Isku-dhafka roketka iyo delta-v

In 1903 dugsiga dugsiga dhega la’aanta ah ee Kaluga, Konstantin Tsiolkovsky, wuxuu qoray iskutallaabta oo weli siiya nooc kasta oo roket ah. Waxay sharraxaysaa sababta Falcon 9 waa ku saabsan 89% propellant, maxaa yeelay payload waa kaliya boqolkiiba yar oo miisaanka ah ee ka qaadista, iyo sababta rokets hoos qaybaha iyaga oo ku socda.

Ruushka kasta oo ah tartan u dhexeeya xawaaraha aad rabto iyo miisaanka waa inaad qaadataa si ay u helaan.

Fiiri

A roket dhaqdhaqaaqa by tuura masaska gadaal. Tuur si degdeg ah, ama tuuro in ka badan oo ka mid ah, oo aad u socoto si degdeg ah. Waxaa jira xabad: shidaalka aadan weli ku gubay waa in sidoo kale la qaado oo la dhaqaajiyo. Taasi waxay keenaysaa in la helo logarithmic: si aad u kordhiso tirada isku midka ah ee xawaaraha, waa inaad ku badsataa shidaalka, ha ku darin.

Delta-v (Δv, “beddelka dhaqdhaqaaqa”) waa lacagta duulimaadyada hawada. Manoeuvre kasta oo waxaa ku jira qiimaha km / s:

• Dhulka ee dhulka hoos u orbit: ku saabsan 9.4 km / s, oo ay ku jiraan khasaaraha.
• Nidaamka hoose ee geostationary orbit: ku saabsan 3.9 km / s.
• Duufaan hoose si ay u tagaan dhulka ee Mars: ku saabsan 3.6 km / s.

Miisaaniyadda roket waa sida badan ee Δv ay mashiinadeeda, shidaalka iyo miisaanka ay soo bandhigi karaan.

Fahan

Δv = I_sp · g₀ · ln(m₀ / m_f)

• I_sp: dhaqdhaqaaq gaar ah, tirakoobka waxtarka mashiinka daqiiqadaha (waxqabadka hawada ee lagu kala qaybiyay g₀).
• g₀ = 9.80665 m/s², culeyska caadiga ah.
• m₀: miisaanka marka la bilaabo dabka; m_f: miisaanka marka la dhamaado.

tusaale la ah heerka labaad ee roketka simulated (Isp 348 s): buuxa, waxay miisaanka ku saabsan 112 tan oo ay ku jiraan 15-ton payload; biyo la’aan ah ee propellant, ku saabsan 19 tan. Δv = 348 × 9.81 × ln(112 / 19) ≈ 6.0 km/s. Tallaabada koowaad ayaa ku daray kuwa kale.

A heerka kaliya oo leh qiyaasta masaska ah ee 10 iyo Isp 350 s siinaysaa kaliya 7.9 km / s, ma aha mid ku filan oo loogu talagalay orbit marka khasaaraha la xisaabinayo, iyo dhisme oo kaliya 10% guud ahaan waa horeyba aad u iftiin badan. Waa sababta oo ah in ka badan oo dhan orbital roket isticmaalaa laba ama in ka badan oo heerar.

Hoose

Staging multiplies tirada guud ee ratios. Si ay u gaari laba-geesood ah,

Δv_total = I₁ g₀ ln(m₁₁/m_f₁) + I₂ g₀ ln(m₁₂/m_f₂)

halkaas oo heerka labaad ee bilaabay tirada ka baxsan wax kasta oo heerka koowaad ka saaray. Optimising kala qaybinta u dhexeeya heerarka (u Isp isku mid ah, sicir-dhimista ugu yaraan isku mid ah Δv kasta oo ka mid ah) waa dhibaato classical: qaybta payload hoos u dhac exponentially la Δv loo baahan yahay, taas oo ah sababta hoos u dhigista Δv in orbit by boqolaal m / s (soo bandhigay bari, ee xeebta ku dhow) waxyaalaha sida badan.

Isku-dhafka sidoo kale wuxuu sharxayaa manhajka heerarka koowaad ee dib loo isticmaali karo: waxay ku duulaan dib iyagoo isticmaalaya shidaal oo haddii kale ay noqon lahayd awoodda culayska, ganacsi boqolkiiba yar oo culeyska ah si aysan u tuurin qaybta ugu qaalisan ee roketka.