Glavni Novice Kako vesoljske rakete delujejo brez zraka?

Kako vesoljske rakete delujejo brez zraka?

SpaceX

SpaceXova raketa Falcon Heavy izstreli v oblaku dima. (Zasluge za sliko: SpaceX)

V vesolju se rakete vrtijo naokoli brez zraka, ki bi jih lahko potisnile. Kaj je njihova skrivnost?

Izkazalo se je, da so motorji, ki poganjajo rakete, drugačni od vrste motorjev, ki poganjajo letala ali drugo opremo na Zemlji. Raketni motorji prenašajo vse, kar potrebujejo, v vesolje, namesto da bi se zanašali na zrak.

Tako kot zemeljski motorji tudi raketni motorji delujejo z zgorevanjem. Ker vse oblike zgorevanja potrebujejo kisik, nosijo rakete s seboj v vesolje oksidant, kot je tekoči kisik. To pomeni, da se jim ni treba zanašati na okoliški zrak kot avtomobilski motor.

'Potem ima raketa še vedno gorivo, pa naj gre za kerozin, metan ali tekoči vodik, da povzroči reakcijo,' je za Live Science povedala Cassandra Marion, znanstvena svetovalka Kanadskega letalskega in vesoljskega muzeja v Ottawi.

Sorodno: Ali se vesolje vrti?

Raketa SpaceX Falcon 9 izstreli 60 internetnih satelitov Starlink v vesolje z Nasine ploščadi 39A

Raketa SpaceX Falcon 9 izstreli 60 internetnih satelitov Starlink v vesolje s ploščadi 39A NASA-jevega vesoljskega centra Kennedy v Cape Canaveralu na Floridi 6. oktobra 2020. To je bil tretji polet pospeševalnika Falcon 9.(Zasluge za sliko: SpaceX)

(odpre se v novem zavihku)

Zasnova rakete vključuje zgorevalno komoro, kjer reagirata oksidant in gorivo, nato pa šobo, iz katere izhajajo produkti zgorevanja, je pojasnila.

'Eksplozija, ki jo povzroči to zgorevanje, bo ustvarila zelo vroče pline, ki bodo izpuščeni iz dna rakete,' je dejal Marion. 'Če potisnete dovolj sile na dno rakete, je reakcija gibanje rakete v nasprotni smeri.'

To je sklicevanje na Isaaca Newtona tretji zakon gibanja . Pogosto ga izrazimo tako, da vsako dejanje povzroči enako in nasprotno reakcijo, čeprav to ni točno tako, kot ga je poimenoval Newton.

En starejši angleški prevod njegove latinščine iz leta 1766 ' Matematični principi naravne filozofije (1. zvezek) (odpre se v novem zavihku)' opisuje ta zakon: 'Vsakemu dejanju vedno nasprotuje enaka reakcija: ali medsebojna dejanja dveh teles drug na drugega so vedno enaka in usmerjena v nasprotne dele.'

Z drugimi besedami, rakete delujejo v vesolju sil. Včasih so sile neuravnotežene, kar vidimo, ko pospešek rakete potisne svoje inertno telo navzgor v vesolje. Včasih pa so sile uravnotežene, na primer knjiga, ki leži na mizi (ali raketa, ki na izstrelitvi čaka na vzlet).

„V skladu s tretjim zakonom deluje miza na knjigo z enako in nasprotno silo. Ta sila se pojavi, ker teža knjige povzroči, da se miza nekoliko deformira, tako da potisne nazaj na knjigo kot navita vzmet,' je zapisala Britannica (odpre se v novem zavihku).

Raketa United Launch Alliance Atlas V z Nasinim roverjem Mars 2020 Perseverance na krovu je osvetljena z reflektorji na izstrelitveni ploščadi v Space Launch Complex 41 v torek, 28. julija 2020, na postaji letalskih sil Cape Canaveral na Floridi.

Raketa United Launch Alliance Atlas V z Nasinim roverjem Mars Perseverance na krovu je osvetljena z reflektorji na izstrelitveni ploščadi v Space Launch Complex 41 v torek, 28. julija 2020, na letalski postaji Cape Canaveral na Floridi.(Zasluge za sliko: NASA/Joel Kowsky)

(odpre se v novem zavihku)

Pravila gibanja morajo upoštevati tudi orbitalno mehaniko. Okoli velikih planetov, kot je Zemlja Preprosto povedano, vsaka možna višina ima določeno hitrost.

Najvišja točka orbite je periapsis, najnižja točka pa apoapsis. Kot NASA je pojasnila (odpre se v novem zavihku), lahko rakete povečajo svojo periapso le tako, da vklopijo svoje motorje (ali kako drugače povečajo svojo energijo), medtem ko so v apoapsi. Ali če želijo rakete znižati svojo višino, morajo odstraniti energijo (vklopiti motorje) na periapsisu.

Zemljino ozračje vesoljska plovila in Mednarodno vesoljsko postajo nenehno ovirajo, zaradi česar morajo občasno vžgati raketne motorje, da preprečijo padec nazaj na Zemljo. Zato morajo misije v vseh Zemljinih orbitah, razen v najvišjih, prenesti dovolj goriva, da preprečijo, da bi prišlo do 'vrnitve'.

'Obstajajo zelo natančne meritve, koliko goriva je treba dati v raketo, odvisno od velikosti rakete, vrste goriva in vsega, kar prispeva k masi rakete,' je dejal Marion. Oblikovalci morajo upoštevati tudi Newtonov drugi zakon . Eden od načinov preoblikovanja: Sile, ki delujejo na predmet, mu dajejo pospešek, pri čemer je količina pospeška odvisna od mase predmeta.

Vesoljski izstrelitveni sistem Artemis I (SLS)_NASA/Glenn Benson

NASA Space Launch System uporablja dodatne spodbujevalnike za dvig velike izstrelitvene mase s tal.(Zasluge za sliko: NASA/Glenn Benson)

(odpre se v novem zavihku)

Preden pošljejo plovilo v orbito, morajo oblikovalci torej upoštevati specifični impulz rakete. To je merilo, kako učinkovito je raketno gorivo glede na količino potiska na količino zgorelega goriva, je dejala NASA. 'Višji kot je specifični impulz, več 'odriva' dobite na vsak funt goriva,' je agencija dodano (odpre se v novem zavihku).

Dodajanje več goriva v raketo ni vedno rešitev za reševanje orbitalnih težav. To je zato, ker več goriva pomeni večjo maso, kar poveča stroške misije, saj bo za potiskanje vesoljskega plovila in rakete z izstrelišča potrebno več energije.

NASA pogosto uporablja tekoči vodik in tekoči kisik, ker ta kombinacija zagotavlja najvišji specifični impulz od katerega koli običajno uporabljenega raketnega goriva, poroča agencija. Vendar pa ima vodik tako nizko gostoto, da je uporaba pogonskega goriva nepraktična: rezervoar bi bil 'prevelik, pretežak in s preveč izolacije, ki ščiti kriogeni pogonski plin, da bi bil praktičen,' je dejala agencija.

Zato številne misije za izstrelitev raket zahtevajo ojačevalnike. Današnji primer je NASA Vesoljski izstrelitveni sistem (odpre se v novem zavihku), globoko vesoljska raketa za misije na Luno, zasnovana za uporabo dveh pospeševalnikov. Ojačevalci skupaj zagotavljajo 75 % celotnega vzletnega potiska (odpre se v novem zavihku)potreben za začetek delovanja SLS.

Za bolj oddaljene destinacije so vesoljske agencije kreativne. Če želite prihraniti denar pri snemanju oddaljenih planetov, kot je npr Jupiter , nekatera vesoljska plovila krožijo okoli planeta (recimo Venere) in ga uporabljajogravitacijaza povečanje hitrosti. To skrajša čas, potreben za prihod do drugih ciljev, in zahteva, da raketa prevaža manj goriva, kot je potrebno, da leti tako daleč.

Zanimivi Članki