2. rész - Menekülés a Land látványosság elől
Az emberi lény pillanatnyilag csak egy rakéta vagy űrsikló fedélzetén mehet az űrbe, és mégis elegendő sebességet kell adnia az űrhajónak, hogy el tudjon menekülni a földi vonzerő elől. De a sebesség nem minden, amit megpróbálunk űrhajónkkal a Földön kívüli bolygó körüli pályára állítani.
1. Lépjen ki a légkörből
Hogyan juthatunk ki a légkörből? Sokkal könnyebb elmondani, mint megtenni. Annak érdekében, hogy kiléphessünk a légkörből és beléphessünk az "űrbe", először ki kell vonulnunk a föld húzásából, a gravitációból, amely a földre szorít. Mivel egy ideje a magasságok miatt őrjöngünk, és minderről jól tájékozottak vagyunk, az űrhajónknak egy bizonyos sebességre van szüksége, hogy megszabaduljunk ettől a gravitációtól. Ez a sebesség annyira fontos, hogy nevet adtunk neki: ez a felszabadulás sebessége.
Mielőtt a kioldási sebességről beszélnénk, először meg kell vizsgálnunk azokat az erőket, amelyek a rakétánkat a földhöz tartják.
Tudjuk, hogy a rakéta olyan földi vonzerőnek van kitéve, mint például:
a Föld tömege (kg-ban)
a rakéta tömege (kg-ban)
d a rakéta közepe és a föld közötti távolság (méterben)
tehát egyszer a földön van d amely egyenlő lesz a föld sugarával.
A földön a gravitációs erő a súly, P = m.g
g-vel a gravitációs vonzerő intenzitása:
A Föld felszínén álló vagy mozgó tárgynak mechanikus energiája van. Ez 2 energiából áll, az Ec kinetikus energiából, amely a sebességhez és a helyzetéhez kapcsolódó potenciális Ep energiához kapcsolódik, például:
A Föld felszínén egy rakétának gravitációs potenciális energiája van Ep, és a rakéta mozdulatlan energiája álló helyzetben nulla Ec = 0.
Tehát van:
Végtelen távolságban a rakéta gravitációs potenciálja nulla lenne.
Az energiamegmaradással:
A rakéta kivonásához a Föld gravitációjából kinetikus energiát kell adni, amely megegyezik a gravitációs potenciál energiájával.
Nekünk van:
van
A felszabadulási arány ezért az a minimális sebesség, amelyet egy tárgynak meg kell győznie a föld gravitációs erejének hatásaival.
A kibocsátási arány tehát:
Számítsa ki a Föld felszabadulásának sebességét
A felszabadulási sebesség kiszámításához, hogy megszabaduljon a Föld gravitációs vonzerejétől (m.s -1)
A Föld tömege MTerre = 5,98 × 10 24 kg
A Föld egyenlítői sugara RTerre = 6,38 × 10 6 m. (Feltételezzük, hogy a rakéta kilövése a földön, az Egyenlítőnél történik)
G = 6,67 × 10 -11 Nm2, kg -2
A betűk helyett az értéküket a következő képletet kapjuk:
A Föld felszabadulásának sebessége 11182 m/s vagy körülbelül 11,2 km/s
2. Melyik motort kell használni?
Ma már tudjuk, hogy a föld elhagyásához el kell érni a Föld felszabadulásának sebességét, amely körülbelül 11,2 m.s -1,
még mindig nem tudjuk, hogy milyen motorral hajtjuk rakétánkat ilyen sebességgel.
A motorok három kategóriáját vesszük figyelembe:
- a vegyi meghajtó motor
- a nukleáris motor
- az ionos meghajtómotor
a) a vegyi meghajtó motor
A kémiai motor a legelterjedtebb és a leggyakrabban használt. Ez a motortípus a legrégebbi is.
A vegyi motorok ugyanazt az elvet követik:
A rakéta meghajtásához ezek a motorok a lehető legnagyobb sebességgel bocsátják ki az egyik gázt. Minél nagyobb a gázkibocsátás sebessége, annál hatékonyabb és gazdaságosabb a motor. Ahhoz, hogy a gázok a lehető legnagyobb sebességet érjék el, nagyon forrónak, könnyűnek és nagy nyomásnak kell lenniük.
A gázok nagyon nagy sebességgel történő elküldéséhez a lehető legenergikusabb reakciót kell előidézni. Két anyagot, az úgynevezett hajtóanyagot egy speciálisan kialakított égéstérben reagáltatunk, hogy a reakció által kibocsátott energiát gázkibocsátási sebességgé alakítsuk. Ezek a reakciók szinte mindig égések, az égéshez tüzelőanyagra és oxidálószerre van szükség, a hajtógázoknak ez a szerepe van: az egyik oxidálószer, a másik üzemanyag.