Част 2 - Бягство от атракцията Land
За момента човешкото същество може да излезе в космоса само на борда на ракета или космическа совалка и въпреки това трябва да дадем на космическия кораб достатъчно скорост, за да може да избяга от земното привличане. Но скоростта не е всичко, ние също ще се опитаме да поставим космическия си кораб в орбита около планета, различна от Земята.
1. Излезте от атмосферата
Как да излезем от атмосферата? Много по-лесно е да се каже, отколкото да се направи. За да можем да излезем от атмосферата и да влезем отново в "космоса", първо трябва да се отдръпнем от привличането на земята, от гравитацията, която ни приковава към земята. Тъй като сме доста луди за височини от доста време и сме били добре информирани за всичко това, нашият космически кораб трябва да достигне определена скорост, за да се отърве от тази гравитация. Тази скорост е толкова важна, че й дадохме име: това е скоростта на освобождаване.
Преди да говорим за скоростта на освобождаване, първо трябва да разгледаме силите, които държат ракетата ни на земята.
Знаем, че ракетата е подложена на земно привличане като:
масата на Земята (в кг)
масата на ракетата (в кг)
д разстоянието между центъра на ракетата и земята (в м)
така че веднъж на земята имаме д което ще бъде равно на радиуса на земята.
На земята гравитационната сила е теглото, отбелязано P = m.g
с g интензивността на гравитационното привличане е:
Стационарният или движещ се обект на повърхността на Земята има механична енергия Em. Състои се от 2 енергии, кинетичната енергия Ec, свързана със скоростта и потенциалната енергия Ep, свързана с неговото положение, като:
На повърхността на Земята ракета има гравитационна потенциална енергия Ep и ракетата, която е неподвижна, нейната кинетична енергия е нула Ec = 0.
Така че имаме:
На безкрайно разстояние ракетата би имала нулева гравитационна потенциална енергия.
Със запазването на енергиите имаме:
За да се извлече ракетата от земната гравитация, трябва да й се даде кинетична енергия, равна на гравитационната потенциална енергия.
Ние имаме:
е
The скорост на освобождаване следователно е минималната скорост, която обектът трябва да има, за да преодолее ефектите от земната гравитационна сила.
Следователно скоростта на освобождаване е:
Изчислете скоростта на освобождаване на Земята
За да се изчисли скоростта на освобождаване, за да се отървем от гравитационното привличане на Земята (m.s -1)
Маса на Земята MTerre = 5,98 × 10 24 кг
Екваториален радиус на Земята RTerre = 6,38 × 10 6 m. (Ще приемем, че изстрелването на ракетата се извършва на земята, на екватора)
G = 6,67 × 10 -11 N.m 2 .kg -2
Като заместваме буквите, а не техните стойности, получаваме следната формула:
Скоростта на освобождаване на Земята е 11182 m/s или около 11.2km/s
2. Кой двигател да използвам?
Сега знаем, че за напускане на земята е необходимо да се достигне скоростта на освобождаване на Земята е около 11,2 m.s -1,
но все още не знаем какъв двигател ще използваме, за да задвижваме ракетата си с тази скорост.
Има три категории двигатели, които ще разгледаме за нашата ракета:
- двигателят с химическо задвижване
- атомният двигател
- йонният двигател
а) двигателят с химическо задвижване
Химическият двигател е най-широко разпространен и най-използван. Този тип двигател е и най-старият.
Всички химически двигатели следват един и същ принцип:
За да задвижат ракетата, тези двигатели изхвърлят един от газовете с най-високата възможна скорост. За да могат газовете да достигнат възможно най-високата скорост, те трябва да са много горещи, леки и под високо налягане.
За да успеете да изпратите газове с много висока скорост, е необходимо да предизвикате възможно най-енергична реакция. Две вещества, наречени пропеленти, ще реагират в специално проектирана горивна камера, за да трансформират всяка енергия, излъчена от реакцията, в скоростта на изхвърляне на газ. Тези реакции са почти винаги изгаряния, за да се получи изгаряне ще са необходими гориво и окислител, двигателите имат тази роля: едното е окислител, другото е гориво.