایی نیز فراتر می رود. به گفته دانشمندان، فیبر نانولوله کربنی باید فشار 120 گیگا پاسکال را تحمل کند که به طور محسوسی بالاتر از حداقل مورد نیاز است. پس از این کشف، تلاش برای ایجاد یک آسانسور فضایی با قدرتی تازه از سر گرفته شد.

در سال 1999، یک مطالعه بزرگ ناسا منتشر شد. یک آسانسور فضایی به شکل نواری به عرض تقریبی یک متر و طول حدود 47000 کیلومتر را در نظر گرفته بود که قادر بود محموله ای به وزن حدود 15 تن را به مدار زمین برساند سفر فضایی. هزینه تحویل محموله به مدار بلافاصله 10000 برابر کاهش می یابد. چنین تغییری را نمی توان چیزی جز انقلابی نامید.

در حال حاضر، تحویل یک پوند محموله در مدار پایین زمین حداقل 10000 دلار هزینه دارد، بنابراین، هر پرواز شاتل تقریباً 700 میلیون دلار هزینه دارد. چنین کاهش اساسی در هزینه برنامه فضایی می تواند طرز تفکر ما را در مورد سفر فضایی کاملاً تغییر دهد. با فشار ساده یک دکمه، می‌توانید یک آسانسور را راه‌اندازی کنید و با همان قیمتی که مثلاً بلیط هواپیما دارید، به فضای بیرونی صعود کنید.

اما قبل از ساخت یک آسانسور فضایی که بتواند ما را به راحتی به آسمان ببرد، باید بر موانع بسیار جدی غلبه کنیم. در حال حاضر، طولانی‌ترین فیبر نانولوله کربنی تولید شده در آزمایشگاه، طولی بیش از 15 میلی‌متر ندارد. یک آسانسور فضایی به کابل های نانولوله ای به طول هزاران کیلومتر نیاز دارد. البته از نظر علمی این یک مشکل کاملا فنی است، اما باید حل شود و ممکن است سرسختانه و سخت باشد. با این وجود، بسیاری از دانشمندان متقاعد شده‌اند که چندین دهه طول می‌کشد تا بر فناوری تولید کابل‌های بلند از نانولوله‌های کربنی مسلط شویم.

مشکل دوم این است که به دلیل اختلالات میکروسکوپی در ساختار نانولوله های کربنی، به دست آوردن کابل های بلند ممکن است اصلا مشکل ساز باشد. نیکولا پوگنو از Politecnico di Turin تخمین می زند که اگر فقط یک اتم در نانولوله کربنی در جای خود نباشد، استحکام لوله می تواند بلافاصله 30 درصد کاهش یابد. به طور کلی، نقص در سطح اتمی می تواند 70 درصد از استحکام کابل نانولوله را از بین ببرد. در این صورت بار مجاز کمتر از حداقل گیگاپاسکال خواهد بود که بدون آن امکان ساخت آسانسور فضایی وجود ندارد.

در تلاش برای برانگیختن علاقه شخصی به توسعه آسانسور فضایی، ناسا دو مسابقه جداگانه را اعلام کرده است. (مسابقه انصاری X-Prize با جایزه 10 میلیون دلاری به عنوان مثال در نظر گرفته شد. این مسابقه با موفقیت علاقه سرمایه گذاران مبتکر را برای ایجاد موشک های تجاری با قابلیت بلند کردن مسافران تا لبه فضای بیرونی افزایش داد؛ جایزه اعلام شده در تاریخ دریافت شد. 2004 توسط کشتی SpaceShipOne.) مسابقات ناسا به نام چالش پرتو قدرت و چالش تتر.

برای برنده شدن اولین مورد، تیمی از محققان باید یک دستگاه مکانیکی بسازند که بتواند باری با وزن حداقل 25 کیلوگرم (با احتساب وزن خود) را با سرعت 1 متر روی کابل (مثلاً از بوم جرثقیل آویزان شده) بلند کند. /s تا ارتفاع 50 متری ممکن است کار ساده به نظر برسد، اما مشکل این است که این دستگاه نیازی به استفاده از سوخت، باتری یا کابل برق ندارد. در عوض، بالابر روباتیک باید توسط پنل های خورشیدی، بازتابنده های خورشیدی، لیزرها یا تشعشعات مایکروویو، یعنی از منابع انرژی که برای استفاده در فضا مناسب است، تامین شود.

برای برنده شدن در چالش Tether، یک تیم باید قطعات دو متری افسار را با وزن حداکثر دو گرم ارسال کند. علاوه بر این، چنین کابلی باید بار 50 درصد بیشتر از بهترین نمونه سال قبل را تحمل کند. هدف از این مسابقه تحریک تحقیقات برای توسعه مواد فوق سبک وزن به اندازه کافی قوی است که تا 100000 کیلومتر در فضا کشیده شوند. برندگان جوایز 150000 دلاری، 40000 دلاری و 10000 دلاری دریافت خواهند کرد.

البته یک آسانسور فضای کار می تواند برنامه فضایی را به طرز چشمگیری تغییر دهد، اما معایبی نیز دارد. بنابراین، مسیر ماهواره ها در مدار پایین زمین دائماً نسبت به زمین در حال تغییر است (زیرا زمین در زیر آنها می چرخد). این بدان معناست که با گذشت زمان، هر یک از ماهواره ها می توانند با یک آسانسور فضایی با سرعت 8 کیلومتر بر ثانیه برخورد کنند. این برای شکستن کابل بیش از اندازه کافی خواهد بود. برای جلوگیری از فاجعه ای مشابه در آینده، یا باید موشک های کوچکی بر روی هر ماهواره تهیه کرد که به آن امکان دور زدن آسانسور را بدهد یا اینکه خود راکت را به موشک های کوچک مجهز کرد تا بتواند از مسیر حرکت خارج شود. ماهواره ها

علاوه بر این، برخورد با ریزشهاب‌سنگ‌ها می‌تواند به یک مشکل تبدیل شود - به هر حال، آسانسور فضایی بسیار فراتر از جو زمین بالا می‌رود که در بیشتر موارد از ما در برابر شهاب‌ها محافظت می‌کند. از آنجایی که نمی توان چنین برخوردهایی را پیش بینی کرد، آسانسور فضایی باید به سیستم های حفاظتی اضافی و شاید حتی سیستم های پشتیبان ایمن مجهز باشد. پدیده های جوی مانند طوفان، امواج جزر و مدی و طوفان نیز می توانند مشکل ساز باشند.

مانور جاذبه

راه دیگری برای شتاب دادن یک جسم به سرعت نزدیک به سرعت نور وجود دارد - با استفاده از "اثر زنجیر". هنگام ارسال کاوشگرهای فضایی به سیارات دیگر، ناسا گاهی اوقات آنها را مجبور می کند تا در اطراف سیاره همسایه مانور دهند تا از "اثر زنجیر" برای شتاب بیشتر دستگاه استفاده کنند. اینگونه است که ناسا در سوخت موشک با ارزش صرفه جویی می کند. اینگونه بود که وویجر 2 توانست به سمت نپتون پرواز کند که مدار آن در لبه منظومه شمسی قرار دارد.

فریمن دایسون، فیزیکدان اهل پرینستون، پیشنهاد جالبی ارائه کرده است. اگر روزی در آینده‌ای دور بشریت موفق شود دو ستاره نوترونی را در فضا کشف کند که با سرعت بالا به دور یک مرکز مشترک می‌چرخند، یک کشتی زمینی که بسیار نزدیک به یکی از این ستاره‌ها پرواز می‌کند، می‌تواند به دلیل یک مانور گرانشی، سرعت بگیرد. تقریباً یک سوم سرعت نور است. در نتیجه، کشتی به دلیل گرانش به سرعت های نزدیک به نور شتاب می گیرد. از نظر تئوری، این ممکن است رخ دهد.

دانشمندان دیگر استفاده از نورافشانی خود را برای این منظور پیشنهاد می کنند. این روش برای مثال توسط خدمه کشتی فضایی Enterprise در فیلم Star Trek IV: The Voyage Home استفاده شد. خدمه اینترپرایز پس از ربودن یک کشتی کلینگون، آن را در امتداد مسیری نزدیک به خورشید فرستاد تا از سد نوری عبور کند و به گذشته بازگردد. در فیلم وقتی دنیاها با هم برخورد می کنند، زمین در معرض خطر برخورد یک سیارک قرار می گیرد. دانشمندان برای فرار از سیاره محکوم به فنا، سازه ای غول پیکر مانند ترن هوایی می سازند. با حرکت به سمت پایین تپه، کشتی موشکی سرعت زیادی می گیرد، سپس در پایین با شعاع کوچکی می چرخد ​​- و به سمت فضا به جلو می رود.

اما در واقعیت، هیچ یک از این راه‌ها برای شتاب گرفتن با استفاده از گرانش کارساز نیست. (قانون بقای انرژی می گوید که یک گاری روی ترن هوایی، که در هنگام فرود شتاب می گیرد و در صعود کاهش می یابد، دقیقاً با همان سرعتی که در همان ابتدا بود، به بالا ختم می شود - هیچ افزایشی در انرژی رخ نمی دهد. به همین ترتیب، با چرخش به دور خورشید ساکن، دقیقاً با همان سرعتی که مانور را شروع کرده‌ایم به پایان می‌رسیم.) روش دایسون با دو ستاره نوترونی، در اصل می‌تواند کارساز باشد، اما فقط به این دلیل که ستارگان نوترونی به سرعت حرکت می‌کنند. فضاپیمایی که از مانور گرانشی استفاده می کند، به دلیل حرکت سیاره یا ستاره، انرژی بیشتری دریافت می کند. اگر آنها بی حرکت باشند، چنین مانوری هیچ نتیجه ای نخواهد داشت.

و پیشنهاد دایسون، اگرچه ممکن است کارساز باشد، اما هیچ کمکی به دانشمندان زمین امروزی نخواهد کرد - هر چه باشد، برای بازدید از ستارگان نوترونی که به سرعت در حال چرخش هستند، ابتدا باید یک کشتی فضایی بسازید.

از تفنگ تا آسمان

یکی دیگر از راه های هوشمندانه برای پرتاب یک کشتی به فضا و سرعت بخشیدن به آن به سرعت های خارق العاده، شلیک به آن از یک "تفنگ" الکترومغناطیسی نصب شده روی ریل است که در آثار آرتور کلارک و سایر نویسندگان علمی تخیلی توضیح داده شده است. این پروژه در حال حاضر به طور جدی به عنوان بخشی احتمالی از سپر دفاع موشکی جنگ ستارگان در نظر گرفته شده است.

روش استفاده از انرژی الکترومغناطیس برای شتاب دادن به موشک به سرعت بالا به جای سوخت موشک یا باروت است.

تفنگ ریلی در ساده ترین شکل خود از دو سیم یا ریل موازی تشکیل شده است. موشک، یا موشک، روی هر دو ریل "نشسته"، یک پیکربندی U شکل را تشکیل می دهد. مایکل فارادی همچنین می دانست که نیرویی با جریان الکتریکی در میدان مغناطیسی بر یک قاب وارد می شود. (به طور کلی، همه موتورهای الکتریکی بر اساس این اصل کار می کنند.) اگر جریان الکتریکی میلیون ها آمپر را از طریق ریل و پرتابه عبور دهید، یک میدان مغناطیسی بسیار قدرتمند در اطراف کل سیستم ایجاد می شود که به نوبه خود باعث به حرکت درآوردن سیستم می شود. پرتابه در امتداد ریل، آن را تا سرعت بسیار زیاد شتاب می دهد و از انتهای سیستم ریلی به فضا پرتاب می شود.

در طول آزمایش، تفنگ های ریلی الکترومغناطیسی با موفقیت اجسام فلزی را با سرعت های بسیار زیاد شلیک کردند و آنها را در فاصله بسیار کوتاهی شتاب دادند. نکته جالب این است که، در تئوری، یک تفنگ ریلی معمولی قادر است یک پرتابه فلزی را با سرعت 8 کیلومتر بر ثانیه شلیک کند. این برای قرار دادن آن در مدار پایین زمین کافی است. در اصل، کل ناوگان موشکی ناسا می‌تواند با تفنگ‌های ریلی جایگزین شود که محموله‌ها را مستقیماً از سطح زمین به مدار پرتاب می‌کنند.

تفنگ ریلی نسبت به اسلحه ها و موشک های شیمیایی مزایای قابل توجهی دارد. هنگامی که یک اسلحه را شلیک می کنید، حداکثر سرعتی که گازهای در حال انبساط می توانند گلوله را از لوله خارج کنند، توسط سرعت موج ضربه محدود می شود. ژول برن، در رمان کلاسیک از زمین تا ماه، پرتابه ای را که فضانوردان را با استفاده از باروت به ماه می برد، شلیک کرد، اما در واقع محاسبه اینکه حداکثر سرعتی که یک باروت می تواند به یک پرتابه بدهد، چند برابر است، دشوار نیست. کمتر از سرعت مورد نیاز برای پرواز به ماه. تفنگ ریلی از انبساط انفجاری گازها استفاده نمی کند و بنابراین به هیچ وجه به سرعت انتشار موج ضربه ای بستگی ندارد.

اما تفنگ ریلی مشکلات خاص خودش را دارد. اجسام روی آن چنان سریع شتاب می گیرند که در اثر برخورد... با هوا، تمایل به صاف شدن دارند. محموله با شلیک از دهانه تفنگ ریلی به شدت تغییر شکل می‌دهد، زیرا وقتی پرتابه به هوا برخورد می‌کند، انگار به دیوار آجری برخورد کرده است. علاوه بر این، در طول شتاب، پرتابه شتاب بسیار زیادی را تجربه می کند، که به خودی خود می تواند تا حد زیادی بار را تغییر شکل دهد. ریل ها باید به طور مرتب تعویض شوند، زیرا پرتابه هنگام حرکت نیز آنها را تغییر شکل می دهد. علاوه بر این، اضافه بار در یک تفنگ ریلی برای مردم کشنده است. استخوان های انسان به سادگی نمی توانند چنین شتابی را تحمل کنند و فرو می ریزند.

یک راه حل این است که یک تفنگ ریلی روی ماه نصب کنید. در آنجا، خارج از جو زمین، پرتابه قادر خواهد بود بدون مانع در خلاء فضای بیرونی شتاب بگیرد. اما حتی در ماه، پرتابه در طول شتاب، بار اضافی زیادی را تجربه می کند که می تواند به محموله آسیب برساند و شکل آن را تغییر دهد. به یک معنا، تفنگ ریلی نقطه مقابل بادبان لیزری است که به تدریج در طول زمان سرعت آن افزایش می یابد. محدودیت های یک تفنگ ریلی دقیقاً به این دلیل است که انرژی بسیار زیادی را در فاصله کوتاه و در مدت زمان کوتاهی به بدن منتقل می کند.

یک تفنگ ریلی که بتواند وسیله نقلیه را به سمت نزدیکترین ستاره ها شلیک کند، ساخت بسیار گرانی خواهد بود. بنابراین، یکی از پروژه ها شامل ساخت یک تفنگ ریلی در فضای بیرونی به طول دو سوم فاصله زمین تا خورشید است. این تفنگ انرژی خورشیدی را ذخیره می‌کند و سپس آن را به یکباره خرج می‌کند و یک محموله ده تنی را تا سرعتی برابر با یک سوم سرعت نور شتاب می‌دهد. در این حالت، "پرتابه" 5000 گرم اضافه بار را تجربه خواهد کرد. البته، فقط انعطاف‌پذیرترین کشتی‌های روباتی می‌توانند از چنین پرتابی «بقا» کنند.

یکی از شاخص های اصلی کارایی موتور موشک است رانش خاص،یا تکانه خاصاین اصطلاحات مترادف به معنای یک چیز هستند، اما در فرمول های مختلف.

رانش اختصاصی، رانش موتور تقسیم بر وزن دوم مصرف سیال کار است

جایی که نرخ جریان دوم به طور طبیعی تحت شرایطی که به سطح زمین داده می شود گرفته می شود.

ضربه خاص به عنوان ضربه ایجاد شده توسط موتور به ازای هر کیلوگرم وزن مایع کاری دور ریخته شده درک می شود. تفاوت بین رانش خاص و تکانه خاص فقط در این است که اولی در اندازه گیری می شود و دومی در اندازه گیری می شود. هم از نظر اندازه و هم از نظر ابعاد چیزی تغییر نمی کند. رانش خاص و تکانه خاص در ثانیه اندازه گیری می شوند و تبعیت از اصطلاحات فقط توسط سنت های ثابت تعیین می شود. در برخی از گروه ها، از روی عادت، اصطلاحی را به کار می برند و در برخی دیگر، اصطلاحی دیگر. در ارتباطات مکالمه معمولاً واحد "دوم" نادیده گرفته می شود و با کلمه "واحد" جایگزین می شود. به عنوان مثال، می توانید بشنوید: "موتور 315 واحد نیروی رانش خاص را ارائه می دهد ..." یا - "این به شما امکان می دهد ضربه خاص را سه واحد افزایش دهید ...". با توجه به عبارت (1.5)

همانطور که می بینیم، رانش خاص عمدتاً توسط سرعت اگزوز تعیین می شود W a، که نه تنها به خواص سوخت، بلکه به ویژگی های طراحی موتور نیز بستگی دارد. بسته به طراحی موتور، شرایط احتراق سوخت و جریان محصولات احتراق تغییر می کند. در انواع موتورهای موشک، مصرف انبوه برای نیازهای داخلی موتور، به قول خودشان، برای اهداف خدماتی وجود دارد. به عنوان مثال، مصرف محصولات تجزیه پراکسید هیدروژن برای عملکرد توربین و مصرف گاز فشرده هنگام خروج از ظروف. طبیعتاً هنگام محاسبه رانش خاص، این مصرف انبوه ضروری اما غیرمولد باید با مصرف اصلی خلاصه شود که تا حدودی ارزش رانش خاص را کاهش می دهد.

هرچه نیروی رانش ویژه بیشتر باشد، موتور پیشرفته تر است و هر واحد اضافی از رانش خاص ارزش بالایی دارد، به ویژه برای سیستم های رانش اصلی موشک های فضایی.

رانش خاص به ارتفاع پرواز بستگی دارد. بنابراین، وقتی می خواهند کارایی یک موتور را مشخص کنند، معمولاً آن را صدا می کنند خالیرانش خاص

جایی که W e- سرعت موثر اگزوز در متر بر ثانیه

ارزش نیروی رانش ویژه موتورهای موشک مدرن برای همه انواع سوخت های شیمیایی موجود در موشک در محدوده 250 تا 460 واحد قرار دارد.

استاندارد دولتی (GOST 17655-72، موتورهای موشک مایع. اصطلاحات و تعاریف) اکنون پارامتر دیگری را برای موتورهای موشک مایع معرفی کرده است که کارایی را مشخص می کند، یعنی: ضربه رانش ویژه موتور موشک پیشران مایع- جی. تفاوت آن با تکانه خاص در این است که رانش نه به وزن، بلکه به جریان جرم در ثانیه اشاره دارد.


و در اندازه گیری نمی شود ثانیه، و در n s/kg،یعنی در ام‌اس.تکانه نیروی رانش خاص یک موتور موشک پیشران مایع، سرعت موثر اگزوز از قبل آشناست، که استفاده از آن اکنون به بخش جوی پرواز گسترش می یابد. تکانه رانش خاص یک موتور موشک با یک رابطه آشکار به رانش خاص مرتبط است:

و به صورت عددی:

پرحرفی این اصطلاح مخفف آن را تحریک می کند، و ضربه فشاری خاص موتور موشک اغلب ضربه خاص نامیده می شود که مستلزم تحریف معنایی است. با این حال، تفاوت عددی ده برابر کمک می کند. اگر در مستندات فنی یک موتور سوخت شیمیایی، ضربه خاص در صدها واحد نشان داده شده باشد، پس ما واقعاً در مورد یک ضربه خاص صحبت می کنیم که در اندازه گیری شده است. ثانیهاگر هزاران باشد، شکی نیست که این تکانه نیروی رانش خاص موتور موشک است که در ام‌اس.

انگیزه خاص

انگیزه خاصیا رانش خاص(انگلیسی) تکانه خاص) نشانگر کارایی موتور موشک است. گاهی اوقات هر دو اصطلاح به جای هم استفاده می شوند، به این معنی که آنها در واقع یک ویژگی هستند. رانش خاصمعمولا در بالستیک داخلی استفاده می شود، در حالی که تکانه خاص- در بالستیک خارجی بعد ضربه خاص بعد سرعت است، در سیستم واحدهای SI این است متر در ثانیه.

تعاریف

انگیزه خاص- مشخصه یک موتور جت، برابر با نسبت ضربه (میزان حرکت) ایجاد شده به سرعت جریان (معمولا جرم، اما همچنین می تواند به عنوان مثال، به وزن یا حجم) سوخت مرتبط باشد. هر چه تکانه خاص بیشتر باشد، برای به دست آوردن مقدار مشخصی حرکت باید سوخت کمتری مصرف شود. از لحاظ نظری، تکانه خاص برابر است با سرعت اگزوزمحصولات احتراق ممکن است در واقع با آن متفاوت باشند. بنابراین، تکانه خاص نیز نامیده می شود سرعت موثر (یا معادل) اگزوز.

رانش خاص- مشخصه یک موتور جت، برابر با نسبت نیروی رانشی که ایجاد می کند به مصرف سوخت انبوه. بر حسب متر در ثانیه (m/s = N s/kg = kgf s/i.e.) اندازه‌گیری می‌شود و در این بعد، چند ثانیه یک موتور معین می‌تواند نیروی رانش 1 نیوتن ایجاد کند، در حالی که 1 کیلوگرم سوخت مصرف می‌کند (یا رانش 1 کیلوگرمی با مصرف 1 تن سوخت). با تعبیری دیگر، رانش خاص برابر است با نسبت رانش به وزنمصرف سوخت؛ در این مورد بر حسب ثانیه اندازه گیری می شود (s = N s/N = kgf s/kgf). برای تبدیل نیروی رانش مخصوص وزن به رانش جرمی، باید در شتاب گرانش (تقریباً برابر با 9.81 متر بر ثانیه) ضرب شود.

فرمول محاسبه تقریبی تکانه خاص(سرعت اگزوز) برای موتورهای جت سوخت شیمیایی به صورت زیر است:

که در آن T k دمای گاز در محفظه احتراق (تجزیه) است. pk و p a به ترتیب فشار گاز در محفظه احتراق و در خروجی نازل هستند. y وزن مولکولی گاز در محفظه احتراق است. u ضریب مشخص کننده خواص ترموفیزیکی گاز در محفظه است (معمولا u ≈ 15). همانطور که از فرمول تا یک تقریب اول مشاهده می شود، هر چه دمای گاز بیشتر باشد، وزن مولکولی آن کمتر و نسبت فشار در محفظه RD به فضای اطراف بیشتر باشد، بالاتر است. تکانه خاص .

مقایسه کارایی انواع موتورها

انگیزه خاصیک پارامتر مهم موتور است که کارایی آن را مشخص می کند. این مقدار به طور مستقیم به بازده انرژی سوخت و نیروی رانش موتور مربوط نمی شود، به عنوان مثال، موتورهای یونی نیروی رانش بسیار کمی دارند، اما به دلیل بالا بودن آنها تکانه خاصبه عنوان موتورهای شنتینگ در فناوری فضایی استفاده می شود.

  • می توان یک لحظه طنز مرتبط با این فرمول را یادداشت کرد: از آنجایی که نام خود را ندارد، کارشناسان معمولا آن را "فرمول Y" می نامند - در فیلم کمدی "عملیات "Y" و سایر ماجراهای شوریک، دانش آموزان نتیجه گیری را می نویسند. از فرمول کف راهرو دقیقاً این فرمول را استنباط کنید

همچنین ببینید

یادداشت


بنیاد ویکی مدیا 2010.

  • عمود بودن
  • ارمولینو

ببینید «انگیزه خاص» در فرهنگ‌های دیگر چیست:

    انگیزه خاص- موتور موشک، نشانگر کارایی موتور موشک. یکسان با رانش خاص (رجوع کنید به رانش خاص) ... دایره المعارف بزرگ شوروی

    تکانه رانش ویژه موتور موشک پیشران مایع (محفظه موتور موشک مایع)- ضربه خاص موتور (محفظه) نسبت نیروی رانش موتور موشک (محفظه موتور موشک) به مصرف انبوه سوخت موتور موشک (محفظه موتور موشک). نکات 1. ضربه رانش ویژه موتور موشک (محفظه LPRE) در خلاء و روی زمین اندازه گیری می شود. 2. ضربه رانش ویژه موتور موشک (محفظه LPRE) برابر است با ...

    تکانه رانش خاص- موتور موشک، ضربه خاص یک موتور موشک، نسبت رانش موتور موشک به سرعت جریان جرم دوم سیال کار (مشتق ضربه رانش توسط جرم مصرف شده در یک بازه زمانی معین). بیان شده در N(·)s/kg ​​= m/s... دایره المعارف فناوری- ضربه خاص حجمی موتور (محفظه) نسبت نیروی رانش موتور موشک (محفظه موتور موشک) به مصرف سوخت حجمی موتور موشک (محفظه موتور موشک). توجه داشته باشید ضربه خاص حجمی موتور پیشران مایع (محفظه LPRE) نیز با مشتق ضربه رانش موتور پیشران مایع (محفظه LPRE) نسبت به... ... راهنمای مترجم فنی

    تکانه (ارزش ها)- تکانه (lat. impulsus blow, push, impulse): ویکی واژه نامه دارای یک مقاله “تکانه” ... ویکی پدیا

    ضربه انفجار- (الف. تکانه انفجار، موج انفجار؛ n. Explosionsimpuls؛ f. impulsion explosive؛ i. impulso de la explosion) کمیتی که دینامیک را مشخص می کند. ضربه یک انفجار، عددی برابر حاصل ضرب فشار اضافی محصولات انفجار توسط... ... دایره المعارف زمین شناسی

    موتور موشک ایمپالس- پایه ای ویژگی های موتور موشک مجموع (کامل) I. r. د. محصول رجوع کنید به مقادیر رانش برای زمان عملیات بر حسب Ns. اودلنی آی آر. د. نسبت رانش به دبی جرمی دوم سیال کار بر حسب N*s/kg = m/s. در حالت کار طراحی موتور... ... فرهنگ لغت بزرگ دایره المعارفی پلی تکنیک


انگیزه خاص- نشانگر کارایی موتور جت. گاهی اوقات مترادف " رانش خاص" برای موتورهای جت استفاده می شود (این اصطلاح معانی دیگری دارد)، در حالی که رانش خاصمعمولا در بالستیک داخلی استفاده می شود، در حالی که تکانه خاص- در بالستیک خارجی بعد ضربه خاص بعد سرعت است، در واحد SI متر بر ثانیه است.

تعاریف

انگیزه خاص- مشخصه یک موتور جت، برابر با نسبت ضربه (میزان حرکت) ایجاد شده به سرعت جریان (معمولا جرم، اما همچنین می تواند به عنوان مثال، به وزن یا حجم) سوخت مرتبط باشد. هر چه تکانه خاص بیشتر باشد، برای به دست آوردن مقدار مشخصی حرکت باید سوخت کمتری مصرف شود. از لحاظ نظری، تکانه خاص برابر است با سرعت اگزوزمحصولات احتراق ممکن است در واقع با آن متفاوت باشند. بنابراین، تکانه خاص نیز نامیده می شود سرعت موثر (یا معادل) اگزوز.

رانش خاص- مشخصه یک موتور جت، برابر با نسبت نیروی رانشی که ایجاد می کند به مصرف سوخت انبوه. بر حسب متر در ثانیه (m/s = N s/kg = kgf s/i.e. m) اندازه گیری می شود و به این معنی است که در این بعد، این موتور با صرف 1 کیلوگرم سوخت، چند ثانیه می تواند نیروی رانش 1 نیوتن ایجاد کند (یا رانش 1 کیلوگرمی با صرف 1 متر سوخت). با تعبیری دیگر، رانش خاص برابر است با نسبت رانش به وزنمصرف سوخت؛ در این مورد در ثانیه اندازه گیری می شود (s = N s/N = kgf s/kgf) - این مقدار را می توان به عنوان زمانی در نظر گرفت که در طی آن موتور می تواند با استفاده از جرم سوخت 1 کیلوگرم نیروی رانش 1 کیلوگرمی را ایجاد کند. یعنی وزن 1 کیلوگرم). برای تبدیل نیروی رانش مخصوص وزن به رانش جرمی، باید در شتاب گرانش ضرب شود (معادل 80665/9 متر بر ثانیه).

فرمول تقریبی برای محاسبه ضربه خاص (سرعت اگزوز) برای موتورهای جت با استفاده از سوخت شیمیایی به صورت [ روشن کردن]

قادر به تجزیه عبارت (فایل اجرایی textvcپیدا نشد؛ برای راهنمایی در مورد راه‌اندازی به ریاضی/README مراجعه کنید.: I_y = \sqrt(16641 \cdot \frac(T_\text(k))(u M) \cdot \left(1 - \frac(p_\text(a)) (p_\text(k)) M \راست) )

جایی که تی k دمای گاز در محفظه احتراق (تجزیه) است. پ k و پ a به ترتیب فشار گاز در محفظه احتراق و در خروجی نازل است. م- وزن مولکولی گاز در محفظه احتراق؛ تو- ضریب مشخص کننده خواص ترموفیزیکی گاز در محفظه (معمولا تو≈ 15). همانطور که از فرمول تا یک تقریب اول مشاهده می شود، هر چه دمای گاز بیشتر باشد، وزن مولکولی آن کمتر است و هر چه نسبت فشار در محفظه RD به فضای اطراف بیشتر باشد، تکانه ویژه بیشتر می شود.

مقایسه کارایی انواع موتورها

ضربه خاص یک پارامتر مهم موتور است که کارایی آن را مشخص می کند. این مقدار به طور مستقیم با راندمان انرژی سوخت و نیروی رانش موتور مرتبط نیست، به عنوان مثال، موتورهای یونی نیروی رانش بسیار کمی دارند، اما به دلیل انگیزه ویژه بالا از آنها به عنوان موتورهای مانور در فناوری فضایی استفاده می شود.

ضربه خاص مشخصه برای انواع مختلف موتورها
موتور انگیزه خاص
ام‌اس با
موتور جت توربین گاز [[K:Wikipedia:مقالات بدون منبع (کشور: خطای Lua: callParserFunction: تابع "#property" پیدا نشد. )]][[K:Wikipedia:مقالات بدون منبع (کشور: خطای Lua: callParserFunction: تابع "#property" پیدا نشد. )]] 30 000(?) 3 000(?)
موتور موشک جامد 2 650 270
موتور موشک مایع 4 600 470
موتور موشک برقی 10 000-100 000 1000-10 000
موتور یونی 30 000 3 000
موتور پلاسما 290 000 30 000
  • می توان یک لحظه طنز آمیز مرتبط با این فرمول را مشاهده کرد: از آنجایی که نام خود را ندارد، کارشناسان معمولا آن را "فرمول Y" می نامند - در کمدی فیلم "عملیات "Y" و سایر ماجراهای شوریک، دانش آموزان در حال نوشتن این فرمول هستند. نتیجه گیری از فرمول در کف راهرو دقیقاً از این فرمول استخراج می شود.

همچنین ببینید

نظری در مورد مقاله "انگیزه خاص" بنویسید

یادداشت

نظرات

از ادبیات و منابع استفاده کرد

پیوندها

  • تام بنسون، / راهنمای مبتدیان برای هوانوردی // مرکز تحقیقات گلن، ناسا (انگلیسی)
  • Z. S. Spakovszky، / 16. Unified: Thermodynamics and Propulsion // MIT، 2006 (انگلیسی)

گزیده ای که مشخص کننده Specific Impulse است

دیدم این بچه های بیچاره اصلاً نمی دانند الان چه کنند یا کجا بروند. راستش من هم چنین تصوری نداشتم. اما کسی مجبور شد کاری انجام دهد و من تصمیم گرفتم دوباره مداخله کنم.
- ببخشید اسمت چیه؟ - آرام از پدرم پرسیدم.
این سوال ساده او را از «هوایی» که «سرسختانه» در آن فرو رفت، بیرون آورد و نتوانست برگردد. با تعجب به من خیره شد و با گیجی گفت:
– والری... از کجا آمدی؟!... تو هم مردی؟ چرا صدای ما را می شنوید؟
از اینکه توانستم به نحوی او را برگردانم بسیار خوشحال شدم و بلافاصله پاسخ دادم:
- نه، من نمردم، من فقط در حال قدم زدن بودم که همه چیز اتفاق افتاد. اما من می توانم شما را بشنوم و با شما صحبت کنم. البته اگه بخوای
حالا همه با تعجب به من نگاه کردند...
- اگر صدای ما را می شنوی چرا زنده ای؟ - دختر کوچولو پرسید.
می خواستم جواب او را بدهم که ناگهان زن جوانی با موی تیره ظاهر شد و بدون اینکه وقت کنم چیزی بگویم، دوباره ناپدید شد.
- مامان مامان اینجایی!!! - کاتیا با خوشحالی فریاد زد. – بهت گفتم که میاد بهت گفتم!!!
من متوجه شدم که زندگی آن زن ظاهراً در آن لحظه "به یک نخ آویزان شده بود" و برای یک لحظه جوهر او به سادگی از بدن فیزیکی او بیرون زده شد.
"خب، او کجاست؟!..." کاتیا ناراحت شد. - او همین الان اینجا بود!..
دختر ظاهراً از چنین هجوم عظیم احساسات مختلف بسیار خسته شده بود و چهره اش بسیار رنگ پریده، درمانده و غمگین شده بود ... او محکم به دست برادرش چسبیده بود، گویی از او حمایت می کرد و آرام زمزمه کرد:
- و همه اطرافیان ما نمی بینند ... این چیست بابا؟
او ناگهان شبیه یک پیرزن کوچک و غمگین شد که در سردرگمی کامل با چشمان شفاف خود به چنین نور سفید آشنا نگاه می کند و به هیچ وجه نمی تواند بفهمد - اکنون کجا باید برود، مادرش اکنون کجاست و خانه اش الان کجاست؟.. اول به برادر غمگینش برگشت، سپس به پدرش که تنها ایستاده بود و به نظر می رسید کاملاً نسبت به همه چیز بی تفاوت بود. اما هیچ یک از آنها پاسخی برای سوال ساده کودکانه او نداشتند و دختر بیچاره ناگهان واقعاً ترسید ...
-با ما می مانی؟ - با چشمای درشتش به من نگاه کرد، با ترحم پرسید.
من فوراً اطمینان دادم: "خب، البته من خواهم ماند، اگر این چیزی است که شما می خواهید."
و من واقعاً دوست داشتم او را به شکلی دوستانه محکم در آغوش بگیرم تا حداقل کمی قلب کوچک و ترسیده اش را گرم کنم ...
-تو کی هستی دختر؟ - ناگهان پدر پرسید. با کمی خجالت پاسخ دادم: «فقط یک آدم، فقط کمی متفاوت. - من می توانم کسانی را که "رفتند" را بشنوم و ببینم ... مثل شما اکنون.
"ما مردیم، نه؟" - آرام تر پرسید.
صادقانه جواب دادم: بله.
- و حالا چه اتفاقی برای ما خواهد افتاد؟
- تو فقط در دنیای دیگری زندگی خواهی کرد. و او آنقدرها هم بد نیست، باور کنید!.. فقط باید به او عادت کنید و دوستش داشته باشید.
پدر در حالی که هنوز باور نمی کرد پرسید: «آیا واقعاً پس از مرگ زندگی می کنند؟...».
- آنها زندگی میکنند. اما دیگر اینجا نیست.» من جواب دادم. - شما همه چیز را مثل قبل احساس می کنید، اما این یک دنیای متفاوت است، نه دنیای معمول شما. همسرت مثل من هنوز آنجاست. اما شما قبلاً از "مرز" عبور کرده اید و اکنون در آن طرف هستید، "نمیدانستم چگونه دقیق تر توضیح دهم، سعی کردم "دستم را به او برسانم".
- آیا او هم پیش ما خواهد آمد؟ - دختر ناگهان پرسید.
جواب دادم: «روزی، بله.
دختر کوچولوی راضی با اطمینان گفت: خب پس من منتظرش می مانم. "و ما دوباره با هم خواهیم بود، درست است، پدر؟" میخوای مامان دوباره با ما باشه، نه؟..
چشمان عظیم خاکستری او مانند ستاره می درخشید، به امید اینکه روزی مادر محبوبش نیز اینجا باشد، در دنیای جدیدش، حتی متوجه نبود که این دنیای کنونی او برای مادرش چیزی بیش از مرگ نخواهد بود. .
و همانطور که معلوم شد، کودک نیازی به انتظار طولانی نداشت... مادر محبوبش دوباره ظاهر شد... او بسیار غمگین و کمی گیج بود، اما رفتارش بسیار بهتر از پدر وحشت زده اش بود که به شادی صمیمانه من، اکنون به هوش آمده بود.
جالب است که در طول ارتباط من با چنین تعداد زیادی از موجودات مرده، تقریباً می توانم با اطمینان بگویم که زنان با اطمینان و آرامش بیشتری نسبت به مردان "شوک مرگ" را پذیرفتند. در آن زمان من هنوز نمی توانستم دلایل این مشاهدات کنجکاو را بفهمم، اما مطمئناً می دانستم که دقیقاً همین طور است. شاید آنها درد احساس گناه را برای کودکانی که در دنیای "زنده" به جا گذاشتند، یا برای دردی که مرگ آنها برای خانواده و دوستانشان به همراه داشت، عمیق تر و سخت تر تحمل کردند. اما ترس از مرگ بود که اکثر آنها (بر خلاف مردان) تقریباً به طور کامل غایب بودند. آیا می توان این را تا حدودی با این واقعیت توضیح داد که آنها خود با ارزش ترین چیز روی زمین ما - زندگی انسان - را دادند؟ متاسفانه اون موقع جوابی برای این سوال نداشتم...
- مامان، مامان! و آنها گفتند که شما برای مدت طولانی نمی آیید! و تو الان اینجایی!!! می دانستم که ما را ترک نمی کنی! - کاتیا کوچولو جیغ زد و از خوشحالی نفس نفس زد. - حالا دوباره همه با هم هستیم و حالا همه چیز درست می شود!
و چقدر غم انگیز بود تماشای این که چگونه تمام این خانواده مهربان و صمیمی سعی کردند از دختر و خواهر کوچک خود محافظت کنند از اینکه بدانند این اصلاً خوب نیست ، همه آنها دوباره با هم هستند و متأسفانه هیچ یک از آنها نداشتند. دیگر کوچکترین فرصتی برای زندگی زنده مانده آنها باقی نمانده بود... و اینکه هر کدام از صمیم قلب ترجیح می دهند که حداقل یکی از خانواده هایشان زنده بماند... و کاتیا کوچولو همچنان معصومانه و با خوشحالی چیزی غرولند می کرد و از این خوشحالی می کرد. دوباره همه آنها یک خانواده هستند و دوباره "همه چیز خوب است" ...
مامان لبخند غمگینی زد و سعی کرد نشان دهد که او هم خوشحال و خوشحال است ... و روحش مانند پرنده ای زخمی در مورد فرزندان بدبختش که اینقدر کم زندگی کرده بودند فریاد می زد ...
ناگهان به نظر می رسید که شوهرش و خودش را با نوعی "دیوار" شفاف از بچه ها "جدا می کند" و با نگاه مستقیم به او، به آرامی گونه اش را لمس کرد.
زن به آرامی گفت: "والری، لطفا به من نگاه کن." - چه کنیم؟.. این مرگ است، نه؟
با چشمان درشت خاکستری اش به او نگاه کرد که در آن چنان مالیخولیایی مرگبار می پاشید که حالا می خواستم به جای او مثل گرگ زوزه بکشم، زیرا تقریباً غیرممکن بود که همه اینها را در روحم ببرد ...
همسر والریا دوباره پرسید: "چطور ممکن است این اتفاق بیفتد؟.. چرا این کار را کردند؟!." - حالا چیکار کنیم، بگو؟


موتورهای موشکی یکی از قله های پیشرفت تکنولوژی هستند. موادی که در حد مجاز کار می کنند، صدها اتمسفر، هزاران درجه و صدها تن نیروی رانش - این نمی تواند شگفت زده کند. اما موتورهای مختلفی وجود دارد، کدام یک بهترین هستند؟ چه کسی مهندسان بر سر تریبون خواهند رفت و با غرور به بازندگان توضیح می دهند که به دلیل وحشیگری مردم، تاریخ وحشتناک و رژیم سیاسی وحشتناک کشورشان شکست خورده اند؟ بالاخره زمان پاسخگویی صریح به این سوال فرا رسیده است.

متأسفانه، با نگاه کردن به موتور نمی توانید متوجه شوید که چقدر عالی است. ما باید اعداد خسته کننده ویژگی های هر موتور را بررسی کنیم. اما تعداد زیادی از آنها وجود دارد، کدام یک را باید انتخاب کنید؟

قوی تر

خوب، احتمالا، هر چه موتور قوی تر باشد، بهتر است؟ هر چه موشک بزرگتر باشد، محموله بزرگتر، اکتشافات فضایی سریعتر شروع به حرکت می کنند، اینطور نیست؟ اما اگر نگاهی به پیشرو در این زمینه داشته باشیم تا حدودی ناامید خواهیم شد. تقویت کننده جانبی شاتل فضایی بالاترین نیروی رانش را در بین هر موتوری دارد، 1400 تن.

با وجود تمام قدرت، تقویت کننده های سوخت جامد را به سختی می توان نماد پیشرفت فنی نامید، زیرا از نظر ساختاری آنها فقط یک سیلندر فولادی (یا کامپوزیت، اما مهم نیست) با سوخت هستند. ثانیا، این تقویت کننده ها همراه با شاتل در سال 2011 از بین رفتند و تصور موفقیت آنها را تضعیف کردند. بله، کسانی که اخبار موشک فوق سنگین جدید آمریکایی SLS را دنبال می کنند به من می گویند که تقویت کننده های سوخت جامد جدیدی برای آن در حال توسعه است که نیروی رانش آن در حال حاضر 1600 تن خواهد بود، اما اولا، این موشک به زودی پرواز نخواهد کرد. ، نه زودتر از پایان سال 2018. و ثانیاً، مفهوم "بیایید بخش های بیشتری را با سوخت بگیریم تا نیروی رانش حتی بیشتر شود" یک مسیر توسعه گسترده است، در صورت تمایل، می توانید بخش های بیشتری را قرار دهید و نیروی رانش بیشتری را به دست آورید، محدودیت هنوز نرسیده است. غیر محسوس است که این مسیر به تعالی فنی منتهی شده است.

رتبه دوم از نظر رانش در اختیار موتور مایع داخلی RD-171M - 793 تن است.


چهار محفظه احتراق یک موتور هستند. و انسان برای مقیاس

به نظر می رسد که او قهرمان ما اینجاست. اما اگر این بهترین موتور است، موفقیت آن کجاست؟ خوب، موشک انرژیا زیر آوار اتحاد شوروی فروپاشیده مرد و زنیت با سیاست روابط روسیه و اوکراین به پایان رسید. اما چرا آمریکا نه این موتور فوق العاده، بلکه نیم سایز RD-180 را از ما می خرد؟ چرا RD-180 که به عنوان "نیمی" از RD-170 شروع شد، اکنون بیش از نیمی از نیروی رانش RD-170 - به اندازه 416 تن را تولید می کند؟ عجیب. غیر واضح.

مکان های سوم و چهارم از نظر رانش توسط موتورهای راکتی اشغال شده است که دیگر پرواز نمی کنند. به دلایلی، پیشران جامد UA1207 (714 تن) که بر روی تیتان IV قرار داشت و ستاره برنامه قمری، موتور F-1 (679 تن)، تا به امروز با نشانگرهای قدرت برجسته کمکی نکردند. شاید پارامتر دیگری مهمتر باشد؟

کارآمدتر

چه شاخصی کارایی موتور را تعیین می کند؟ اگر یک موتور موشک برای شتاب دادن به موشک سوخت می سوزاند، پس هر چه کارآمدتر این کار را انجام دهد، سوخت کمتری برای رسیدن به مدار / ماه / مریخ / آلفا قنطورس نیاز داریم. در بالستیک، برای ارزیابی چنین بازدهی یک پارامتر خاص وجود دارد - ضربه خاص.
انگیزه خاصنشان می دهد که موتور چند ثانیه می تواند یک نیوتن رانش را روی یک کیلوگرم سوخت ایجاد کند

دارندگان رکورد رانش، در بهترین حالت، در وسط لیست قرار می گیرند، اگر آن را بر اساس ضربه خاص مرتب کنید، و F-1 با تقویت کننده های موشک جامد در اعماق دم قرار می گیرند. به نظر می رسد که این مهمترین ویژگی است. اما بیایید به رهبران این لیست نگاه کنیم. موتور محرکه الکتریکی کم شناخته شده HiPEP با نشانگر 9620 ثانیه در رتبه اول قرار دارد.


این آتش مایکروویو نیست، بلکه یک موتور موشک واقعی است. درست است، مایکروویو هنوز یک بستگان بسیار دور است ...

موتور HiPEP برای یک پروژه کاوشگر بسته برای اکتشاف قمرهای مشتری ساخته شد و کار روی آن در سال 2005 متوقف شد. طبق گزارش رسمی ناسا، در طول آزمایش، موتور نمونه اولیه، یک ضربه خاص 9620 ثانیه ایجاد کرد که 40 کیلووات انرژی مصرف می کرد.

مکان های دوم و سوم توسط موتورهای جت الکتریکی هنوز پرواز نشده VASIMR (5000 ثانیه) و NEXT (4100 ثانیه) اشغال شده است که ویژگی های خود را در نیمکت های آزمایش نشان دادند. و موتورهایی که به فضا پرواز کرده اند (به عنوان مثال، یک سری موتورهای SPD داخلی از دفتر طراحی Fakel) دارای رتبه بندی عملکرد تا 3000 ثانیه هستند.


موتورهای سری SPD چه کسی گفته است "بلندگوهای با نور پس زمینه جالب"؟

چرا این موتورها هنوز جایگزین بقیه موتورها نشده اند؟ پاسخ ساده است اگر به پارامترهای دیگر آنها نگاه کنیم. نیروی رانش موتورهای جت الکتریکی، افسوس، بر حسب گرم اندازه گیری می شود و اصلاً نمی توانند در جو کار کنند. بنابراین، مونتاژ یک پرتابگر فوق کارآمد با استفاده از چنین موتورهایی امکان پذیر نخواهد بود. و در فضا به کیلووات انرژی نیاز دارند که همه ماهواره ها توانایی پرداخت آن را ندارند. بنابراین موتورهای نیروی محرکه الکتریکی عمدتاً فقط در ایستگاه های بین سیاره ای و ماهواره های ارتباطی زمین ایستا مورد استفاده قرار می گیرند.

خوب، خوب، خواننده خواهد گفت، بیایید موتورهای جت الکتریکی را کنار بگذاریم. چه کسی رکورد ضربه خاص را در بین موتورهای شیمیایی خواهد داشت؟

با نشانگر 462 ثانیه، رهبران موتورهای شیمیایی KVD1 داخلی و RL-10 آمریکایی خواهند بود. و در حالی که KVD1 تنها 6 بار به عنوان بخشی از راکت GSLV هند پرواز کرده است، RL-10 یک موتور مرحله بالا و مرحله بالایی موفق و قابل احترام است که برای سال ها عملکرد خوبی داشته است. در تئوری، می توان یک پرتابگر را به طور کامل از چنین موتورهایی مونتاژ کرد، اما رانش یک موتور 11 تنی به این معنی است که ده ها فروند از آنها باید در مرحله اول و دوم نصب شوند و کسی مایل به انجام این کار نیست. این.

آیا می توان نیروی رانش بالا و ضربه خاص بالا را با هم ترکیب کرد؟ موتورهای شیمیایی با قوانین جهان ما برخورد کرده اند (خوب، هیدروژن و اکسیژن با یک تکانه خاص بیشتر از ~460 نمی سوزند، فیزیک آن را ممنوع کرده است). پروژه هایی برای موتورهای هسته ای (،) وجود داشت، اما این هنوز از پروژه ها فراتر نرفته است. اما، به طور کلی، اگر بشریت بتواند نیروی رانش بالا را با تکانه ویژه بالا ترکیب کند، این باعث می شود که فضا در دسترس تر باشد. آیا شاخص های دیگری وجود دارد که می توانید موتور را ارزیابی کنید؟

شدیدتر

یک موتور موشک جرم (محصولات احتراق یا سیال کاری) را ساطع می کند و نیروی رانش ایجاد می کند. هرچه فشار در محفظه احتراق بیشتر باشد، رانش بیشتر و عمدتاً در جو، ضربه خاص بیشتر می شود. موتوری با فشار محفظه احتراق بالاتر نسبت به موتورهای کم فشار با همان سوخت کارآمدتر خواهد بود. و اگر لیست موتورها را بر اساس فشار در محفظه احتراق مرتب کنیم ، آنگاه پایه توسط روسیه / اتحاد جماهیر شوروی اشغال می شود - در مدرسه طراحی ما آنها تمام تلاش خود را کردند تا موتورهای کارآمد با پارامترهای بالا بسازند. سه مکان اول توسط خانواده ای از موتورهای اکسیژن-نفت سفید مبتنی بر RD-170 اشغال شده است: RD-191 (259 atm)، RD-180 (258 atm)، RD-171M (246 atm).


محفظه احتراق RD-180 در موزه. به تعداد گل میخ های نگهدارنده پوشش محفظه احتراق و فاصله بین آنها توجه کنید. شما به وضوح می بینید که چقدر سخت است جلوی کسانی که سعی می کنند درپوش 258 اتمسفر فشار را بردارند.

رتبه چهارم به RD-0120 شوروی (216 اتمسفر) تعلق دارد که در بین موتورهای هیدروژن-اکسیژن پیشتاز است و دو بار بر روی پرتابگر Energia پرواز کرده است. رتبه پنجم نیز توسط موتور ما - RD-264 در جفت سوخت نامتقارن دی متیل هیدرازین/تتروکسید نیتروژن در وسیله نقلیه پرتاب Dnepr با فشار 207 اتمسفر است. و تنها در جایگاه ششم موتور شاتل فضایی آمریکا RS-25 با دویست و سه اتمسفر قرار خواهد گرفت.

قابل اعتمادتر

مهم نیست که یک موتور چقدر از نظر عملکرد امیدوارکننده باشد، اگر هر بار منفجر شود، فایده چندانی نخواهد داشت. به عنوان مثال، اخیراً، شرکت Orbital مجبور شد استفاده از موتورهای NK-33 با عملکرد بسیار بالا را که برای چندین دهه ذخیره شده بودند، کنار بگذارد، زیرا تصادف در ایستگاه آزمایش و انفجار تماشایی موتور در شب آنتارس. وسیله نقلیه پرتاب، امکان استفاده بیشتر از این موتورها را مورد تردید قرار داد. اکنون Antares به RD-181 روسی منتقل می شود.


عکس بزرگ در لینک

برعکس نیز صادق است - موتوری که نیروی رانش برجسته یا مقادیر ضربه خاصی ندارد، اما قابل اعتماد است، محبوب خواهد بود. هرچه سابقه استفاده از موتور طولانی‌تر باشد، آمار بیشتر می‌شود و باگ‌های بیشتری در آن از تصادف‌هایی که قبلاً رخ داده بود، کشف می‌کردند. موتورهای RD-107/108 در سایوز منشأ خود را به همان موتورهایی برمی‌گردانند که اولین ماهواره و گاگارین را پرتاب کردند و با وجود مدرن‌سازی، امروزه پارامترهای نسبتاً کمی دارند. اما بالاترین قابلیت اطمینان تا حد زیادی آن را جبران می کند.

در دسترس تر است

موتوری که نمی توانید بسازید یا بخرید برای شما ارزشی ندارد. این پارامتر را نمی توان به صورت اعداد بیان کرد، اما این باعث کاهش اهمیت آن نمی شود. شرکت های خصوصی اغلب نمی توانند موتورهای آماده را با قیمت بالا بخرند و مجبورند موتورهای خود را هر چند ساده تر بسازند. علیرغم این واقعیت که آنها از نظر ویژگی ها نمی درخشند، اینها بهترین موتورها برای توسعه دهندگان آنها هستند. به عنوان مثال، فشار محفظه احتراق موتور Merlin-1D اسپیس ایکس تنها 95 اتمسفر است، آستانه ای که مهندسان شوروی در دهه 1960 و مهندسان آمریکایی در دهه 1980 از آن عبور کردند. اما ماسک می‌تواند این موتورها را در کارخانه‌های تولیدی خودش بسازد و آنها را با قیمت تمام شده در مقادیر مورد نیاز، در ده‌ها سال در سال به دست آورد، و این عالی است.


موتور Merlin-1D. اگزوز ژنراتور گاز مانند اطلس شصت سال پیش است، اما در دسترس است.

TWR

از آنجایی که ما در مورد Merlins اسپیس ایکس صحبت می کنیم، نمی توانیم ویژگی ای را که افراد روابط عمومی و طرفداران اسپیس ایکس به هر طریق ممکن بر آن تاکید کرده اند را ذکر نکنیم - نسبت رانش به وزن. نسبت رانش به وزن (همچنین به عنوان رانش خاص یا TWR شناخته می شود) نسبت نیروی رانش موتور به وزن آن است. در این پارامتر، موتورهای مرلین بسیار جلوتر هستند، آنها آن را بالای 150 دارند. در وب سایت SpaceX آنها می نویسند که این موتور را به "کارآمدترین موتور ساخته شده تا کنون" تبدیل می کند، و این اطلاعات توسط افراد روابط عمومی و طرفداران در منابع دیگر پخش می شود. حتی یک جنگ آرام در ویکی‌پدیای انگلیسی وجود داشت که این پارامتر در هر کجا که ممکن بود فشار داده شد، که منجر به حذف کامل این ستون از جدول مقایسه موتور شد. افسوس، چنین بیانیه ای حاوی روابط عمومی بسیار بیشتر از حقیقت است. در شکل خالص آن، نسبت رانش به وزن یک موتور را فقط می توان بر روی پایه به دست آورد، و زمانی که یک موشک واقعی پرتاب می شود، موتورها کمتر از درصد جرم آن را تشکیل می دهند و تفاوت در جرم آن موتورها هیچ تاثیری ندارند. اگرچه موتوری با TWR بالا از نظر فناوری پیشرفته‌تر از موتوری با TWR پایین است، این بیشتر معیاری برای سادگی فنی و سهولت موتور است. به عنوان مثال، از نظر نسبت رانش به وزن، موتور F-1 (94) نسبت به RD-180 (78) برتری دارد، اما از نظر ضربه و فشار خاص در محفظه احتراق، F-1 به طور محسوسی پایین تر باشد و قرار دادن نسبت رانش به وزن بر روی پایه به عنوان مهمترین مشخصه موتور موشک، حداقل ساده لوحانه است.

قیمت

این پارامتر ارتباط زیادی با قابلیت دسترسی دارد. اگر موتور را خودتان بسازید، هزینه آن قابل محاسبه است. در صورت خرید، این پارامتر به صراحت نشان داده می شود. متأسفانه ساخت یک جدول زیبا بر اساس این پارامتر غیرممکن است، زیرا قیمت تمام شده فقط برای تولید کنندگان مشخص است و قیمت فروش موتور نیز همیشه منتشر نمی شود. اگر در سال 2009 RD-180 9 میلیون دلار تخمین زده می شد، زمان بر قیمت آن تأثیر می گذارد، اکنون 11-15 میلیون دلار تخمین زده می شود.

نتیجه

همانطور که احتمالاً قبلاً حدس زده اید، مقدمه تا حدودی تحریک آمیز نوشته شده است (با عرض پوزش). در واقع، موتورهای موشک یک پارامتر ندارند که بتوان با آن آنها را ردیف کرد و به وضوح بیان کرد که کدام بهترین است. اگر سعی کنید فرمول بهترین موتور را استخراج کنید، چیزی شبیه به زیر دریافت خواهید کرد:
بهترین موتور موشک موتوری است که که می توانید تولید/خرید کنید، در حالی که او خواهد داشت رانش در محدوده مورد نیاز شما(نه خیلی بزرگ یا کوچک) و به همان اندازه موثر خواهد بود( ضربه خاص، فشار محفظه احتراق) او چیست قیمتبرای شما خیلی سنگین نخواهد شد

حوصله سر بر؟ اما به حقیقت نزدیک تر است.

و در پایان ، یک رژه کوچک موتورهایی که من شخصاً آنها را بهترین می دانم:


خانواده RD-170/180/190. اگر اهل روسیه هستید یا می توانید موتورهای روسی بخرید و برای مرحله اول به موتورهای قدرتمند نیاز دارید، خانواده RD-170/180/190 یک گزینه عالی خواهد بود. کارآمد، با عملکرد بالا و آمار قابلیت اطمینان عالی، این موتورها در خط مقدم پیشرفت تکنولوژی هستند.


Be-3 و RocketMotorTwo. موتورهای شرکت های خصوصی درگیر در گردشگری زیرمداری تنها برای چند دقیقه در فضا خواهند بود، اما این مانع از تحسین زیبایی راه حل های فنی استفاده شده نمی شود. موتور هیدروژن BE-3، قابل راه اندازی مجدد و دریچه گاز در طیف گسترده ای، با رانش تا 50 تن و طراحی اصلی تغییر فاز باز، توسعه یافته توسط یک تیم نسبتا کوچک، جالب است. در مورد RocketMotorTwo، با تمام شک و تردیدی که نسبت به برانسون و SpaceShipTwo دارم، نمی توانم زیبایی و سادگی طراحی موتور هیبریدی با سوخت جامد و اکسید کننده گازی را تحسین نکنم.

F-1 و J-2در دهه 1960، این موتورها قدرتمندترین موتورها در کلاس خود بودند. و نمی توان موتورهایی را که چنین زیبایی به ما بخشیدند دوست نداشت:


RD-107/108. متناقض؟ پارامترهای پایین؟ فقط 90 تن رانش؟ 60 اتمسفر در اتاق؟ درایو توربوپمپ از پراکسید هیدروژن، که 70 سال منسوخ شده است؟ همه اینها مهم نیست که موتور بالاترین قابلیت اطمینان را داشته باشد و هزینه نزدیک به آن است