Artykuły na tym blogu są nieoficjalnymi tłumaczeniami XKCD What If. Teraz również na Facebooku!

10.06.2013

Modele rakiet

Oryginalny artykuł: Model Rockets

Jak wiele silników modeli rakiet potrzeba, żeby zbudować rakietę mogącą osiągnąć przestrzeń kosmiczną?

— Greg Schock, PA

Około 65000, ułożonych mniej więcej tak:

Stos modeli rakiet zamknięty w osłonie rakiety.

Rakieta miałaby masę dużego TIR-a. Nie byłoby w niej miejsca na nic poza silnikami, aerodynamiczną osłoną i niewielkim ładunkiem.

Każdy silnik działałby około trzy sekundy, po czym cała warstwa silników byłaby odrzucana, a ich zadanie przejmowałaby kolejna warstwa. Cała rakieta byłaby zbudowana z 25-30 stopni, co oznacza, że silniki działałyby w sumie półtorej minuty, po których rakieta otarłaby się o umowną granicę kosmosu.

Zakładam tutaj, że używamy silników podobnych do Estes E9-4, które są dosyć duże jak na modele rakiet. Oczywiście, istnieją większe i potężniejsze modele, jednak w pewnym momencie przestają one być silnikami modeli rakiet, a stają się silnikami rakiet.

Trzydziestostopniowa rakieta jest, delikatnie to ujmując, inżynierskim horrorem. Projekt zakłada, że część pojazdu nie będąca silnikiem, waży tyle co przeciętny człowiek - 60 kg. W rezultacie nasz statek będzie jednym wielkim blokiem silników rakietowych. Poszczególne stopnie muszą być od siebie odizolowane, aby silniki w wyższych warstwach nie zapaliły się przedwcześnie. Nie lada wyzwaniem będzie koordynacja odrzucania kolejnych stopni, a także aerodynamika.

Rakieta zwęża się ku górze. Silniki z górnych warstw będą musiały unieść odpowiednio mniejszą masę, dlatego wystarczy mniej rakiet aby utrzymać stałe przyspieszenie.

Zgrubienie w połowie wysokości rakiety jest potrzebne, ponieważ chcemy uzyskać następujący profil przyspieszenia:

Krzywa obrazująca przyspieszenie. Początkowo niewielkie, gwałtownie rosnące w połowie.


Optymalnie siła ciągu rakiet powinna przewyższać wielokrotnie siłę grawitacji. Z drugiej strony nie warto przyspieszać za bardzo na niewielkiej wysokości. Opór powietrza jest proporcjonalny do kwadratu prędkości, zatem jeżeli przyspieszymy zbyt wcześnie, w gęstych warstwach atmosfery, zmarnujemy dużo energii i paliwa. Aby optymalnie wykorzystać paliwo, należy zwiększać przyspieszenie wraz z wysokością i malejącą gęstością powietrza.

Rakieta przemieszcza sie z nie kosmosu w kosmos i z powrotem do nie kosmosu. Następnie twardo ląduje.

Ta rakieta na kilka sekund osiągnie przestrzeń kosmiczną, jednak nie orbitę. Czy modele rakiet mogą posłużyć do zbudowania statku kosmicznego, który byłby w stanie zadokować do Międzynarodowej Stacji Kosmicznej?

Nie.

Uwzględniając opór powietrza, aby znaleźć się w przestrzeni kosmicznej, potrzebna jest rakieta zdolna uzyskać w próżni prędkość około 2 kilometrów na sekundę. Aby osiągnąć orbitę, potrzebna jest rakieta zdolna rozpędzić się do 10 kilometrów na sekundę.

Gdybyśmy chcieli zbudować według powyższego projektu rakietę zdolną osiągnąć orbitę, otrzymalibyśmy stertę modeli rakiet w kształcie naleśnika o średnicy półtora kilometra i wysokości 10 metrów w najgrubszym miejscu. Łączna masa naszego pojazdu byłaby w przybliżeniu równa masie Piramidy Cheopsa.


Taki statek nie byłby w stanie oderwać się od Ziemi. Co więcej, najprawdopodobniej zapadłby się pod własnym ciężarem.

Prawdę mówiąc samo słowo “statek” w tym kontekście jest dosyć mylące. Konstrukcja ta bardziej przypominałaby niestabilną stertę prochu strzelniczego wielkości Ochoty. Jakakolwiek próba wystrzelenia rakiety, lub zapalenia papierosa w pobliżu, skończyłaby się pobiciem rekordu największej nienuklearnej eksplozji wywołanej przez człowieka. Co ciekawe, aktualny rekord również został osiągnięty przy próbie wystrzelenia rakiety.

Podsumowując, osiągnięcie przestrzeni kosmicznej przy użyciu modeli rakiet jest trudne, ale nie niemożliwe. Jeśli jednak Twoim celem jest osiągnięcie orbity, to nie zostaniesz dziś nowym Hermaszewskim.

Brak komentarzy:

Prześlij komentarz