Принципиальный недостаток термохимических двигателей
Реак- тивный принцип движения, о котором говорилось в п. 2.2.3 пока остается основным в космонавтике. И вот, в частности, к чему он сегодня приводит. На рис. 10.4.1 изображен американский космический комплекс Аполлон-Сатурн 0, который впер- вые высадил людей на Луну и затем вернул их на Землю [253]. Стартовая масса комплекса 2900 тонн, а вернувшийся на Землю "командный модуль" (КМ) имеет массу всего ~ ~ 5 тонн. Такое различие объясняется тем, что двигатели этого комплекса — реактивные. Они создают тягу за счет выброса массы, находящейся в самой ракете, и эта тяга равна F = mw, A0.4.1) здесь т — секундный расход массы, w — скорость ее вылета по отношению к аппарату. Из A0.4.1) непосред- ственно следует, что, сохраняя тягу, можно уменьшить расход массы, только увеличивая скорость истечения. Ещё нагляднее связь стартовой массы Mq космического аппарата с его конечной массой М и скоростью истечения выступает в формуле Циолковского v = w\n-^. A0.4.2) Здесь v — так называемая "характеристическая скорость перелета". Это та скорость, которую приобрел бы косми- ческий аппарат, двигаясь в отсутствии внешних сил по прямой, при условии, что двигатели работают в том же режиме, что и при реальном перелете. Вот характеристические скорости ряда оптимальных перелетов с опорной орбиты около Земли (h = 140км). • опорная орбита — геостационарная орбита: v ~ ~ 5 км/с; • опорная орбита — орбита вокруг Луны: v ~ 7 км/с; • опорная орбита — орбита вокруг Луны-посадка на Луну-возвращение на Землю: v ~ 14 км/с. Из приведённых значений характеристических скоростей видно, что для создания КА, у которых при указанных полётах м w^l0> Рис. 10.4.1. Комплекс "Апполон-Сатурн"; КМ — командный модуль 1) Двигатели для этого комплекса были созданы под руководством В. фон Брауна. 522 Гл. 10. Примеры современных плазменных технологий требуются скорости истечения 10 км/с < w < 50 км/с. A0.4.3) В то же время скорости истечения из весьма совершенных современных двигателей, работающих на керосине и жидком кислороде (РД-107, F = 102 т) w = 3010 м/с, A0.4.4а) а на кислороде и водороде w~ 4500 м/с. A0.4.46) Отсюда видно, что при сколько-нибудь сложном полете гигантская начальная масса неизбежна, даже если идти на многоступенчатые системы 0 и использовать водород и кислород, указанная скорость истечения паров воды вообще близка к пределу для продуктов химических реакций. Поэтому скорости нужного диапазона A0.4.3) мож- но получить, только вкладывая энергию в ускоряемый поток от постороннего источ- ника. Это можно делать по-разному, но наиболее гибкими являются электрические ракетные двигатели (ЭРД), питаемые от бортового электрогенератора, первичным источником для которого является Солнце, ядерный реактор или энергогенератор с радиоактивным изотопом. Следует отметить, что в каждом реальном перелете КА существует некое оп- тимальное значение скорости истечения w. Это объясняется тем, что чем больше скорость, тем выше энергетическая цена тяги Здесь N — мощность, подводимая к двигателю, F — его тяга, г] — "тяговое" кпд. Увеличивая v, мы уменьшаем расход массы, но увеличиваем массу энергетической установки. Это и определяет оптимальную скорость истечения.
Ви переглядаєте статтю (реферат): «Принципиальный недостаток термохимических двигателей» з дисципліни «Введення в плазмодінаміку»
