Ову лекцију је направио члан Local Solar System фондационог тима и може бити побољшана од стране квалификованог рецензента. Да ли сте квалификовани за ову тему? Предложите измену
Свемир је удаљен само око 100 километара, што је ближе него што многи људи путују. Доћи тамо је лако: сонде ракете то раде са неколико минута лета и падају право назад. Останак тамо је тежак део. Да би се задржала, потребна је бочна брзина од око 7,8 km/s, а готово све гориво ракете се троши на то.
За њено завршавање потребно је неколико минута. Уколико се гориво брзо испарава, то је већа количина горива.
Погледај.
Лансирање има четири дела:
- Право нагоре На неколико секунди, да би се расчистио торањ и најгушћи ваздух.
- Гравитацијски заокрет. Мали нагиб, пар степени и гравитација чини остало: пут се сам савија док мотори погађају дуж њега. Не постоји ни један авион који би могао да се подигне у ваздух без помоћи ракета.
- Сцена. После око два и по минута, прва фаза је празна и пада. The upper stage, much lighter, keeps pushing.
- Лети скоро равно, градећи бочну брзину док не достигне орбиталну брзину. Мотор је угашен. Свемирска летелица је у орбити око Земље, обилази је сваких 88 минута или тако нешто.
Покретање ка истоку помаже: Земљин сопствени ротациони момент даје слободну брзину од 0,465 km/s на екватору. Због тога је већина лансирних места окренута ка океану на истоку.
Разумем.
У горњој симулацији, возило потроши око 9,3 км/с “делта-в” (укупна промена брзине његови мотори могу обезбедити) да би се достигла брзина од 7,8 км/с на 200 километара. Разлика је у томе што губитак гравитације: док ракета још увек делимично указује нагоре, део њеног потиска је само држи против гравитације уместо да је убрзава.
Праве ракете такође боре против ваздушног отпора и губе неке од својих ефикасности управљања. Уобичајени буџет за ниску Земљину орбиту је 9,3 до 10 км/с, који се поклапа.
| Момент у симулацији | Време | Надморска висина | Брзина |
|---|---|---|---|
| Први степен мотора је одсечен. | око 2 мин. и 24 с | око 90 км | око 3,0 км/ с |
| Други степен је у орбити. | око 7 мин. и 37 с. | око 200 км | 7,8 км/с |
Први степен, који се одваја при брзини од 3 km/s, је превише спор за орбиту и падне назад (Фалкон 9 погонске ракете се онда управљају назад на земљу).
Господару.
Горња фаза у овом моделу користи једноставан закон водича затворене петље. У сваком тренутку бира угао нагиб θ тако да вертикално убрзање исправља висину и брзину успона:
a_T sin θ = μ/r² − v_h²/r + k₁(r_target − r) − k₂·v_r
Прва два термина су гравитација минус „центрифугално“ олакшавање хоризонталне брзине. Како v_h приближава кружну брзину √(μ/r), та два се поништавају и фаза показује раван. Права возила користе више рафинисане шеме (на пример, режим итеративног вођења из доба Апола или експлицитно вођење на спејс-шатлу) које минимизирају погонско гориво, али принцип је исти.
Уметање у орбиту се завршава са нулом вертикалне брзине тачно на висини циља, и хоризонталном брзином једнаком √(μ/r). Ако се не уради ништа од тога, орбита ће бити елипса са најнижом тачком можда унутар атмосфере.
Пробај.
Полако се кретите кроз 3Д лансирање и посматрајте показиваче. У ком тренутку брзина пређе 3 км/ с, и шта се дешава ракети у том тренутку? Затим пронађите тренутак када висина престаје да расте док брзина наставља да расте.
Извођење је оно што учење држи.
Брзи тест
3 Брза питања. Изаберите одговор да бисте видели да ли сте у праву.
-
Зашто се ракета нагиње убрзо након полетања уместо да лети право нагоре?
- A Да би избегли облаке
- B Зато што орбита захтева велику бочну брзину; висина сама по себи није довољна
- C Зато што су мотори слабији на висини.
- D Да слетимо на прву фазу.
Прикажи одговор
B. Зато што орбита захтева велику бочну брзину; висина сама по себи није довољна
-
Колико брзо мора летелица да се креће бочно да би остала у орбити 200 км?
- A 1,1 км/с
- B 3 км/с
- C 7,8 км/с
- D 30 км/ч
Прикажи одговор
C. 7,8 км/с
-
Зашто ракете користе степенице?
- A Свака фаза може да носи различиту посаду.
- B Да престану да носе тешке празне резервоаре и моторе када им нестане горива.
- C Зато што један мотор не може да се поново покрене.
- D Да би ракета била виша
Прикажи одговор
B. Да престану да носе тешке празне резервоаре и моторе када им нестане горива. Празан први степен тежи око 25 тона, па сваки килограм горива који се испусти убрзава много лакше возило.
Завршна линија
- Прочитај лекцију
- Урадио изазов
- Положио сам тест.
Означи лекцију као завршену да бисте је сачували у напредак на овом уређају.
Лекција завршена.
Следећи Ракетна једначина и делта-вРечи у овој лекцији
Извор
- 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)
Ова лекција је лиценцирана као CC BY-SA 4.0.