Specifični impuls i učinkovitost motora. Specifični potisak ili specifični impuls Potisak raketnog motora mjeri se u

Kada se radi o usporedbi učinkovitosti različitih vrsta motora, inženjeri obično govore o specifičnom impulsu. Specifični impuls se definira kao promjena impulsa po jedinici mase potrošenog goriva. Dakle, što je motor učinkovitiji, to je manje goriva potrebno za lansiranje rakete u svemir. Impuls je pak rezultat djelovanja sile tijekom određenog vremena. Kemijske rakete, iako imaju vrlo veliki potisak, rade samo nekoliko minuta i stoga imaju vrlo nizak specifični impuls. Ionski motori, koji mogu raditi godinama, mogu imati visok specifični impuls s vrlo niskim potiskom.

Specifični impuls se mjeri u sekundama. Prosječna raketa s kemijskim motorom može imati specifični impuls do 400-500 s. Dakle, specifični impuls motora shuttlea je 453 s. (Najveći specifični impuls postignut do sada za kemijski mlazni motor bio je 542 s; ovaj je motor koristio egzotičnu mješavinu vodika, litija i fluora kao gorivo.) SMART-1 ionski motor imao je specifični impuls od 1640 s. Za nuklearne raketne motore ovaj parametar doseže 850 s.

Raketa sposobna postići brzinu svjetlosti imala bi najveći mogući specifični impuls. Njegov specifični impuls iznosio bi oko 30 milijuna. U nastavku je prikazana tablica specifičnih impulsa karakterističnih za različite vrste mlaznih motora.

Vrsta motora (specifični impuls)

Kruto gorivo (250)

Tekućina (450)

ionski (3000)

Plazma VASIMR (1000-30 000)

Atomski (800-1000)

Fusion izravni protok (2500-200 000)

Nuklearni puls (10 000-1 000 000)

O antimateriji (1.000.000-10.000.000)

(U principu, lasersko jedro i ramjet motor uopće nemaju rezervu goriva, pa stoga specifični impuls nije bitna karakteristika za njih; međutim, ovi dizajni imaju svoje probleme.)

Svemirski lift

Jedna od ozbiljnih prepreka za realizaciju mnogih zvjezdanih projekata je to što se brodovi zbog svoje ogromne veličine i težine ne mogu graditi na Zemlji. Neki znanstvenici predlažu njihovo prikupljanje u svemiru, gdje, zahvaljujući bestežinskom stanju, astronauti mogu lako podizati i pomicati nevjerojatno teške predmete. Ali današnji kritičari s pravom ukazuju na previsoke troškove montaže prostora. Primjerice, za kompletno sklapanje Međunarodne svemirske postaje bit će potrebno oko 50 lansiranja shuttlea, a njezin se trošak, uključujući i ove letove, približava 100 milijardi dolara. Riječ je o najskupljem znanstvenom projektu u povijesti, no izgradnja međuzvjezdane svemirske jedrilice odn brod s ram lijevkom u svemiru koštao bi višestruko skuplje.

Ali, kao što je pisac znanstvene fantastike Robert Heinlein volio reći, ako se možete uzdići 160 km iznad Zemlje, već ste na pola puta do bilo koje točke Sunčevog sustava. To je zato što pri svakom lansiranju prvih 160 km, kada raketa pokušava pobjeći gravitacijskim vezama, "pojedu" lavovski dio troškova. Nakon toga, brod, moglo bi se reći, već može stići do Plutona ili dalje.

Jedan od načina da se dramatično smanje troškovi letova u budućnosti je izgradnja svemirskog dizala. Ideja penjanja na nebo na užetu nije nova - uzmite, na primjer, bajku "Jack i stabljika graha"; bajka je bajka, ali odnesete li kraj užeta u svemir, ideja bi se mogla i ostvariti. U tom bi slučaju centrifugalna sila Zemljine rotacije bila dovoljna da neutralizira silu gravitacije, a uže nikada ne bi palo na tlo. Čarobno bi se uzdigla okomito i nestala u oblacima.

(Zamislite lopticu koju vrtite na niti. Čini se da na lopticu ne utječe gravitacija; činjenica je da je centrifugalna sila gura dalje od središta rotacije. Na isti način, vrlo dugo uže može visjeti u zraku zbog rotacije Zemlje.) Nema potrebe držati uže; bit će dovoljna rotacija Zemlje. Teoretski, osoba bi se mogla popeti na takvo uže i dići se ravno u svemir. Ponekad od studenata fizike tražimo da izračunaju napetost u takvom užetu. Lako je pokazati da čak ni čelični kabel ne može izdržati takvu napetost; Zato se dugo vremena vjerovalo da se svemirski lift ne može realizirati.

Prvi znanstvenik koji se ozbiljno zainteresirao za problem svemirskog dizala bio je ruski znanstvenik-vizionar Konstantin Ciolkovski. Godine 1895., inspiriran Eiffelovim tornjem, zamislio je toranj koji bi se uzdizao ravno u svemir i povezivao Zemlju sa "zvjezdanim dvorcem" koji lebdi u svemiru. Trebao se graditi odozdo prema gore, počevši od Zemlje, odakle bi inženjeri polako gradili svemirski lift do nebesa.

Godine 1957. ruski znanstvenik Yuri Artsutanov predložio je novo rješenje: izgraditi svemirski lift obrnutim redoslijedom, odozgo prema dolje, počevši od svemira. Autor je zamislio satelit u geostacionarnoj orbiti na udaljenosti od 36 000 km od Zemlje - sa Zemlje bi izgledao nepomičan; s ovog satelita predloženo je da se kabel spusti na Zemlju i zatim ga učvrsti na najnižoj točki. Problem je u tome što bi kabel za svemirski lift morao izdržati napetost od oko 60-100 GPa. Čelik se lomi pri napetosti od oko 2 GPa, što pobija svrhu ideje.

Kasnije je šira publika upoznata s idejom svemirskog dizala; 1979. godine objavljen je roman Arthura C. Clarkea "The Fountains of Paradise", a 1982. godine objavljen je roman Roberta Heinleina "Petak". Ali kako je napredak u ovom smjeru zastao, to je zaboravljeno.

Situacija se dramatično promijenila kada su kemičari izumili ugljikove nanocijevi. Zanimanje za njih naglo je poraslo nakon objavljivanja rada Sumio Iijime iz Nippon Electrica 1991. godine. (Mora se reći da je postojanje ugljikovih nanocijevi poznato još od 1950-ih, ali se na njih dugo nije obraćala pažnja.) Nanocijevi su mnogo jače, ali ujedno i puno lakše od čeličnih kablova. Strogo govoreći, njihova snaga čak premašuje razinu potrebnu za svemirsko dizalo. Prema znanstvenicima, vlakna ugljikovih nanocijevi trebala bi izdržati pritisak od 120 GPa, što je osjetno više od potrebnog minimuma. Nakon ovog otkrića, pokušaji stvaranja svemirskog dizala nastavljeni su novom snagom.

Godine 1999. objavljena je velika studija NASA-e; predviđao je svemirsko dizalo u obliku vrpce široke otprilike jedan metar i dugačke oko 47.000 km, sposobno dostaviti teret težak oko 15 tona u orbitu oko Zemlje. Implementacija takvog projekta trenutačno bi potpuno promijenila ekonomiju putovanje svemirom. Trošak dostave tereta u orbitu odmah bi se smanjio za 10.000 puta; Takva se promjena ne može nazvati drugačije nego revolucionarnom.

Trenutno, dostava jedne funte tereta u nisku Zemljinu orbitu košta najmanje 10.000 dolara, dakle, svaki let shuttlea košta oko 700 milijuna dolara. Ovakvo radikalno smanjenje troškova svemirskog programa moglo bi potpuno promijeniti način na koji razmišljamo o svemirskim putovanjima. Jednostavnim pritiskom na tipku mogli biste pokrenuti dizalo i popeti se u svemir za istu svotu novca kao, recimo, avionska karta.

Ali prije nego što izgradimo svemirski lift koji nas može lako odvesti u nebo, moramo prevladati vrlo ozbiljne prepreke. Trenutno najduže vlakno ugljikove nanocijevi proizvedeno u laboratoriju ne prelazi duljinu od 15 mm. Svemirsko dizalo zahtijevalo bi kablove od nanocijevi duge tisuće kilometara. Naravno, sa znanstvenog gledišta ovo je čisto tehnički problem, ali treba ga riješiti, a može biti tvrdoglavo i teško. Ipak, mnogi su znanstvenici uvjereni da će nam trebati nekoliko desetljeća da ovladamo tehnologijom proizvodnje dugih kabela od ugljikovih nanocijevi.

Drugi problem je što, zbog mikroskopskih poremećaja u strukturi ugljikovih nanocijevi, dobivanje dugih kabela uopće može biti problematično. Nicola Pugno s Politecnico di Turin procjenjuje da ako samo jedan atom u ugljikovoj nanocijevi nije na svom mjestu, čvrstoća cijevi može se odmah smanjiti za 30%. Sve u svemu, defekti na atomskoj razini mogu kabelu od nanocijevi oduzeti 70% njegove čvrstoće; u tom će slučaju dopušteno opterećenje biti niže od minimalnih gigapaskala, bez kojih je nemoguće izgraditi svemirsko dizalo.

U nastojanju da potakne privatni interes za razvoj svemirskog dizala, NASA je objavila dva odvojena natječaja. (Kao primjer uzeto je natjecanje Ansari X-Prize s nagradom od 10 milijuna dolara. Natjecanje je uspješno potaknulo interes poduzetnih investitora za stvaranje komercijalnih raketa sposobnih podići putnike do samog ruba svemira; najavljena nagrada primljena je u 2004. brodom SpaceShipOne.) NASA-ina natjecanja nazivaju se Beam Power Challenge i Tether Challenge.

Kako bi pobijedio u prvom, tim istraživača mora stvoriti mehaničku napravu koja može podići teret težak najmanje 25 kg (uključujući vlastitu težinu) uz kabel (ovješen na, recimo, krak dizalice) brzinom od 1 m /s do visine od 50 m može se činiti jednostavnim, ali problem je u tome što ovaj uređaj ne treba koristiti gorivo, baterije ili električni kabel. Umjesto toga, robotsko dizalo mora se napajati solarnim panelima, solarnim reflektorima, laserima ili mikrovalnim zračenjem, tj. iz onih izvora energije koji su pogodni za korištenje u svemiru.

Da bi pobijedio u Tether Challengeu, tim mora predati dvometarske komade tethera koji ne teže više od dva grama svaki; Štoviše, takav kabel mora izdržati opterećenje 50% veće od najboljeg primjerka iz prethodne godine. Cilj ovog natjecanja je potaknuti istraživanje u razvoju ultra-laganih materijala koji su dovoljno jaki da se protežu 100.000 km u svemir. Pobjednici će dobiti nagrade od 150 000 USD, 40 000 USD i 10 000 USD (da naglasimo izazov, nitko nije dobio nagradu 2005. godine, prve godine natjecanja.)

Naravno, dizalo radnog prostora može dramatično promijeniti svemirski program, ali ima i svojih nedostataka. Dakle, putanja satelita u niskoj Zemljinoj orbiti stalno se pomiče u odnosu na Zemlju (jer se Zemlja okreće ispod njih). To znači da bi se s vremenom bilo koji od satelita mogao sudariti sa svemirskim dizalom pri brzini od 8 km/s; ovo će biti više nego dovoljno da prekinete kabel. Kako bi se spriječila slična katastrofa u budućnosti, bit će potrebno ili osigurati male rakete na svakom satelitu koje bi mu omogućile da zaobiđe dizalo, ili opremiti sam tether malim raketama kako bi se mogao pomaknuti s putanje sateliti.

Osim toga, sudari s mikrometeoritima mogu postati problem - uostalom, svemirski lift će se uzdići daleko izvan Zemljine atmosfere, koja nas u većini slučajeva štiti od meteora. Budući da se takvi sudari ne mogu predvidjeti, svemirsko dizalo će morati biti opremljeno dodatnom zaštitom, a možda čak i sigurnosnim rezervnim sustavima. Atmosferski fenomeni poput uragana, plimnih valova i oluja također mogu predstavljati problem.

Gravitacijski manevar

Postoji još jedan način da se objekt ubrza do brzine bliske brzini svjetlosti - pomoću "efekta praćke". Kada šalje svemirske sonde na druge planete, NASA ih ponekad prisiljava da manevriraju oko susjednog planeta kako bi iskoristili "efekt praćke" za dodatno ubrzanje uređaja. Ovako NASA štedi dragocjeno raketno gorivo. Tako je Voyager 2 uspio doletjeti do Neptuna čija se orbita nalazi na samom rubu Sunčevog sustava.

Freeman Dyson, fizičar s Princetona, iznio je zanimljiv prijedlog. Ako jednog dana u dalekoj budućnosti čovječanstvo uspije otkriti dvije neutronske zvijezde u svemiru koje se velikom brzinom okreću oko zajedničkog središta, tada zemaljski brod, koji leti vrlo blizu jedne od tih zvijezda, može, zahvaljujući gravitacijskom manevru, dobiti brzinu jednaka gotovo trećini brzine svjetlosti. Kao rezultat toga, brod bi ubrzao do brzina blizu svjetlosti zbog gravitacije. Teoretski, to bi se moglo dogoditi.

Drugi znanstvenici predlažu korištenje našeg vlastitog svjetiljke u tu svrhu. Ovu metodu koristila je, primjerice, posada zvjezdanog broda Enterprise u filmu Zvjezdane staze IV: Putovanje kući. Nakon što su oteli klingonski brod, posada Enterprisea ga je poslala duž putanje blizu Sunca kako bi probio svjetlosnu barijeru i vratio se u prošlost. U filmu When Worlds Collide Zemlji prijeti sudar asteroida. Kako bi pobjegli s planeta osuđenog na propast, znanstvenici grade ogromnu strukturu poput tobogana. Krećući se nizbrdo, raketni brod ubrzava ogromnu brzinu, zatim se okreće na dnu u malom radijusu - i naprijed u svemir.

Ali u stvarnosti, nijedan od ovih načina ubrzanja pomoću gravitacije neće funkcionirati. (Zakon održanja energije kaže da kolica na toboganu, ubrzavajući na spustu i usporavajući na usponu, završavaju na vrhu točno istom brzinom kao na samom početku - ne dolazi do povećanja energije. na isti način, okrećući se oko nepomičnog Sunca, završit ćemo na točno istoj brzini kojom smo započeli manevar.) Dysonova metoda s dvije neutronske zvijezde bi u principu mogla funkcionirati, ali samo zato što se neutronske zvijezde brzo kreću. Svemirska letjelica koja koristi gravitacijski manevar dobiva povećanje energije zbog kretanja planeta ili zvijezde. Ako su nepomični, takav manevar neće učiniti ništa.

A Dysonov prijedlog, iako bi mogao funkcionirati, neće nimalo pomoći današnjim zemaljskim znanstvenicima - nakon svega, da biste posjetili brzo rotirajuće neutronske zvijezde, prvo ćete morati izgraditi zvjezdani brod.

Od puške do neba

Još jedan pametan način lansiranja broda u svemir i ubrzanja do fantastičnih brzina je pucanje iz elektromagnetskog "pištolja" postavljenog na tračnice, što je opisano u djelima Arthura Clarkea i drugih autora znanstvene fantastike. Projekt se trenutno ozbiljno razmatra kao mogući dio proturaketnog obrambenog štita Ratova zvijezda.

Metoda je korištenje energije elektromagnetizma za ubrzavanje rakete do velikih brzina umjesto raketnog goriva ili baruta.

U svom najjednostavnijem obliku, tračnica se sastoji od dvije paralelne žice ili tračnice; projektil, ili projektil, "sjedi" na obje tračnice, tvoreći konfiguraciju u obliku slova U. Michael Faraday također je znao da na okvir s električnom strujom u magnetskom polju djeluje sila. (Općenito govoreći, svi električni motori rade na ovom principu.) Ako kroz tračnice i projektil propustite električnu struju od milijuna ampera, oko cijelog sustava pojavit će se izuzetno snažno magnetsko polje, koje će zauzvrat pokretati projektil duž tračnica, ubrzavajući ga do ogromne brzine i bit će izbačen u svemir s kraja tračničkog sustava.

Tijekom testiranja, elektromagnetske tračnice uspješno su ispaljivale metalne objekte ogromnim brzinama, ubrzavajući ih na vrlo maloj udaljenosti. Ono što je sjajno je da, u teoriji, obična tračnica može ispaliti metalni projektil brzinom od 8 km/s; to je dovoljno da se stavi u nisku Zemljinu orbitu. U principu, cijela NASA-ina raketna flota mogla bi se zamijeniti željezničkim topovima koji bi ispaljivali teret izravno s površine Zemlje u orbitu.

Rail top ima značajne prednosti u odnosu na kemijske topove i projektile. Kada pucate iz pištolja, najveća brzina pri kojoj plinovi koji se šire mogu izgurati metak iz cijevi ograničena je brzinom udarnog vala. Jules Berne, u klasičnom romanu Sa Zemlje na Mjesec, ispalio je projektil koji je nosio astronaute na Mjesec pomoću baruta, ali zapravo nije teško izračunati da je maksimalna brzina koju barutno punjenje može prenijeti projektilu višestruko veća od manja od brzine potrebne za let do Mjeseca . Tračnički top ne koristi eksplozivno širenje plinova i stoga ni na koji način ne ovisi o brzini širenja udarnog vala.

Ali šinski top ima svojih problema. Predmeti na njemu ubrzavaju tako brzo da se spljošte zbog sudara... sa zrakom. Korisni teret se jako deformira kada se ispali iz cijevi tračnice, jer kada projektil pogodi zrak, to je kao da je udario u zid od opeke. Osim toga, tijekom ubrzanja projektil doživljava enormno ubrzanje, što samo po sebi može uvelike deformirati teret. Tračnice se moraju redovito mijenjati, jer ih projektil također deformira prilikom kretanja. Štoviše, preopterećenja u rail topu su kobna za ljude; ljudske kosti jednostavno ne mogu izdržati takvo ubrzanje i srušit će se.

Jedno od rješenja je postavljanje željezničkog topa na Mjesec. Tamo, izvan Zemljine atmosfere, projektil će moći nesmetano ubrzavati u vakuumu svemira. Ali čak i na Mjesecu, projektil će doživjeti ogromna preopterećenja tijekom ubrzanja, što može oštetiti i deformirati teret. U određenom smislu, željeznički top je suprotnost laserskom jedru, koje s vremenom postupno dobiva na brzini. Ograničenja šinskog topa određena su upravo činjenicom da prenosi ogromnu energiju na tijelo na maloj udaljenosti iu kratkom vremenu.

Tračnički top koji bi mogao ispaliti vozilo prema najbližim zvijezdama bio bi vrlo skupa konstrukcija. Tako jedan od projekata uključuje izgradnju u svemiru tračnice duljine dvije trećine udaljenosti od Zemlje do Sunca. Ovaj bi pištolj pohranjivao sunčevu energiju i zatim je svu odjednom trošio, ubrzavajući teret od deset tona do brzine jednake trećini brzine svjetlosti. U ovom slučaju, "projektil" će doživjeti preopterećenje od 5000 g. Naravno, samo će najotporniji robotski brodovi moći "preživjeti" takvo lansiranje.

Jedan od glavnih pokazatelja učinkovitosti raketnog motora je specifični potisak, ili specifični impuls. Ovi sinonimi znače istu stvar, ali u različitim formulacijama.

Specifični potisak je potisak motora podijeljen sekundnom težinskom potrošnjom radne tekućine

pri čemu se drugi protok uzima, naravno, pod uvjetima koji su zadani površini Zemlje.

Pod specifičnim impulsom podrazumijeva se impuls koji stvara motor po kilogramu težine odbačene radne tekućine. Razlika između specifičnog potiska i specifičnog impulsa je samo u tome što se prvi mjeri u , a drugi u . I po veličini i po dimenzijama ništa se ne mijenja. Specifični potisak i specifični impuls mjere se sekundama, a terminološka privrženost određena je samo ustaljenim tradicijama. U nekim skupinama, iz navike, koriste jedan izraz, u drugima drugi. U razgovornoj komunikaciji jedinica “sekunda” obično se zanemaruje i zamjenjuje riječju “jedinica”. Na primjer, možete čuti: "Motor daje 315 jedinica specifičnog potiska..." ili - "Ovo vam omogućuje povećanje specifičnog impulsa za tri jedinice...". Prema izrazu (1.5)

Specifični potisak, kao što vidimo, prvenstveno je određen brzinom ispuha W a, što ovisi ne samo o svojstvima goriva, već io značajkama dizajna motora. Ovisno o izvedbi motora mijenjaju se uvjeti izgaranja goriva i protok produkata izgaranja. Kod svih tipova raketnih motora postoji masovna potrošnja za unutarnje potrebe motora, kako se kaže, za servisne potrebe. Na primjer, potrošnja produkata razgradnje vodikovog peroksida za rad turbine i potrošnja stlačenog plina pri ispuštanju iz spremnika. Naravno, pri izračunavanju specifičnog potiska ovaj nužni, ali neproduktivni utrošak mase mora se zbrojiti s glavnim, što donekle smanjuje vrijednost specifičnog potiska.

Što je veći specifični potisak, motor je napredniji, a svaka dodatna jedinica specifičnog potiska visoko je cijenjena, posebno za glavne pogonske sustave svemirskih raketa.

Specifični potisak ovisi o visini leta. Stoga, kada žele karakterizirati učinkovitost motora, obično ga zovu prazan specifični potisak

Gdje mi- efektivna brzina ispuha u m/sek.

Vrijednost praznog specifičnog potiska modernih raketnih motora za sve postojeće vrste kemijskih raketnih goriva kreće se u rasponu od 250 do 460 jedinica.

Državni standard (GOST 17655-72, Raketni motori na tekuće gorivo. Pojmovi i definicije) sada je uveo još jedan parametar za raketne motore na tekuće gorivo koji karakterizira učinkovitost, naime, specifični impuls potiska raketnog motora na tekuće gorivo- Jy. Razlikuje se od specifičnog impulsa po tome što se potisak ne odnosi na težinu, već na maseni protok u sekundi


i ne mjeri se u s, iu n s/kg, tj. u m/s. Specifični impuls potiska raketnog motora na tekuće gorivo je već poznata efektivna ispušna brzina, čija se upotreba sada proteže i na atmosferski dio leta. Specifični impuls potiska raketnog motora povezan je sa specifičnim potiskom očitim odnosom:

a brojčano gledano:

Opširnost pojma provocira njegovu skraćenicu, a specifični impuls potiska raketnog motora često se naziva specifičnim impulsom, što za sobom povlači semantičku distorziju. Međutim, deseterostruka brojčana razlika pomaže. Ako je u tehničkoj dokumentaciji za motor na kemijsko gorivo specifični impuls naveden u stotinama jedinica, tada zapravo govorimo o specifičnom impulsu mjerenom u sek; ako je u tisućama, nema sumnje da je to specifični impuls potiska raketnog motora, izražen u m/s.

Specifični impuls

Specifični impuls ili specifični potisak(Engleski) specifični impuls) je pokazatelj učinkovitosti raketnog motora. Ponekad se oba pojma koriste naizmjenično, što znači da su, zapravo, ista karakteristika. Specifični potisak obično se koristi u unutarnjoj balistici, dok specifični impuls- u vanjskoj balistici. Dimenzija specifičnog impulsa je dimenzija brzine, u SI sustavu jedinica to i jest metar u sekundi.

Definicije

Specifični impuls- karakteristika mlaznog motora, jednaka omjeru impulsa (količine gibanja) koji stvara i protoka (obično mase, ali također može biti povezana, na primjer, s težinom ili volumenom) goriva. Što je veći specifični impuls, to se manje goriva mora potrošiti da bi se postigla određena količina kretanja. Teoretski, specifični impuls je jednak brzina ispuha produkti izgaranja mogu se zapravo razlikovati od njega. Stoga se naziva i specifični impuls efektivna (ili ekvivalentna) brzina ispuha.

Specifični potisak- karakteristika mlaznog motora, jednaka omjeru potiska koji stvara prema masovnoj potrošnji goriva. Mjeri se u metrima u sekundi (m/s = N s/kg = kgf s/tj.) i znači, u ovoj dimenziji, koliko sekundi određeni motor može stvoriti potisak od 1 N, dok troši 1 kg goriva (ili potisak od 1 kgf, potrošivši 1 t.e.m. S drugim tumačenjem, specifični potisak jednak je omjeru potiska prema težina Potrošnja goriva; u ovom slučaju se mjeri u sekundama (s = N s/N = kgf s/kgf). Da bi se težinski specifični potisak pretvorio u maseni potisak, mora se pomnožiti s gravitacijskim ubrzanjem (približno jednako 9,81 m/s²).

Formula za približan izračun specifični impuls(brzina ispuha) za mlazne motore na kemijsko gorivo izgleda ovako:

gdje je T k temperatura plina u komori za izgaranje (razgradnju); p k i p a su tlak plina u komori za izgaranje odnosno na izlazu iz mlaznice; y je molekularna težina plina u komori za izgaranje; u je koeficijent koji karakterizira termofizička svojstva plina u komori (obično u ≈ 15). Kao što se može vidjeti iz formule u prvoj aproksimaciji, što je viša temperatura plina, niža je njegova molekularna težina i što je veći omjer tlakova u RD komori prema okolnom prostoru, to je veći specifični impuls .

Usporedba učinkovitosti različitih tipova motora

Specifični impuls je važan parametar motora koji karakterizira njegovu učinkovitost. Ova vrijednost nije izravno povezana s energetskom učinkovitošću goriva i potiskom motora; na primjer, ionski motori imaju vrlo mali potisak, ali zbog visokog specifični impuls koriste se kao manevarski strojevi u svemirskoj tehnici.

  • Može se primijetiti duhovit trenutak povezan s ovom formulom: budući da nema svoje ime, stručnjaci je obično nazivaju "Y-formula" - u filmskoj komediji "Operacija "Y" i druge avanture Šurika" studenti pišu zaključak formule na podu hodnika izvesti upravo ovu formulu

vidi također

Bilješke


Zaklada Wikimedia. 2010.

  • Okomitost
  • Ermolino

Pogledajte što je "Specifični impuls" u drugim rječnicima:

    Specifični impuls- raketni motor, pokazatelj učinkovitosti raketnog motora; identičan specifičnom potisku (vidi Specifični potisak) ... Velika sovjetska enciklopedija

    specifični impuls potiska raketnog motora na tekuće gorivo (komore raketnog motora na tekuće gorivo)- specifični impuls motora (komora) Omjer potiska raketnog motora (komore raketnog motora) i masenog utroška goriva raketnog motora (komore raketnog motora). Napomene 1. Specifični impuls potiska raketnog motora (LPRE komora) mjeri se u vakuumu i na zemlji. 2. Specifični impuls potiska raketnog motora (LPRE komora) jednak je ...

    Specifični impuls potiska- raketni motor, specifični impuls raketnog motora, omjer potiska raketnog motora i sekunde masenog protoka radne tekućine (derivacija impulsa potiska po utrošenoj masi u zadanom vremenskom intervalu). Izraženo u N(·)s/kg ​​​​= m/s... Enciklopedija tehnike- volumetrijski specifični impuls motora (komore) Omjer potiska raketnog motora (komore raketnog motora) i volumetrijske potrošnje goriva raketnog motora (komore raketnog motora). Napomena Volumetrijski specifični impuls motora na tekuće pogonsko gorivo (komora LPRE) također je jednak derivatu impulsa potiska motora na tekuće pogonsko gorivo (komora LPRE) u odnosu na... ... Vodič za tehničke prevoditelje

    Impuls (vrijednosti)- Impuls (lat. impulsus udarac, guranje, impuls): Wiktionary ima članak “impuls” ... Wikipedia

    Impuls eksplozije- (a. explosion impuls, blast surge; n. Explosionsimpuls; f. impulsion explosive; i. impulso de la explosion) veličina koja karakterizira dinamiku. utjecaj eksplozije, numerički jednak umnošku prekomjernog tlaka produkata eksplozije s... ... Geološka enciklopedija

    IMPULS RAKETNOG MOTORA- Osnovni, temeljni karakteristike raketnog motora. Ukupno (puno) I. r. d. proizvod usp. vrijednosti potiska za vrijeme rada u Ns. Udelny I. r. d. omjer potiska i sekundarne masene brzine protoka radne tekućine u N*s/kg = m/s; pri projektiranom načinu rada motora... ... Veliki enciklopedijski politehnički rječnik


Specifični impuls- pokazatelj učinkovitosti mlaznog motora. Ponekad se za mlazne motore koristi sinonim “specifični potisak” (pojam ima i druga značenja), dok specifični potisak obično se koristi u unutarnjoj balistici, dok specifični impuls- u vanjskoj balistici. Dimenzija specifičnog impulsa je dimenzija brzine, u SI jedinicama to su metri u sekundi.

Definicije

Specifični impuls- karakteristika mlaznog motora, jednaka omjeru impulsa (količine gibanja) koji stvara i protoka (obično mase, ali također može biti povezana, na primjer, s težinom ili volumenom) goriva. Što je veći specifični impuls, to se manje goriva mora potrošiti da bi se postigla određena količina kretanja. Teoretski, specifični impuls je jednak brzina ispuha produkti izgaranja mogu se zapravo razlikovati od njega. Stoga se naziva i specifični impuls efektivna (ili ekvivalentna) brzina ispuha.

Specifični potisak- karakteristika mlaznog motora, jednaka omjeru potiska koji stvara prema masovnoj potrošnji goriva. Mjeri se u metrima u sekundi (m/s = N s/kg = kgf s/tj. m) i znači, u ovoj dimenziji, koliko sekundi ovaj motor može stvoriti potisak od 1 N, nakon što je potrošio 1 kg goriva (ili potisak od 1 kgf, uz utrošak 1 tj. m goriva). S drugim tumačenjem, specifični potisak jednak je omjeru potiska prema težina Potrošnja goriva; u ovom slučaju se mjeri u sekundama (s = N s/N = kgf s/kgf) - ova se vrijednost može smatrati vremenom tijekom kojeg motor može razviti potisak od 1 kgf koristeći masu goriva od 1 kg ( tj. težine 1 kgf). Da bi se težinski specifični potisak pretvorio u maseni potisak, mora se pomnožiti s gravitacijskim ubrzanjem (pretpostavlja se da je jednak 9,80665 m/s²).

Približna formula za izračun specifičnog impulsa (brzine ispuha) za mlazne motore koji koriste kemijsko gorivo izgleda ovako [ razjasniti]

Nije moguće raščlaniti izraz (izvršna datoteka texvc nije pronađeno; Pogledajte matematiku/README - pomoć za postavljanje.): I_y = \sqrt(16641 \cdot \frac(T_\text(k))(u M) \cdot \left(1 - \frac(p_\text(a) ) (p_\tekst(k)) M \desno) ),

Gdje T k je temperatura plina u komori za izgaranje (razgradnju); str k i str a je tlak plina u komori za izgaranje, odnosno na izlazu iz mlaznice; M- molekularna težina plina u komori za izgaranje; u- koeficijent koji karakterizira termofizička svojstva plina u komori (obično u≈ 15 ). Kao što se može vidjeti iz formule u prvoj aproksimaciji, što je viša temperatura plina, što je niža njegova molekularna težina i što je veći omjer tlakova u RD komori prema okolnom prostoru, to je veći specifični impuls.

Usporedba učinkovitosti različitih tipova motora

Specifični impuls je važan parametar motora koji karakterizira njegovu učinkovitost. Ova vrijednost nije izravno povezana s energetskom učinkovitošću goriva i potiskom motora; na primjer, ionski motori imaju vrlo mali potisak, ali se zbog visokog specifičnog impulsa koriste kao manevarski motori u svemirskoj tehnologiji.

Karakteristični specifični impuls za različite tipove motora
Motor Specifični impuls
m/s S
Plinskoturbinski mlazni motor [[K:Wikipedia:Članci bez izvora (zemlja: Lua pogreška: callParserFunction: funkcija "#property" nije pronađena. )]][[K:Wikipedia:Članci bez izvora (zemlja: Lua pogreška: callParserFunction: funkcija "#property" nije pronađena. )]] 30 000(?) 3 000(?)
Raketni motor na čvrsto gorivo 2 650 270
Raketni motor na tekuće gorivo 4 600 470
Električni raketni motor 10 000-100 000 1000-10 000
Ionski motor 30 000 3 000
Plazma motor 290 000 30 000
  • Može se primijetiti duhovit trenutak povezan s ovom formulom: budući da nema svoje ime, stručnjaci je obično nazivaju "Y-formula" - u filmskoj komediji "Operacija "Y" i druge Šurikove pustolovine", studenti pišu zaključak formule na podu hodnika izvode upravo ovu formulu.

vidi također

Napišite recenziju o članku "Specifični impuls"

Bilješke

Komentari

Korištena literatura i izvori

Linkovi

  • Tom Benson, / The Beginner's Guide to Aeronautics // Glenn Research Center, NASA (engleski)
  • Z. S. Spakovszky, / 16.Unified: Thermodynamics and Propulsion // MIT, 2006 (engleski)

Ulomak koji karakterizira Specific Impulse

Vidio sam da ta jadna djeca nemaju pojma što sada učiniti ili kamo ići. Da budem iskren, ni ja nisam imao takvu ideju. Ali netko je morao nešto poduzeti i ja sam ponovno odlučio intervenirati. Možda me se to uopće ne tiče, ali jednostavno nisam mogao mirno sve to gledati.
- Oprostite, kako se zovete? – tiho sam upitala oca.
Ovo jednostavno pitanje izvuklo ga je iz "zatupljenosti" u koju je "naglavce otišao", ne mogavši ​​se vratiti. Zureći u mene silno iznenađeno, zbunjeno je rekao:
– Valery... Otkud ti?!... Jesi li i ti umro? Zašto nas možete čuti?
Bilo mi je jako drago što sam ga nekako uspjela vratiti i odmah sam odgovorila:
– Ne, nisam umro, samo sam prolazio kad se sve dogodilo. Ali mogu te čuti i razgovarati s tobom. Ako to želite naravno.
Sad su me svi iznenađeno pogledali...
- Zašto si živ ako nas čuješ? – upitala je djevojčica.
Upravo sam joj htio odgovoriti kad se iznenada pojavila mlada tamnokosa žena i, ne stigavši ​​ništa reći, opet nestala.
- Mama, mama, evo ti!!! – radosno je vikala Katja. – Rekao sam ti da će doći, rekao sam ti!!!
Shvatio sam da život te žene očito trenutno "visi o koncu" i da je na trenutak njezina bit jednostavno izbačena iz njenog fizičkog tijela.
“Pa, gdje je ona?!..” Katya je bila uzrujana. - Upravo je bila ovdje!..
Djevojčica je očito bila jako umorna od tako velikog naleta raznih emocija, a lice joj je postalo vrlo blijedo, bespomoćno i tužno... Čvrsto se uhvatila za bratovu ruku, kao da od njega traži podršku, i tiho prošaptala:
- A svi oko nas ne vide... Što je ovo, tata?..
Odjednom je počela izgledati kao mala, tužna starica koja u potpunoj zbunjenosti gleda svojim bistrim očima tako poznatu bijelu svjetlost i nikako ne može shvatiti - kuda sada da ide, gdje joj je sada majka i gdje je sada njezin dom?.. Okrenula se najprije tužnom bratu, zatim ocu, koji je stajao sam i, čini se, posve ravnodušan prema svemu. Ali nitko od njih nije imao odgovor na njezino jednostavno djetinjasto pitanje, a jadna se djevojčica odjednom jako, jako uplašila...
- Hoćeš li ostati s nama? – gledajući me svojim velikim očima sažalno je upitala.
"Pa, naravno da ću ostati, ako je to ono što želiš", odmah sam uvjerio.
I baš sam je želio prijateljski čvrsto zagrliti, da barem malo zagrijem njeno malo i tako preplašeno srce...
- Tko si ti, djevojko? – iznenada je upitao otac. “Samo osoba, samo malo drugačija”, odgovorila sam, pomalo posramljeno. – Čujem i vidim one koji su “otišli”... kao ti sada.
"Umrli smo, zar ne?" – upitao je mirnije.
"Da", odgovorila sam iskreno.
- I što će sad biti s nama?
– Živjet ćeš, samo u drugom svijetu. I nije tako loš, vjerujte mi!.. Samo se morate naviknuti na njega i voljeti ga.
“Zar stvarno ŽIVE nakon smrti?..”, pitao je otac, još uvijek ne vjerujući.
- Oni žive. Ali ne više ovdje”, odgovorio sam. – Osjećaš sve isto kao prije, ali ovo je drugi svijet, a ne onaj tvoj uobičajeni. Tvoja žena je još uvijek tu, baš kao i ja. Ali ti si već prešao “granicu” i sad si na drugoj strani”, ne znajući kako točnije objasniti, pokušala sam “doprijeti” do njega.
– Hoće li i ona ikada doći k nama? – iznenada je upitala djevojka.
"Jednog dana, da", odgovorio sam.
- Pa, onda ću je čekati - samouvjereno će zadovoljna djevojčica. "I opet ćemo svi biti zajedno, zar ne, tata?" Želiš da mama opet bude s nama, zar ne?..
Njene ogromne sive oči sjale su poput zvijezda, u nadi da će i njena voljena majka jednog dana biti tu, u svom novom svijetu, ni ne sluteći da će ovaj NJEN sadašnji svijet za njenu majku biti ni više ni manje nego obična smrt.. .
I, pokazalo se, beba nije morala dugo čekati... Opet se pojavila njezina voljena majka... Bila je jako tužna i pomalo zbunjena, ali se ponašala mnogo bolje od svog divlje prestrašenog oca, koji je, do moja iskrena radost, sada je došao k sebi.
Zanimljivo je da sam tijekom svoje komunikacije s tako velikim brojem entiteta mrtvih gotovo sa sigurnošću mogao reći da su žene mnogo sigurnije i smirenije prihvatile “šok smrti” od muškaraca. U to vrijeme još nisam mogao razumjeti razloge za ovo neobično opažanje, ali sam sa sigurnošću znao da je to upravo tako. Možda su dublje i jače nosili bol krivnje za djecu koju su ostavili u “živom” svijetu ili za bol koju je njihova smrt donijela njihovoj obitelji i prijateljima. Ali strah od smrti kod većine njih (za razliku od muškaraca) bio je gotovo potpuno odsutan. Može li se to donekle objasniti činjenicom da su oni sami dali ono najvrjednije na našoj zemlji – ljudski život? Nažalost, još uvijek nisam imao odgovor na ovo pitanje...
- Mama, mama! I rekli su da nećeš doći dugo! I već ste tu!!! Znao sam da nas nećeš ostaviti! - zacvili mala Katya, dašćući od oduševljenja. - Sada smo opet svi zajedno i sad će sve biti u redu!
I kako je tužno bilo gledati kako je cijela ta slatka, prijateljska obitelj pokušavala zaštititi svoju kćerkicu i sestricu od spoznaje da ovo uopće nije tako dobro, da su opet svi zajedno, a da, nažalost, nitko od njih nije nije više postojala ni najmanja šansa za njihov preostali neproživljeni život... I da bi svatko od njih iskreno volio da barem netko od njihove obitelji ostane živ... A mala Katja je još uvijek nešto nevino i veselo brbljala, radujući se tome opet su svi jedna obitelj i opet je “sve u redu”...
Mama se tužno smješkala, pokušavajući pokazati da je i njoj drago i sretno... a duša joj je kao ranjena ptica vrištala o svojoj nesretnoj djeci koja su tako malo živjela...
Odjednom kao da je "odvojila" muža i sebe od djece nekakvim prozirnim "zidom" i, gledajući ravno u njega, nježno mu je dodirnula obraz.
"Valery, molim te, pogledaj me", tiho je rekla žena. - Što ćemo?.. Ovo je smrt, zar ne?
Pogledao ju je svojim krupnim sivim očima, u kojima je prskala takva smrtna melankolija da sam sad htjela zavijati kao vuk umjesto njega, jer je bilo gotovo nemoguće sve to primiti u dušu...
“Kako se ovo moglo dogoditi?.. Zašto su to učinili?!..”, opet je upitala Valerijina supruga. - Što ćemo sad, reci mi?


Raketni motori jedan su od vrhunaca tehnološkog napretka. Materijali koji rade na granici, stotine atmosfera, tisuće stupnjeva i stotine tona potiska - to ne može nego zapanjiti. Ali postoji mnogo različitih motora, koji su najbolji? Čiji će se inženjeri popeti na govornicu snishodljivo objašnjavajući gubitnicima da su izgubili zbog divljaštva naroda, užasne povijesti i užasnog političkog režima svoje zemlje? Napokon je došlo vrijeme da se iskreno odgovori na ovo pitanje.

Nažalost, ne možete reći koliko je motor izvrstan gledajući ga. Moramo kopati po dosadnim brojevima karakteristika svakog motora. No, ima ih mnogo, koju odabrati?

Snažnije

Pa, vjerojatno, što je motor snažniji, to je bolji? Što je raketa veća, to je nosivost veća, istraživanje svemira se kreće brže, zar ne? Ali ako pogledamo lidera u ovoj oblasti, bit ćemo pomalo razočarani. Bočni booster Space Shuttlea ima najveći potisak od svih motora, 1400 tona.

Unatoč svoj svojoj snazi, pojačivači na kruto gorivo teško se mogu nazvati simbolom tehničkog napretka, jer su strukturno samo čelični (ili kompozitni, ali to nije važno) cilindar s gorivom. Drugo, ti su pojačivači izumrli zajedno s shuttleom 2011. godine, što narušava dojam njihove uspješnosti. Da, oni koji prate vijesti o novoj američkoj superteškoj raketi SLS reći će mi da se za nju razvijaju novi pojačivači na kruto gorivo, čiji će potisak već biti 1600 tona, ali, prvo, ova raketa neće skoro poletjeti , najkasnije do kraja 2018 . I drugo, koncept "uzmimo više segmenata s gorivom kako bi potisak bio još veći" je opsežan razvojni put, ako želite, možete staviti još više segmenata i dobiti još veći potisak, granica još nije dosegnuta, i neprimjetno je da je taj put vodio do tehničke izvrsnosti.

Drugo mjesto po potisku drži domaći tekući motor RD-171M - 793 tone.


Četiri komore za izgaranje čine jedan motor. I čovjek za razmjere

Čini se da je ovdje on, naš heroj. Ali ako je ovo najbolji motor, gdje je njegov uspjeh? U redu, raketa Energia stradala je pod ruševinama raspadnutog Sovjetskog Saveza, a Zenit je dokrajčila politika odnosa Rusije i Ukrajine. Ali zašto Sjedinjene Države kupuju od nas ne ovaj divan motor, već RD-180 upola manje? Zašto RD-180, koji je počeo kao "polovica" RD-170, sada proizvodi više od polovice potiska od RD-170 - čak 416 tona? Čudno. nejasno.

Treće i četvrto mjesto po potisku zauzimaju motori iz raketa koje više ne lete. Iz nekog razloga, kruto pogonsko gorivo UA1207 (714 tona), koje je stajalo na Titanu IV, i zvijezda lunarnog programa, motor F-1 (679 tona), nisu pomogli da prežive do danas izvanrednim pokazateljima snage. Možda je neki drugi parametar važniji?

Učinkovitije

Koji pokazatelj određuje učinkovitost motora? Ako raketni motor sagorijeva gorivo kako bi ubrzao raketu, onda što učinkovitije to čini, manje goriva trebamo sagorjeti da stignemo u orbitu/Mjesec/Mars/Alpha Centauri. U balistici, za procjenu takve učinkovitosti postoji poseban parametar - specifični impuls.
Specifični impuls pokazuje koliko sekundi motor može razviti 1 Newton potiska na jedan kilogram goriva

Rekorderi potiska su, u najboljem slučaju, u sredini popisa ako ga razvrstate po specifičnom impulsu, a F-1 s raketnim pojačivačima na čvrsto gorivo završavaju duboko u repu. Čini se da je to najvažnija karakteristika. No, pogledajmo nositelje liste. S pokazateljem od 9620 sekundi na prvom je mjestu malo poznati električni propulzijski motor HiPEP.


Ovo nije mikrovalna vatra, već pravi raketni motor. Istina, mikrovalna je još uvijek vrlo daleki rođak...

Motor HiPEP razvijen je za projekt zatvorene sonde za istraživanje Jupiterovih mjeseca, a rad na njemu zaustavljen je 2005. godine. Tijekom testiranja prototip motora je, prema službenom NASA-inom izvješću, razvio specifični impuls od 9620 sekundi, trošeći 40 kW energije.

Drugo i treće mjesto zauzimaju još neletjeli elektromlazni motori VASIMR (5000 sekundi) i NEXT (4100 sekundi), koji su svoje karakteristike pokazali na ispitnim stolovima. A motori koji su letjeli u svemir (na primjer, serija domaćih SPD motora iz dizajnerskog biroa Fakel) imaju ocjene performansi do 3000 sekundi.


Motori serije SPD. Tko je rekao "cool zvučnici s pozadinskim osvjetljenjem"?

Zašto ti motori još nisu istisnuli sve ostale? Odgovor je jednostavan ako pogledamo njihove ostale parametre. Potisak električnih mlaznih motora mjeri se, nažalost, u gramima, a oni uopće ne mogu raditi u atmosferi. Stoga neće biti moguće sastaviti superučinkovitu lansirnu raketu pomoću takvih motora. A u svemiru zahtijevaju kilovate energije, što si ne mogu priuštiti svi sateliti. Stoga se električni propulzijski motori koriste uglavnom samo na međuplanetarnim postajama i geostacionarnim komunikacijskim satelitima.

Pa dobro, reći će čitatelj, odbacimo električne mlazne motore. Tko će držati rekord u specifičnom impulsu među kemijskim motorima?

S pokazateljem od 462 sekunde, vodeći među kemijskim motorima bit će domaći KVD1 i američki RL-10. I dok je KVD1 letio samo šest puta kao dio indijske rakete GSLV, RL-10 je uspješan i cijenjen motor gornjeg stupnja i gornjeg stupnja koji već godinama ima dobre rezultate. U teoriji je moguće sastaviti raketu-nosaču u cijelosti od takvih motora, ali potisak jednog motora od 11 tona znači da će se na prvi i drugi stupanj morati ugraditi deseci njih, a za to nema nikoga ovaj.

Je li moguće kombinirati veliki potisak i visoki specifični impuls? Kemijski motori su naletjeli na zakone našeg svijeta (dobro, vodik i kisik ne izgaraju specifičnim impulsom većim od ~460, fizika to zabranjuje). Bilo je projekata za nuklearne motore (,), ali to još nije otišlo dalje od projekata. Ali, općenito, ako čovječanstvo može kombinirati veliki potisak s visokim specifičnim impulsom, to će svemir učiniti dostupnijim. Postoje li drugi pokazatelji po kojima možete ocijeniti motor?

Intenzivnije

Raketni motor emitira masu (produkte izgaranja ili radnu tekućinu), stvarajući potisak. Što je veći tlak u komori za izgaranje, veći je potisak i, uglavnom u atmosferi, specifični impuls. Motor s višim tlakom u komori za izgaranje bit će učinkovitiji od niskotlačnog motora koji koristi isto gorivo. A ako popis motora posložimo prema tlaku u komori za izgaranje, tada će pijedestal zauzeti Rusija/SSSR - u našoj konstruktorskoj školi dali su sve od sebe da naprave učinkovite motore visokih parametara. Prva tri mjesta zauzima obitelj kisik-kerozinskih motora na temelju RD-170: RD-191 (259 atm), RD-180 (258 atm), RD-171M (246 atm).


Komora za izgaranje RD-180 u muzeju. Obratite pozornost na broj klinova koji drže poklopac komore za izgaranje i udaljenost između njih. Jasno možete vidjeti koliko je teško zadržati one koji pokušavaju otrgnuti poklopac od 258 atmosfera pritiska

Četvrto mjesto zauzima sovjetski RD-0120 (216 atm), koji drži vodstvo među motorima vodik-kisik i dva puta je letio na raketi-nosaču Energija. Peto mjesto zauzima također naš motor - RD-264 na gorivu paru asimetrični dimetilhidrazin/dušik tetroksid na raketi-nosaču Dnjepar, koji radi na tlaku od 207 atm. A tek na šestom mjestu bit će motor američkog Space Shuttlea RS-25 s dvjesto tri atmosfere.

Pouzdaniji

Bez obzira na to koliko motor obećava u pogledu performansi, ako eksplodira svaki drugi put, bit će od male koristi. Relativno nedavno, primjerice, tvrtka Orbital bila je prisiljena odustati od uporabe motora NK-33 s vrlo visokim performansama, koji su bili pohranjeni desetljećima, zbog nesreće na ispitnom postolju i spektakularne noćne eksplozije motora na Antaresu. lansirna raketa bacila je sumnju na izvedivost daljnje uporabe ovih motora. Sada će Antares biti prebačen na ruski RD-181.


Velika fotografija na linku

Vrijedi i suprotno - motor koji nema izvanredne vrijednosti potiska ili specifičnih impulsa, ali je pouzdan, bit će popularan. Što je duža povijest korištenja motora, statistika je veća, a uspjeli su uhvatiti više grešaka u njemu iz nesreća koje su se već dogodile. Motori RD-107/108 na Sojuzu vuku svoje podrijetlo od samih motora koji su lansirali prvi satelit i Gagarina i, unatoč modernizaciji, danas imaju prilično niske parametre. Ali najveća pouzdanost to uvelike nadoknađuje.

Pristupačniji

Motor koji ne možete napraviti ili kupiti nema vrijednost za vas. Ovaj parametar se ne može izraziti brojkama, ali to ga ne čini manje važnim. Privatne tvrtke često ne mogu kupiti gotove motore po visokoj cijeni, te su prisiljene izrađivati ​​vlastite, iako jednostavnije. Unatoč činjenici da ne blistaju karakteristikama, ovo su najbolji motori za njihove programere. Na primjer, tlak u komori za izgaranje SpaceX-ovog Merlin-1D motora je samo 95 atmosfera, prag koji su sovjetski inženjeri prešli 1960-ih, a američki inženjeri 1980-ih. Ali Musk može napraviti te motore u vlastitim proizvodnim pogonima i dobiti ih po cijeni u potrebnim količinama, u desecima godišnje, i to je super.


Motor Merlin-1D. Ispuh plinskog generatora je kao na Atlasima prije šezdeset godina, ali je dostupan

TWR

Kad smo već kod SpaceX-ovih Merlina, ne možemo ne spomenuti karakteristiku koju PR-ovci i fanovi SpaceX-a forsiraju na sve moguće načine – omjer potiska i težine. Omjer potiska i težine (poznat i kao specifični potisak ili TWR) je omjer potiska motora i njegove težine. U ovom parametru, Merlinovi motori su daleko ispred, imaju ga iznad 150. Na web stranici SpaceX-a pišu da to čini motor "najučinkovitijim ikada napravljenim", a ovu informaciju šire PR ljudi i obožavatelji na drugim resursima. Bio je čak i tihi rat na engleskoj Wikipediji kada se ovaj parametar gurao gdje god je to bilo moguće, što je dovelo do toga da je ovaj stupac potpuno uklonjen iz tablice usporedbe motora. Nažalost, takva izjava sadrži puno više PR-a nego istine. U čistom obliku, omjer potiska i težine motora može se dobiti samo na postolju, a pri lansiranju prave rakete motori će činiti manje od postotka njezine mase, a razlika u masi motori neće utjecati na ništa. Iako će motor s visokim TWR-om biti tehnološki napredniji od onog s niskim TWR-om, to je više mjera tehničke jednostavnosti i lakoće motora. Na primjer, u pogledu omjera potiska i težine, motor F-1 (94) je superiorniji od RD-180 (78), ali u pogledu specifičnog impulsa i tlaka u komori za izgaranje, F-1 će biti primjetno inferioran. A stavljanje na pijedestal omjera potiska i mase kao najvažnije karakteristike za raketni motor je u najmanju ruku naivno.

Cijena

Ovaj parametar ima mnogo veze s pristupačnošću. Ako sami napravite motor, onda se trošak može izračunati. Ako kupite, tada će ovaj parametar biti izričito naznačen. Nažalost, nemoguće je napraviti lijepu tablicu na temelju ovog parametra, jer je cijena koštanja poznata samo proizvođačima, a prodajna cijena motora također nije uvijek objavljena. Vrijeme također utječe na cijenu; ako je 2009. godine RD-180 procijenjen na 9 milijuna dolara, sada se procjenjuje na 11-15 milijuna dolara.

Zaključak

Kao što vjerojatno već pretpostavljate, uvod je napisan pomalo provokativno (oprostite). Naime, raketni motori nemaju jedan parametar po kojem bi se mogli poredati i jasno reći koji je najbolji. Ako pokušate izvesti formulu za najbolji motor, dobit ćete nešto poput ovoga:
Najbolji raketni motor je onaj koji koje možete proizvesti/kupiti, dok će imati ubacite u opseg koji vam je potreban(ne prevelika ili mala) i bit će učinkovita onoliko ( specifični impuls, tlak u komori za izgaranje) što je njegovo cijena neće vam postati pretežak.

dosadno? Ali najbliže je istini.

I, na kraju, mala hit parada motora koje osobno smatram najboljima:


Obitelj RD-170/180/190. Ako ste iz Rusije ili možete kupiti ruske motore i trebate snažne motore za prvi stupanj, onda bi obitelj RD-170/180/190 bila izvrsna opcija. Učinkoviti, s visokim performansama i izvrsnom statistikom pouzdanosti, ovi su motori na čelu tehnološkog napretka.


Be-3 i RocketMotorTwo. Motori privatnih tvrtki koje se bave suborbitalnim turizmom bit će u svemiru samo nekoliko minuta, ali to ne sprječava da se divite ljepoti korištenih tehničkih rješenja. Motor na vodik BE-3, s mogućnošću ponovnog pokretanja i prigušivanja u širokom rasponu, s potiskom do 50 tona i originalnim otvorenim dizajnom promjene faze, koji je razvio relativno mali tim je cool. Što se tiče RocketMotorTwo, uz sav moj skepticizam prema Bransonu i SpaceShipTwo, ne mogu se ne diviti ljepoti i jednostavnosti dizajna hibridnog motora s krutim gorivom i plinovitim oksidansom.

F-1 i J-2 U 1960-ima to su bili najsnažniji motori u svojoj klasi. I čovjek ne može a da ne voli motore koji su nam dali takvu ljepotu:


RD-107/108. Paradoksalno? Niski parametri? Samo 90 tona potiska? 60 atmosfera u komori? Pogon turbopumpe iz vodikovog peroksida koji je zastario 70 godina? Sve to nije važno ako motor ima najveću pouzdanost, a trošak je blizu