Популярно о науке

Previous Entry Share Next Entry
Ракетомоделизм.
ahiin

Сколько ракетомодельных двигателей понадобится, чтобы запустить в космос настоящую ракету?

—Greg Schock, PA

Около 65000, плюс/минус.

Их нужно будет собрать в таком порядке:

[сверху-вниз, справа-налево:
сверхлегкий сверхзвуковой обтекатель корпорации ACME,
полезный груз,
стопки ракетомодельных двигателей]

Такая ракета будет весить как грузовик-эвакуатор. Засунуть туда удастся лишь из двигатели, обтекаемую оболочку и простейшее оборудование для разделения ступеней.

Двигатели будут выгорать примерно за 3 секунды. Подобная структура в виде "слоистого пирога" будет работать следующим образом: каждые 3 секунды, нижний слой отработавших ракет будет отделяться, а следующая ступень - стартовать. Потребуется от 25 до 30 ступней, которые суммарно проработают полторы минуты, чтобы ракета слегка царапнула границу космического пространства.

(Предполагается, что в конструкции используется что-то наподобие двигателя Estes E9-4  [уверен, знающие читатели подскажут мне российский аналог (время работы 3с, максимальная тяга 20 Н, полный импульс 30 Нс)], который относится к верхнему сегменту обычных ракетомодельных двигателей. Есть и побольше, классификация идет по индексам до O и даже дальше, но в некоторый момент, они перестают быть ракетомодельными и становятся просто ракетными двигателями.)

30-ступенчатая ракета, это, мягко выражаясь, инженерный кошмар. Описываемая конструкция предполагает, что масса оборудования, не являющегося двигателями, ограничена массой одного человека (60 кг). В результате, космический корабль будет просто блоком ракетных двигателей. Их нужно будет изолировать друг от друга, чтобы верхние ступени не сработали раньше времени, плюс и аэродинамика и система разделения ступеней будут серьезной проблемой.

Стопка из двигателей сужается снизу-вверх. В момент, когда зажгутся двигатели верхних ступеней, ракета избавится от большей части своей массы, поэтому для поддержания постоянного ускорения потребуется меньшая тяга.

В середине стопка двигателей расширяется из-за того, что ускорение (как функция ступени) выглядит следующим образом:

[сверху-вниз, справа-налево:




ускорение, ступень, окончание горения]


Оптимальным режим для ракеты - когда тяга в несколько раз больше чем сила тяжести. Но лучше не ускоряться слишком сильно, когда вы еще внизу. Сопротивление воздуха растет как квадрат скорости, и, если разгоняться слишком быстро, вы скоро обнаружите, что тратите все топливо лишь на поддержание скорости. Так что, лучше вначале разгоняться медленно, а затем вдавить на всю железку, когда воздух станет разреженным.


[сверху-вниз, справа-налево:
космос, не космос, стартовая площадка, точка приземления]

как многие уже заметили, эта ракета доберется до космоса (по крайней мере на несколько секунд), но не до орбиты. Можно ли состыковаться с МКС, используя ракетомодельные двигатели?

Нет.

Учитывая сопротивление воздуха, чтобы дотянуться до космоса, вам потребуется ракета, способная разогнаться (в вакууме) до 2 км/с. Чтобы выйти на орбиту, потребуется ракета, разгоняющаяся до 10 км/с.

Если вы попытаетесь использовать ту же математическую модель, что мы использовали для суборбитальной ракеты, то она выплюнет вам похожую на блин гору из ракетомодельных движков, более полутора километров в диаметре. В середине она будет заостряться в десятиметровый шпиль, а весить как Великая пирамида.

[-Странный холм.
-Ну и где твой космический корабль?
-Ээм.]

Это транспортное средство не только не сможет покинуть атмосферу, но и скорее всего не выдержит собственного веса.

Откровенно говоря, термин "транспортное средство" несколько некорректен. В действительности, ваше творение будет ничем иным, как неустойчивой кучей пороха размером с Центральный парк в Нью-Йорке. Если она взорвется, а она взорвется, то будет побит рекорд самого большого неатомного взрыва в истории. (Любопытно, что текущим держателем этого сомнительного достижения также является ракета, взорвавшаяся при запуске.)

Подводя черту, можно сказать, что будет очень трудно, но все же возможно, построить нечто, способное добраться до космоса и использующее ракетомодельные двигатели. Однако, если вы попробуете построить корабль, способный добраться до орбиты, то это значит, что в космос вы не летите вообще.

Источник.



  • 1
3 секунды – довольно большое время работы для модельного двигателя.
График тяги Estes E9-4

Российские аналоги работают ~1,5 секунды, например - РД1-30-5.
Вот его характеристики:
Импульс тяги суммарный 30 Н•с
Тяга максимальная 37 Н
Тяга средняя 23 Н
Время горения заряда 1,2 с
И график тяги.

Хмм, такой я находил, но из-за разницы во времени горения упоминать не стал.
Т.е. полного аналога у нас не производится?

Увы, на "карамельке" три секунды сделать трудно, а производство смесевых я организовать пока не смог (были опытные образцы, но нужна-то серия).
Полного аналога пока нет.

так 'торцевики' же!

А вот интересно, можно ли сделать этакую одноступенчатую ракету эконом-класса, чтобы по мере выгорания твердого топлива и лишняя оболочка тоже сгорала?

Мне вот тоже интересно.

Разные были идеи. Чтобы корпус РДТТ был одновременно топливом и в итоге сгорал.
Или (в журнале "Юный техник" была статья) ракета с ЖРД, но бак срезается специальным резаком во время полета (там хитрая схема с тянущими двигателями и подвижным днищем бака) - бесконечноступенчатая ракета.

Edited at 2013-03-28 08:50 am (UTC)

Ну, с резаком -то уж совсем сурово, такое бы даже мне в голову не пришло:)))

а сопло куда девать?

Ну, изначально нижнему концу блока твердого топлива придать форму сопла:))) Я, конечно, понимаю, что нужной равномерности сгорания фиг добьешься.

гхм, сопло это сложная штука, тут никакое равномерное горение не спасёт.
Кроме того, у карамельных ракет сейчас, наскольок мне известно, топливо горит не от торца, а от центра стрежня к краям.

Понятно, спасибо!

я тут считал численно и программы моделирования со мной сходятся. Если у нас ракета маленькая (от пуда до тонны) то эффективнее всего в атмосфере лететь с постоянной скоростью порядка 200м/с, а разгоняться только после выхода из атмосферы.

При скоростях выше примерно 200м/с у мелкой ракеты аэродинамические потери больше чем гравитационные, а значит разгоняться не надо.

Возьмите какую-нибудь ракетомодельную программку, подставьте туда параметры любой модельной ракеты с любым двигателем и попробуйте увеличивать время работы двигателя при сохранении полного импульса. Максимум высоты будет при работе двигателя порядка десятков минут, а не единиц секунд и высота взлета будет почти 10 км.

И де потом такой клевый двигатель искать?
Условие было использование реально существующего на рынке ракетомодельного двигла.

а) самоделка
б) несколько ступеней, чтоб тянуло долго

про самоделки есть довольно много интересного, даже на русском
навскидку, sashapro.rocketworkshop.net/index.htm и почти всё что гуглится по "Ричард Накка" или "Sugar Shot to Space"

еще было что-то про плавление систем сахар-сррбит-KNO3-NaNO3, но сходу не нагуглил, а там матчасть очень неплохо проработана.

A где ссылка на оригинал? ))

Ай, мля!:)
Поправил, спасибо!

  • 1
?

Log in

No account? Create an account