Verdediging en militêre

Rockets 101: Hoe presies werk Rockets?

Rockets 101: Hoe presies werk Rockets?

Mense gebruik al eeue lank beheerde ontploffings om voorwerpe aan te dryf. Hierdie toestelle word dikwels vuurpyle genoem, en word vandag algemeen gebruik as vuurwerke, seinfakkels, oorlogswapens en vir die verkenning van die ruimte.

Maar hoe werk hulle eintlik? Kom ons kyk kortliks.

Hierdie artikel is nie bedoel om 'n omvattende gids te wees nie, aangesien vuurpylwetenskap immers 'vuurpylwetenskap' is.

Hoe werk vuurpyle presies?

U kan in die versoeking kom om te dink aan vuurpyle wat optree deur bloot 'hulself deur die lug te druk'. Maar aangesien vuurpyle ook uitstekend in die lugruim kan werk, is dit nie regtig wat aangaan nie.

Hulle werk, soos vroeër genoem, met behulp van die beginsel van Newton se Derde Bewegingswet, wat dikwels genoem word 'vir elke aksie is daar 'n gelyke en teenoorgestelde reaksie'. Vuurpyle werk dus eintlik deur die momentum te benut - die krag wat 'n bewegende voorwerp het.

Al is dit gelyk, sonder kragte van buite, moet 'n groep voorwerpe se gesamentlike momentum konstant bly. Dit is vervat in Newton se beroemde Derde Bewegingswet.

Stel u voor dat u op 'n skateboard staan ​​terwyl u 'n basketbal in u hande hou.

As u die basketbal in een rigting gooi, sou u (en die skateboard) met dieselfde hoeveelheid in die teenoorgestelde rigting rol. Hoe meer krag uitgeoefen word om die bal te gooi, hoe meer krag sal die skateboard in die teenoorgestelde rigting dryf.

Vuurpyle werk op dieselfde manier. Deur warm uitlaatgas aan die een kant van die vuurpyl te verdryf, word die vuurpyl in die teenoorgestelde rigting aangedryf - net soos in die skateboard-voorbeeld.

Motor- of vliegtuig-enjins, insluitend straal-enjins, het lug nodig om te werk (wel, hulle het die suurstof wat dit bevat) nodig, en daarom kan hulle nie in die lugruim werk nie. Vuurpyle, aan die ander kant, werk uitstekend in die ruimte.

Maar hoe?

Anders as verbrandingsenjins, dra vuurpyle oksideermiddels saam. Net soos die brandstof, kan dit in vaste, vloeibare of baster vorm wees (meer hieroor later).

Die oksideermiddel en brandstof word in die verbrandingskamer van die vuurpyl gemeng en die uitlaatgasse word teen 'n hoë spoed van die agterkant van die vuurpyl af gedryf. Dit alles word in die afwesigheid van lug gedoen - in teenstelling met motors en vliegtuie, het vuurpyle geen luginlate nie.

VERWANTE: SPINLAUNCH: WIE benodig RAKETS WANNEER JY RUIMTEKATAPULTE KAN GEBRUIK?

Die molekules van die raket se uitlaatgasse is individueel baie klein, maar hulle verlaat die spuitkop van die vuurpyl baie vinnig (wat hulle baie momentum gee). In werklikheid genoeg om 'n multi-ton-voorwerp die momentum te gee wat nodig is om die aarde se swaartekrag te ontsnap.

Wat is die belangrikste dele van 'n vuurpyl?

Die meeste moderne vuurpyle bestaan ​​uit minstens twee fases. Dit is dele van die vuurpyl wat op mekaar in 'n silindriese omhulsel (ook 'n seriële opstelling) gestapel word.

'N Voorbeeld van hierdie vorm van vuurpylopvoering is die Saturn V-reeks van NASA.

Ander soorte vuurpyle gebruik parallelle stellasies. In hierdie geval word kleiner eerste fases aan die liggaam van 'n sentrale "volhoubare" vuurpyl vasgemaak. Vuurpyle soos NASA se Titan III en Delta II gebruik hierdie soort opvoering.

Elke fase het sy eie stel enjins, wat wissel na gelang van die ontwerp. Die eerste fase van SpaceX se Falcon 9 het byvoorbeeld nege enjins, terwyl Northrop Grumman se Antares-vuurpyl twee het.

Die taak van die eerste fase is om die vuurpyl uit die onderste atmosfeer te haal. Daar is of nie ekstra bywerkers is om te help nie.

Omdat hierdie aanvanklike stadium die gewig van die hele vuurpyl moet dra (met loonvrag en onbestede brandstof), is dit gewoonlik die grootste en kragtigste gedeelte.

Namate die vuurpyl versnel, kry dit aanvanklik 'n toename in lugweerstand. Maar as dit hoër beweeg, word die atmosfeer dunner en verminder die lugweerstand.

Dit beteken dat die spanning wat die vuurpyl tydens 'n tipiese lansering ervaar aanvanklik tot 'n hoogtepunt styg en dan weer val. Die piekdruk staan ​​bekend as maksimum q.

Vir die SpaceX Falcon 9 en die United Launch Alliance Atlas V word maksimum q gewoonlik tussenin ervaar 80 en 90 sekondes van 'n lansering, op 'n hoogte tussensewe (11 km) aan 14,5 km (nege myl).

Sodra die eerste fase sy plig voltooi het, laat die vuurpyle daardie gedeelte gewoonlik val en hul tweede fase aan die brand steek. Die tweede fase het minder werk om te doen (omdat dit minder massa het om te beweeg) en het die voordeel dat dit 'n dunner atmosfeer het om mee te ding.

Om hierdie rede bestaan ​​die tweede fase dikwels net uit 'n enkelmotor. Die meeste vuurpyle gaan ook in hierdie stadium hul kappies (dit is 'n spitsdop aan die punt van die vuurpyl wat die loonvrag beskerm).

In die verlede sou weggooide onderste dele van die vuurpyl eenvoudig in die atmosfeer opbrand. Maar omstreeks die 1980's het ingenieurs hierdie afdelings begin ontwerp om herwinbaar en herbruikbaar te wees.

Private maatskappye soos SpaceX en Blue Origin het hierdie beginsel verder gevoer en ontwerp dat hulle self na die aarde kan terugkeer en land. Dit is voordelig, want hoe meer dele wat hergebruik kan word, hoe goedkoper vuurpyle kan dit raak.

Watter brandstof word in 'n vuurpyl gebruik?

Moderne vuurpyle gebruik gewoonlik vloeibare, vaste of baster brandstof. Vloeibare vorme van brandstof word gewoonlik geklassifiseer as petroleum (soos keroseen), kriogene (soos vloeibare waterstof) of hipergolika (soos hidrasien).

In sommige gevalle kan alkohol, waterstofperoksied of lachgas ook gebruik word.

Vaste dryfmiddels kom gewoonlik in twee vorme voor: homogeen en saamgestelde. Albei is baie dig, stabiel teen kamertemperatuur en word maklik gestoor.

Eersgenoemde kan 'n eenvoudige basis wees (soos nitrocellulose) of 'n dubbele basis (soos 'n mengsel van nitrocellulose en nitroglycerine). Saamgestelde vaste dryfmiddels, aan die ander kant, gebruik 'n gekristalliseerde of fyngemaalde minerale sout as die oksideermiddel.

In die meeste gevalle is die werklike brandstof geneig om op aluminium gebaseer te wees. Die brandstof en oksideermiddel word gewoonlik saam met 'n polimeer bindmiddel gehou wat ook tydens die verbranding verbruik word.

Hoe werk vuurpyllanseerblokkies?

Launchpads, soos die naam aandui, is platforms vanwaar vuurpyle gelanseer word. Hulle is geneig om deel uit te maak van 'n groter kompleks, fasiliteit of ruimtetuig.

'N Tipiese lanseerblad sal bestaan ​​uit 'n pad of 'n lanseerbevestiging, wat gewoonlik 'n metaalstruktuur sal wees wat die vuurpyl in 'n regop posisie ondersteun voor die ontploffing. Hierdie strukture het naelstringkabels wat die vuurpyl aanvuur en koelvloeistof bied voor die lansering, onder andere funksies.

Hulle sal ook weerligstokke hê om die vuurpyl tydens weerligstorms te beskerm.

Lanseringskomplekse sal wissel in ontwerp, afhangende van die raket se ontwerp en die behoeftes van die operateur. Die NASA Kennedy Space Center het byvoorbeeld die Space Shuttle ontwerp om vertikaal aan 'n vuurpyl vas te maak en na die lanseerplatform te skuif op 'n massiewe tenkagtige voertuig genaamd 'Crawler'.

In Rusland is vuurpyle saamgestel en horisontaal na die lanseerplatform vervoer voordat dit regop gelig is in situ.


Kyk die video: From $673 to $100 Million: The Social Dynamic Selling System with Rylee Meek (Junie 2021).