ຂໍ້ສົມມຸດຕິຖານຂອງລູກສອນໄຟ ແລະ delta-v

ໃນປີ 1903, ນັກຮຽນຫູໜວກຄົນໜຶ່ງຢູ່ເມືອງ Kaluga, Konstantin Tsiolkovsky, ໄດ້ຂຽນຂໍ້ສົມມຸດຕິຖານທີ່ຍັງໃຊ້ໄດ້ກັບລູກສອນໄຟທຸກລຸ້ນ. ມັນເປັນການອະທິບາຍວ່າເປັນຫຍັງ Falcon9ແມ່ນປະມານ 89% propeller, ເປັນຫຍັງ payload ແມ່ນພຽງແຕ່ບາງສ່ວນຂອງນໍ້າໜັກໃນ liftoff, ແລະເປັນຫຍັງ Rockets ຫຼຸດລົງສ່ວນຂອງຕົນເອງໃນທາງຂຶ້ນ.

ທຸກໆ​ລູກສອນໄຟ ແມ່ນ​ການ​ແຂ່ງ​ຂັນ​ລະຫວ່າງ ຄວາມໄວທີ່​ທ່ານ​ຕ້ອງການ ແລະ ນໍ້າໜັກ ທີ່​ທ່ານ​ຕ້ອງ​ໄດ້​ນຳ​ໄປ​ໃຊ້​ເພື່ອ​ຈະ​ໄດ້​ມັນ.

ເບິ່ງ

ລູກສອນໄຟ​ຈະ​ເຄື່ອນ​ໄຫວ​ໂດຍ​ການ​ໂຍນ​ວັດຖຸ​ໄປ​ທາງຫຼັງ ຖິ້ມມັນໄວຂຶ້ນ, ຫຼື ຖິ້ມຫຼາຍຂຶ້ນ ແລະ ທ່ານຈະໄປໄວຂຶ້ນ. ມີ​ການ​ຈັບ: ເຊື້ອໄຟທີ່​ທ່ານ​ຍັງບໍ່ໄດ້ເຜົາແລ້ວ ຍັງຕ້ອງຖືກນຳໄປ ແລະ ເພີ່ມຄວາມໄວ. ເຮັດໃຫ້ການເພີ່ມ ໂລກາຣິດມິກ: ເພື່ອເພີ່ມຄວາມໄວທີ່ເທົ່າກັນອີກຄັ້ງ, ທ່ານຕ້ອງຄົບຖ້ວນເຊື້ອໄຟ, ບໍ່ໃຫ້ເພີ່ມມັນ.

Delta-v (Δv, “ການປ່ຽນແປງໃນຄວາມໄວ”) ແມ່ນເງິນຕາຂອງການບິນອະວະກາດ. ທຸກໆການ​ເຄື່ອນ​ໄຫວ​ມີ​ຄ່າ​ເປັນ​ກິໂລແມັດ/ ວິນາທີ:

• ພື້ນຜິວຂອງໂລກໄປສູ່ວົງໂຄຈອນຕ່ຳ: ປະມານ 9.4 km/s, ລວມເຖິງການສູນເສຍ.
• ວົງໂຄຈອນຕ່ຳໄປສູ່ວົງໂຄຈອນທີ່ຕັ້ງຢູ່ເທິງແຜ່ນດິນໂລກ: ປະມານ 3.9 ກິໂລແມັດ/ ວິນາທີ.
• ວົງໂຄຈອນຕ່ຳເພື່ອອອກຈາກໂລກໄປສູ່ດາວອັງຄານ: ປະມານ 3.6 ກິໂລແມັດ/ ວິນາທີ.

ງົບປະມານຂອງລູກສອນໄຟແມ່ນວ່າ Δv ຂອງເຄື່ອງຈັກ, ເຊື້ອໄຟແລະມວນສາມາດສົ່ງໄດ້ຫຼາຍປານໃດ.

ເຂົ້າໃຈ

Δv = I_ sp · g₀ · ln(m₀ / m_ f)

• I_ sp: ແຮງ​ດຶງ​ສະເພາະ, ການ​ວັດແທກ​ປະສິດທິພາບ​ຂອງ​ເຄື່ອງຈັກ​ໃນ​ວິນາທີ (ຄວາມໄວ​ການ​ປ່ອຍ​ອອກ​ມາ​ແບ່ງ​ດ້ວຍ g₀).
• g₀ = 9.80665 m/s², ຄວາມດັນນໍ້າມັນມາດຕະຖານ.
• m₀: ມວນທີ່​ເລີ່ມ​ຕົ້ນ​ການ​ຂັບ; m_f: ມວນທີ່​ສຸດທ້າຍ.

ຕົວຢ່າງກັບໄລຍະທີສອງຂອງລູກສອນໄຟທີ່ຫລອກລວງ (Isp 348 s): ເຕັມ, ມັນມີນໍ້າໜັກປະມານ 112 ໂຕນລວມທັງ 15-ໂຕນ payload; ບໍ່ມີ propellant, ປະມານ 19 ໂຕນ. Δv = 348 × 9.81 × ln(112 / 19) ≈ 6.0 km/s. ຂັ້ນ​ຕອນ​ທຳອິດ​ເພີ່ມ​ສ່ວນທີ່ເຫຼືອ.

ໄລຍະດຽວທີ່ມີອັດຕາສ່ວນມວນຂອງ 10 ແລະ Isp 350 s ໃຫ້ພຽງແຕ່ 7.9 km / s, ບໍ່ພຽງພໍ ສຳ ລັບວົງໂຄຈອນເມື່ອການສູນເສຍຖືກຄິດໄລ່, ແລະໂຄງສ້າງທີ່ພຽງແຕ່ 10% ຂອງທັງ ໝົດ ແມ່ນເບົາຫຼາຍແລ້ວ. ນັ້ນເປັນເຫດຜົນທີ່ວ່າເກືອບທຸກໆລູກສອນໄຟວົງໂຄຈອນໃຊ້ສອງຫຼືຫຼາຍກວ່າຂັ້ນ.

ແມ່

ຈັດການ​ເພີ່ມ​ອັດຕາສ່ວນ​ມວນ ສໍາລັບລົດສອງຂັ້ນ,

ຕົວເລກ​ລວມ

ບ່ອນ​ທີ່​ມວນ​ເລີ່ມ​ຕົ້ນ​ຂອງ​ຂັ້ນ​ທີສອງ​ບໍ່ລວມເອົາ​ທຸກ​ສິ່ງ​ທຸກຢ່າງ​ທີ່​ຂັ້ນ​ທຳອິດ​ໄດ້​ຖິ້ມ​ໄປ. ການ​ປັບ​ປຸງ​ການ​ແບ່ງ​ຂັ້ນ​ຕອນ (ສໍາລັບ Isp ເທົ່າກັນ, ປະມານ Δv ຕໍ່​ຂັ້ນ) ແມ່ນ​ເປັນ​ບັນຫາ​ທີ່​ມີ​ມາ​ແຕ່​ດົນນານ: ອັດຕາສ່ວນ​ຂອງ​ພາຫະນະ ຫຼຸດລົງ​ຢ່າງ​ໄວວາ​ກັບ Δv ທີ່​ຕ້ອງການ, ເຊິ່ງ​ເປັນ​ເຫດຜົນ​ທີ່​ເຮັດໃຫ້​ຫຼຸດ​ລົງ​ຂອງ Δv ໄປ​ສູ່​ວົງໂຄຈອນ ໂດຍ​ບໍ່​ຫຼາຍ​ຮ້ອຍ m/ s (ເລີ່ມ​ຕົ້ນ​ທາງ​ທິດ​ຕາເວັນອອກ, ໃກ້​ກັບ​ເສັ້ນ​ຜ່າ​ກາງ) ມີ​ຄວາມ​ໝາຍ​ຫຼາຍ​ພໍ​ສົມຄວນ.

ຂໍ້ສົມມຸດຕິຖານຍັງອະທິບາຍເຖິງເຫດຜົນຂອງຂັ້ນຕອນທໍາອິດທີ່ໃຊ້ໄດ້ອີກຄັ້ງ: ພວກເຂົາບິນກັບຄືນມາໂດຍການໃຊ້ເຊື້ອໄຟທີ່ອາດຈະເປັນຄວາມສາມາດໃນການບັນທຸກ, ການແລກປ່ຽນບາງສ່ວນຂອງຄວາມອາດສາມາດໃນການບັນຈຸເພື່ອບໍ່ຖິ້ມສ່ວນທີ່ລາຄາແພງທີ່ສຸດຂອງລູກສອນໄຟ.