این درس توسط یک عضو تیم بنیاد Local Solar System نوشته شده و میتواند توسط یک بازبینیکنندهٔ واجد شرایط بهبود یابد. شما در این موضوع مهارت دارید؟ پیشنهاد ویرایش
فضا فقط حدود 100 کیلومتر فاصله داره، نزدیکتر از مسیر رفت و آمد اکثر مردم. این راکتها با چند دقیقه پرواز و سقوط مستقیم به زمین، میتوانند به آنجا برسند. . مي مونم اون بالا قسمت سختش هست برای ماندن در این سرعت، به سرعت جانبی 7.8 کیلومتر بر ثانیه نیاز دارید و تقریباً تمام سوخت راکت برای این کار مصرف میشود.
رفتن به بالا چند دقيقه طول ميکشه سرعت زیاد در حرکت به سمت چپ، تقریباً تمام سوخت را مصرف میکند.
ببين
پرتاب چهار مرحله دارد:
- راست براي چند ثانيه تا برج و هواي چسبنده رو پاک کنيم
- چرخش جاذبه یک شیب کوچک، چند درجه و جاذبه بقیه کارها را انجام میدهد: مسیر خود به خود خم میشود در حالی که موتورها آن را میکشند. بدون چرخش تند که باعث شکستن موشک نازک در جریان هوا بشه
- . آماده کردن پس از حدود دو دقیقه و نیم مرحله اول خالی میشود و سقوط میکند. سطح بالا، خیلی سبک تر، به فشار دادن ادامه میده.
- پرواز تقريبا صافسرعتش رو به سمت چپ و راست ميبره تا به سرعت مداري برسه موتور خاموش شد. این فضاپیما در مدار زمین قرار دارد و هر 88 دقیقه یک بار به دور آن میچرخد.
پرتاب به سمت شرق کمک میکند: چرخش زمین خود یک 0.465 کیلومتر بر ثانیه در استوا را میدهد. به همین دلیل بیشتر سایتهای پرتاب در شرق با اقیانوس روبرو هستند.
بفهم
در شبیهسازی بالا، خودرو حدود 9.3 کيلومتر در ثانيه “دلتا-وي” (تغيير کل سرعتي که موتورهايش مي تونه ارائه کنه) تا به سرعت 7.8 کیلومتر بر ثانیه در 200 کيلومتر تفاوت اينه که از دست دادن جاذبهدر حالی که موشک هنوز به سمت بالا اشاره دارد، بخشی از نیروی محرکه آن فقط در برابر جاذبه نگه داشته میشود و سرعت را افزایش نمیدهد.
موشکهای واقعی نیز با مقاومت هوا مبارزه میکنند و برخی از کارایی خود را برای هدایت از دست میدهند. بودجه معمولي که براي مدار پايين زمين ذکر شده 9.3 تا 10 کیلومتر بر ثانیه. که با هم تطابق دارن
| لحظه در شبیهسازی | زمان | ارتفاع | سرعت |
|---|---|---|---|
| مرحله اول موتور قطع شده | حدود 2 دقیقه و 24 ثانیه | حدود 90 کیلومتر | حدود 3.0 کیلومتر بر ثانیه |
| مرحله دوم قطع شده، در مدار | حدود 7 دقیقه و 37 ثانیه | حدود 200 کیلومتر | 7.8 کیلومتر بر ثانیه |
مرحلهٔ اول با سرعت 3 کیلومتر بر ثانیه از مدار خارج میشود و به عقب میافتد (برای این کار بالگردهای فالکن 9 خود را به زمین هدایت میکنند).
استاد
مرحلهٔ بالایی در این مدل از یک قانون ساده راهنمایی حلقه بسته استفاده میکند. در هر لحظه یک زاویه θ را انتخاب میکند تا شتاب عمودی ارتفاع و نرخ صعود را تصحیح کند:
a_T sin θ = μ/r² − v_h²/r + k₁(r_target − r) − k₂·v_r
دو اصطلاح اول گرانش منهای «گریز از مرکز» سرعت افقی هستند. هنگامی که v_h به سرعت دایرهای √(μ/r) نزدیک میشود، این دو لغو میشوند و نقطههای مرحله صاف میشوند. وسایل نقلیه واقعی از طرحهای پیچیدهتر استفاده میکنند (برای مثال حالت هدایت تکراری عصر آپولو، یا هدایت صریح قدرتمند در شاتل فضایی) که سوخت را به حداقل میرساند، اما اصل یکسان است.
در این حالت سرعت افقی برابر با √(μ/r) و سرعت عمودی برابر با صفر است. اگر هر دو را از دست بدهید مدار یک بیضوی است، با پایینترین نقطه ممکن در جو.
امتحان کن
نوار 3D را به آرامی حرکت دهید و نتایج را مشاهده کنید. در چه زمانی سرعت از 3 کیلومتر بر ثانیه عبور میکند و در آن لحظه برای موشک چه اتفاقی میافتد؟ در این حالت سرعت هواپیما افزایش مییابد و ارتفاع آن کاهش مییابد.
عاليه، چالش ها جاييه که يادگيري ادامه پيدا ميکنه
آزمون سریع
3 سوالات سریع. یک پاسخ را انتخاب کنید تا ببینید آیا درست میگویید یا نه.
-
چرا يه موشک بعد از پرتاب به جاي اينکه مستقیما به بالا برود، ميچرخه؟
- A براي اجتناب از ابرها
- B چون مدار به سرعت جانبي زيادي نياز داره ارتفاع تنها کافي نيست
- C چون موتورها در ارتفاعات ضعيف ترند
- D براي فرود رسيدن به مرحله ي اول
نشان دادن پاسخ
B. چون مدار به سرعت جانبي زيادي نياز داره ارتفاع تنها کافي نيست
-
يه فضاپيما بايد با چه سرعتي به طرف چپ حرکت کنه تا تو مدار 200 کيلومتر بالا بمونه؟
- A 1.1 km/s
- B 3 کیلومتر بر ثانیه
- C 7.8 کیلومتر بر ثانیه
- D 30 کیلومتر بر ثانیه
نشان دادن پاسخ
C. 7.8 کیلومتر بر ثانیه
-
چرا موشک ها از مراحل استفاده مي کنن؟
- A پس هر مرحله مي تونه يک خدمه متفاوت داشته باشه
- B که از حمل تانک هاي خالي و موتورهاي سنگین دست بردارن وقتي سوختشون تموم شد
- C چون يه موتور نميتونه دوباره راه اندازي بشه
- D براي بلندتر کردن موشک
نشان دادن پاسخ
B. که از حمل تانک هاي خالي و موتورهاي سنگین دست بردارن وقتي سوختشون تموم شد وزن يک مرحله ي اول خالي حدود 25 تن ميشه و رها کردنش به اين معنيه که هر کيلوگرم سوخت باقی مونده باعث شتاب گرفتن يه ماشين سبک تر ميشه
خط پایان
- درس رو بخوان
- .به چالش کشیدم
- آزمون رو دادم
علامت زدن درس به پایان رسیده برای ذخیرهاش در پیشرفت شما بر روی این دستگاه.
درس تموم شد، آفرين
بعدي معادله موشک و دلتا-ويکلمات در این درس
منابع
- SpaceX, Falcon 9 vehicle page (masses, thrust)
- SpaceX, Falcon User's Guide (2021)
- NASA Glenn Research Center, Beginner's Guide to Rockets
- H. D. Curtis, Orbital Mechanics for Engineering Students, 4th ed., ch. 13 (rocket vehicle dynamics)
- Wikipedia, Delta-v budget (typical losses to low Earth orbit)
این درس تحت مجوز CC BY-SA 4.0 است.