Der Fluch von Tsiolkovsky und die Gnade von Obert

Hallo, liebe Leser von Habr.



Wir untersuchen weiterhin die Orbitalmechanik an einem Finger und zwei Energien. In diesem Artikel erfahren Sie anhand der einfachsten Beispiele mit einer starken 90-Grad-Geometrie mehr über die Tsiolkovsky-Formel, den Obert-Effekt, wie sich Energie vom Impuls unterscheidet, wie Raketen funktionieren und all dies.

Der Aubert-Effekt

Beginnen wir mit dem Aubert-Effekt, obwohl dies ein äußerst komplexer Effekt ist, aber nachdem wir uns damit befasst haben, werden wir die gesamte Orbitalphysik verstehen. Stellen wir uns zunächst eine Frage: Was ist die Stärke, Bruder? - In Pferdestärken!



Wie viel PS hat ein Raketenmotor?



Die Antwort ist seltsam - auf unterschiedliche Weise gibt dasselbe Kilogramm Kraftstoff im selben Motor eine unterschiedliche Energiemenge. Der Grund ist die unterschiedliche Geschwindigkeit, mit der dieser Kraftstoff verwendet wird. Je höher die Geschwindigkeit der Rakete selbst ist, desto mehr Energie gibt der Motor ab und der gleiche Motor, der seitwärts beschleunigt (relativ zur aktuellen Geschwindigkeit), gibt weniger Energie ab als beim Vorwärtsbeschleunigen.



Schauen wir uns gleich zwei gute und anschauliche Beispiele an. Einer von YouTube des Garagenwissenschaftlers Igor Beletsky, der den Obert-Effekt mit einer Spritze, einem Gummiband und etwas anderem demonstrierte, und das zweite Beispiel stammt von Wikipedia.

Handwerksexperiment.

Quelle: Igor Beletskys YouTube-Kanal

Aus Wikipedia

In einem Video von YouTube können Sie diesen Effekt sogar mit eigenen Augen sehen. Um zu verstehen, warum dies geschieht, betrachten wir kinetische und "thermische" Energie getrennt.



Alles, was wir über kinetische Energie im Kontext der Orbitalmechanik wissen müssen, ist Newtons drittes Gesetz: - Die Wirkkraft ist gleich der Reaktionskraft F = -F. Jene. Wenn wir etwas mit einer Geschwindigkeit von 10 m / s nach vorne werfen, fliegt etwas notwendigerweise mit der gleichen Geschwindigkeit von 10 m / s (mit den gleichen Massen) in die entgegengesetzte Richtung.



Und wir brauchen auch die Formel für die Energie selbst $$$E=\frac{mv^2}{{2}}$ (Masse * Geschwindigkeit im Quadrat / 2), um mich nicht um die konstante Division durch 2 zu kümmern, nehme ich immer eine Masse von 2 kg. - Dann entspricht die Energie nur der Geschwindigkeit im Quadrat. Beispielsweise beträgt bei einer Geschwindigkeit von 10 m / s die Energie 10 · 10 = 100 Joule (pro 2 kg).



Stellen wir uns also eine Kanone auf Rädern vor, die rollt, und wir werden die Kanone mit Schüssen beschleunigen. Wir nehmen die Masse der Kerne 2 kg. Es schießt mit einer Geschwindigkeit von +1 m / s (natürlich schwach, aber es ist bequem zu zählen). Nehmen wir an, die Waffe rollt mit einer Geschwindigkeit von 2 m / s und schießt in die entgegengesetzte Richtung - das heißt,



Der Kanonenkern vor dem Schuss hatte eine Geschwindigkeit von 2 m / s und seine Energie betrug 2 Quadrat = 4 Joule, nach dem Schuss betrug seine Geschwindigkeit 1 m / s und die Energie 1 J. - das heißt, nach dem Schuss verlor der Kern 3 J und die Kanone entsprechend erhielt diese Energie. Wir werden die Masse und Geschwindigkeit der Waffe nicht zählen, etwas anderes ist uns wichtig.



Stellen Sie sich nun vor, die Kanone bewegt sich 3 m / s, vor dem Schuss hat der Kern eine Energie von 3 Quadrat = 9 J und nach dem Schuss 2 Quadrat = 4 J, dh diesmal hat der Kern bereits 5 Joule usw. verloren. Je höher die Geschwindigkeit der Kanone ist, desto mehr Energie verliert der Kern. Schießpulver gibt also mehr Energie? - Nein, der Energiegewinn aus jedem Schuss steigt, aber woher kommt die Anfangsgeschwindigkeit der Kanone? Aus den gleichen Aufnahmen und damit wir 1 Kern mit einer Geschwindigkeit von 4 m / s haben, müssen wir 5 Kerne mit einer niedrigeren Geschwindigkeit abschießen (die Zahl 5 ist von der Decke, aber Sie bekommen die Bedeutung) - das heißt, zusätzliche Energie wird aus den vorherigen Aufnahmen entnommen. Nun wollen wir sehen, wie das Schießpulver selbst funktioniert.

Wie Schießpulver Schwung erzeugt

Obwohl wir der armen Greta nicht ihre Kindheit nehmen und ein orthodoxes katholisches Solarpanel nehmen, die Batterien aufladen und Energie in einer Form betrachten, die für einen modernen Menschen verständlicher ist. Die Elektrizität wird in Watt gemessen und 1 Watt = 1 Joule (sie haben unterschiedliche physikalische Bedeutung, aber das Endergebnis ist das gleiche = Beschleunigung = Beschleunigung von 2 kg. Auf 10 m / s werden 100 Watt = 100 J benötigt.)



Nun nehmen wir ein Kugelrad im Vakuum mit 2- Mit Gewichten an den Kanten beginnen wir mit einem Elektromotor zu drehen und werfen die Gewichte in verschiedene Richtungen. Die Gewichte betragen wie immer 2 kg, das Rad selbst ist für uns nicht interessant und wir werden die Energie berücksichtigen, die nur zum Aufdrehen der Gewichte aufgewendet wird. Rollen wir sie auf 10 m / s, dafür benötigen wir 10 * 10 = 100 W für jede Last.







Hier ist alles einfach, 200 Watt verbraucht = 2 Lasten mit einer Geschwindigkeit von 10 m / s in entgegengesetzte Richtungen empfangen. Fügen wir nun die Geschwindigkeit zum Rad selbst hinzu = 10 m / s.







Und hier sehen wir ein interessantes Bild.



Zum Abwickeln haben wir auch 100 J für jede Last ausgegeben = 200 J. +200 J. Jede Last hatte anfangs (beide bewegten sich mit dem Rad von 10 m / s).



Die beschleunigte Last verdoppelte ihre Geschwindigkeit und flog mit einer Geschwindigkeit von 20 m / s aus, und ihre Energie erhöhte sich viermal - auf 400 J. - tatsächlich nahm sie die gesamte Energie im Allgemeinen weg - sowohl +200 als auch das Aufdrehen beider als auch die Energie der Last was sich verlangsamte - weitere +100 J. (+100 hatte er ursprünglich) - Das Gesetz der Impulserhaltung ist ein sehr freches Gesetz - das beschleunigte nimmt alles. Vielmehr steigt der Wirkungsgrad während des Beschleunigens von 50% bei Drehzahl Null auf 100% bei einer Ausstoßgeschwindigkeit, die der Drehzahl des Rades selbst entspricht.



Dasselbe passiert bei einer Rakete, die Kraftstoff mit einer Geschwindigkeit von ~ 3.000 m / s verbrennt / ausstößt und mit Beschleunigung den Motorwirkungsgrad erhöht. Um jedoch in eine Kreisbahn zu gelangen, ist eine Geschwindigkeit von mindestens 7.900 m / s erforderlich. Lassen Sie uns sehen, was passiert, wenn die Geschwindigkeit des Rads selbst beträgt mehr Auswurfgeschwindigkeit.







Hier haben wir wieder 200 J ausgegeben, und der Beschleunigte erhöhte seine Energie von 1600 auf 2500 = er erhielt 900 J = und er nahm erneut die gesamte Energie auf, die für das Abwickeln von 200 J und +700 J aufgewendet wurde, was die zurückfliegende Last verlor (1600-900 = 700). ... Manchmal sagen sie, dass der Wirkungsgrad eines Raketentriebwerks mehr als 100% beträgt, aber Sie müssen verstehen, dass hier zwei Erhaltungsgesetze gleichzeitig funktionieren (das Gesetz der Energieerhaltung und das Gesetz der Impulserhaltung). Wir werden sie im Rahmen der klassischen Physik betrachten - in der der Impuls eine Eigenschaft des Raums ist (wenn wir einen Stein mit einer Geschwindigkeit von 10 m / s in ein Vakuum und ohne Schwerkraft werfen -, dann wird er niemals anhalten und immer mit einer Geschwindigkeit von 10 m / s fliegen - daher Dieser Raum ist - gleichmäßig, symmetrisch und ohne Reibung) - der Impuls wird durch drei Newtonsche Gesetze beschrieben.



Und Energie ist ... Die Hölle weiß was, aber es wird durch drei Gesetze der Thermodynamik beschrieben, man kann es nicht ohne Entropie und Schrödingers Katze herausfinden - zum Glück können wir in der Orbitalmechanik ohne zu verstehen, woher Energie kommt - wir werden es als eine Eigenschaft der Materie betrachten - „Benzin brennt, weil es Benzin ", und jeder Raketentriebwerk hat den folgenden Parameter: Spezifischer Impuls.







Wir multiplizieren diese Zahl mit 10 und erhalten die Geschwindigkeit, mit der Kraftstoff aus der Düse austritt. Für die zweite Stufe von Falcon 9 beträgt sie 348 * 10 = 3 480 m / s. Aus diesem Parameter können wir alles verstehen, was wir brauchen. Und wir werden uns mit der Relativitätstheorie von Laplace zufrieden geben - egal mit welcher Geschwindigkeit wir die Masse wegwerfen - im Beispiel mit einem Rad und zwei Körpern fliegen Gewichte immer mit der gleichen Geschwindigkeit + -10 m / s relativ zum Rad selbst und im Kontext einer Rakete bedeutet, dass wenn 1 kg Treibstoff die Rakete von 0 auf 10 m / s beschleunigen kann, dasselbe Kilogramm Treibstoff die Rakete von 10.000 auf 10.010 m / s beschleunigen kann, obwohl die Rakete im zweiten Fall tausend erhalten wird mal mehr Energie - das nennt man den Aubert-Effekt.



Kehren wir nun zum ersten Beispiel einer Garagenrakete zurück. Dort, bei Geschwindigkeit - der Wirkungsgrad des "Motors" des Balls war höher, aber zuallererst war die Sache in der Schwerkraft -, um den Ball auf eine Höhe zu heben, muss man Energie verbrauchen, und wenn er fällt, kehrt er zurück, und wenn wir die Geschwindigkeit des Balls gemessen haben, der auf den Boden trifft, dann im ersten Der Ball fiel aus größerer Höhe und traf härter, und in der zweiten aus geringerer Höhe und schwächer - er gab mehr Energie, weil er anfangs mehr Energie hatte - erhielt er ihn vom Experimentator, der ihn auf eine Höhe und auf der Erde vom Oberth-Effekt hob, um ihn zu erhalten "Profit" ist unrealistisch.



Bei Jupiter ist die Situation jedoch anders. Ich habe im letzten Artikel ausführlich über Schwerkraft und kosmische Geschwindigkeiten geschrieben, hier wird es sehr kurz sein. Tatsache ist, dass die Schwerkraft nicht Geschwindigkeit (km / s), sondern Energie (Joule) gibt / wegnimmt. Und im Fall von Jupiter fingen wir an, mit einer Geschwindigkeit von ungefähr Null darauf zu "fallen" und bei der nächsten Annäherung beschleunigten wir auf 50 km / s (wir erhielten 2.500 MJ Energie pro 2 kg), schalteten die Motoren ein und beschleunigten auf 55 km / s und unsere Energie wurden 55 * 55 = 3025 MJ, und als wir "über die Grenze" seiner Schwerkraft flogen, nahm er nicht die Geschwindigkeit (50 km / s) zurück, sondern die Energie, die er uns gab (2500 MJ). Es sind noch 3025-2500 = 525 MJ übrig, um die Geschwindigkeit aus der Energie zu erhalten, extrahieren wir die Quadratwurzel = 22,9 km / s. Hier haben wir genau den "Gewinn" bekommen, weil wir nicht vom Jupiter gestartet sind und nie eine Geschwindigkeit von 50 km / s hatten.Es ist sehr praktisch, sich die Schwerkraft als eine Grube vorzustellen.







Und im Fall von Jupiter "zogen" wir den Treibstoff aus einer Tiefe von 10 000 Kilometern (von der Erde) und ließen ihn in der "Tiefe" von 200 Tausend Kilometern fallen, und wir flogen aus der Grube, und der größte Teil des Treibstoffs blieb in der Tiefe dieser Grube. (in der Umlaufbahn des Jupiter), obwohl wir auf die gleiche Weise der Sonne näher gekommen wären und der Effekt noch größer gewesen wäre - je näher am massiven Körper - desto größer die "Tiefe". Daher kann der Obert-Effekt bei interplanetaren Flügen wirklich "Gewinn" bringen und wird immer verwendet, aber vor dem Abflug von der Erde wird die gesamte zusätzliche Energie aus der Verbrennung der vorherigen Tonnen Treibstoff entnommen.

Tsiolkovskys Formel

Da der Treibstoff immer mit der gleichen Geschwindigkeit abfährt = die Rakete die gleiche Beschleunigung erhält, kann der „Geschwindigkeitsabstand“ der Rakete in km / s (charakteristische Geschwindigkeit) gemessen werden. Die charakteristische Geschwindigkeit von 10 km / s bedeutet beispielsweise, dass die Rakete von 0 auf 10 km / s beschleunigen kann oder zuerst um 6 beschleunigen, dann um 1 verlangsamen und erneut um 3 beschleunigen (insgesamt 10). Und die Masse des Kraftstoffs hängt direkt von der Geschwindigkeit ab, mit der der Kraftstoff aus der Düse ausgestoßen wird (spezifischer Impuls), und dann entsteht Tsiolkovskys Fluch.

$$

$$V=I*ln(\frac{m_1}{{m_2}})$$

V-Endgeschwindigkeit der Rakete

I-Spezifischer Impuls

M1- Anfangsmasse der Rakete mit Treibstoff

M2- Endmasse der Rakete ohne Treibstoff



Wenn wir eine Rakete mit einer Masse von 271 kg nehmen, die vollständig aus Treibstoff besteht und einen spezifischen Impuls von 3 km / s hat, dann mit einer Beschleunigung von 0 auf 3 km / s, die Kraftstoffmasse wird um das 2,71-fache abnehmen (Nummer e) und wir werden 271 / 2,71 = 100 kg Kraftstoff haben, mit einer Beschleunigung von 3 km / s, bis zu 6 km / s, das gleiche wird wieder passieren und hier es wird wieder 2,71 mal weniger Kraftstoff geben 100 / 2,71 = 37 kg und so weiter. Da das Raketendesign nicht 0 wiegt (normalerweise wird das Gewicht der Struktur mit 10% angenommen), können wir Modifikator 3 sicher nehmen. Ich werde ein Beispiel unter dem Spoiler lassen.





Wir haben zwar viel vereinfacht, aber die Zahl erwies sich als sehr realitätsnah (idealerweise benötigen Sie nur ~ 18 km / s), und die Saturn 5-Rakete, die sprechende Affen zum Mond beförderte, hatte eine Startmasse von 3.000 Tonnen, und nur 5 Tonnen kehrten vom Mond zurück = 600 mal weniger. Und diese Rakete hatte die Größe eines 30-stöckigen Gebäudes (110 m). Tatsächlich ist es fast unmöglich, mehr als sechsmal schneller als der spezifische Impuls zu beschleunigen. Obwohl sie seit 50 Jahren einen Kernmotor mit einem spezifischen Impuls von 8.000 m / s versprechen und mit einem solchen Motor würde ein Flug zum Mond und zurück nur 8 kg erfordern. Kraftstoff, aber bisher bleibt dieser Motor auf der anderen Seite des Fernsehers. Obwohl in Wirklichkeit noch schlimmer, beschleunigen Triebwerke mit hohem RI sehr lange und können die Erdbeschleunigung auf der Erde oft nicht einmal überwinden, und sie sind nicht geeignet, von der Oberfläche aus zu starten.und die meisten Schrecken passieren gerade am Anfang.



Um auf die Höhe des Mondes zu gelangen, ist eine Startgeschwindigkeit von ~ 11 km / s erforderlich, und der Hauptnachteil von Raketen besteht darin, dass sie nicht sofort beschleunigen. Und obwohl der Oberth-Effekt auf der Erde keinen Gewinn bringt, kann er vollständig verloren gehen, da die Rakete neben dem spezifischen Impuls einen so wichtigen Parameter für den Start hat: Schub.







Wir teilen Kilo Newton in Tonnen 7680/549 = ~ 14 m / s und erhalten die Beschleunigung der Rakete pro Sekunde. Auf der Erdoberfläche beträgt die Erdbeschleunigung ~ 10 m / s. $$$^2$ und wenn der Motor 10 Sekunden im Vakuum arbeiten würde, würden wir um 140 m / s beschleunigen (ohne die Abnahme der Masse der Rakete), aber aufgrund der Schwerkraft beschleunigten wir nur um 40 m / s, und der Wirkungsgrad des Motors hängt von der aktuellen Geschwindigkeit ab und wie im Fall einer Garagenrakete, wenn sie in geringerer Höhe mehr Energie vom Ball erhält, findet der umgekehrte Vorgang für den Start einer Rakete statt. Je schneller die Rakete steigt, desto schneller wandelt sich die kinetische Energie in potentielle Energie um und desto weniger Energie gibt sie Treibstoff oder vielmehr den Wirkungsgrad Der Motor wächst immer noch, aber nicht so schnell wie er könnte, wenn wir mit einem minimalen Anstieg beschleunigen würden. Je mehr die Rakete in Richtung Horizont geneigt ist, desto langsamer wächst die Höhe und wir profitieren mehr vom Aubert-Effekt. Aber dann reiben wir länger an der Atmosphäre. Obwohl die Atmosphäre um ein Vielfaches weniger Verluste verursacht,Im Vergleich zu dem Vorteil, den wir vermissen - Reibung erzeugt Temperatur und wir brauchen einen schwereren Wärmeschutz, der schließlich in die Umlaufbahn gezogen werden muss. Aber das ist noch nicht alles, nach ~ 2 Minuten verbrennen ~ 75% des Kraftstoffs und die Masse nimmt fast viermal ab, aber wir haben den gleichen Motor und da er ~ 2,5 Tonnen pro Sekunde verbrennt, brennt er nur Anfangs schob er ~ 600 Tonnen mit einer Beschleunigung von 14 m / s und jetzt schiebt er 150 Tonnen mit einer Beschleunigung von 14 * 4 = 56 m / s = die G-Kräfte werden um das Vierfache erhöht. Natürlich können wir die Kraftstoffzufuhr reduzieren, aber dann werden die Gravitationsverluste zunehmen (dies sind die letzten Sekunden vor der Trennung der ersten Stufe). Letztendlich führt all dies dazu, dass wir etwa die Hälfte des Kraftstoffs für diese sogenannten Gravitationsverluste verlieren (obwohl dies eher ein entgangener Gewinn ist).Aber das ist noch nicht alles, nach ~ 2 Minuten verbrennen ~ 75% des Kraftstoffs und die Masse nimmt fast viermal ab, aber wir haben den gleichen Motor und da er ~ 2,5 Tonnen pro Sekunde verbrennt, brennt er nur Zuerst schob er ~ 600 Tonnen mit einer Beschleunigung von 14 m / s und jetzt schiebt er 150 Tonnen mit einer Beschleunigung von 14 * 4 = 56 m / s = die G-Kräfte werden um das Vierfache erhöht. Natürlich können wir die Kraftstoffzufuhr reduzieren, aber dann werden die Gravitationsverluste zunehmen (dies sind die letzten Sekunden vor der Trennung der ersten Stufe). Letztendlich führt all dies dazu, dass wir etwa die Hälfte des Kraftstoffs für diese sogenannten Gravitationsverluste verlieren (obwohl dies eher ein entgangener Gewinn ist).Aber das ist noch nicht alles, nach ~ 2 Minuten verbrennen ~ 75% des Kraftstoffs und die Masse nimmt fast viermal ab, aber wir haben den gleichen Motor und da er ~ 2,5 Tonnen pro Sekunde verbrennt, verbrennt er nur Anfangs schob er ~ 600 Tonnen mit einer Beschleunigung von 14 m / s und jetzt schiebt er 150 Tonnen mit einer Beschleunigung von 14 * 4 = 56 m / s = die G-Kräfte werden um das Vierfache erhöht. Natürlich können wir die Kraftstoffzufuhr reduzieren, aber dann werden die Gravitationsverluste zunehmen (dies sind die letzten Sekunden vor der Trennung der ersten Stufe). Letztendlich führt all dies dazu, dass wir etwa die Hälfte des Kraftstoffs für diese sogenannten Gravitationsverluste verlieren (obwohl dies eher ein entgangener Gewinn ist).erst am Anfang drückte er ~ 600 Tonnen mit einer Beschleunigung von 14 m / s, und jetzt drückt er 150 Tonnen mit einer Beschleunigung von 14 * 4 = 56 m / s = die G-Kräfte werden um das Vierfache erhöht. Natürlich können wir die Kraftstoffzufuhr reduzieren, aber dann werden die Gravitationsverluste zunehmen (dies sind die letzten Sekunden vor der Trennung der ersten Stufe). Letztendlich führt all dies dazu, dass wir etwa die Hälfte des Kraftstoffs für diese sogenannten Gravitationsverluste verlieren (obwohl dies eher ein entgangener Gewinn ist).erst zu Beginn drückte er ~ 600 Tonnen mit einer Beschleunigung von 14 m / s, und jetzt schiebt er 150 Tonnen mit einer Beschleunigung von 14 * 4 = 56 m / s = die G-Kräfte werden um das Vierfache erhöht. Natürlich können wir die Kraftstoffzufuhr reduzieren, aber dann werden die Gravitationsverluste zunehmen (dies sind die letzten Sekunden vor der Trennung der ersten Stufe). Letztendlich führt all dies dazu, dass wir etwa die Hälfte des Kraftstoffs für diese sogenannten Gravitationsverluste verlieren (obwohl dies eher ein entgangener Gewinn ist).dass wir ungefähr die Hälfte des Kraftstoffs für diese sogenannten Gravitationsverluste verlieren (obwohl dies eher ein entgangener Gewinn ist).dass wir etwa die Hälfte des Kraftstoffs für diese sogenannten Gravitationsverluste verlieren (obwohl dies eher ein entgangener Gewinn ist).



Da der Treibstoff in einer minimalen Höhe mit einer minimalen Aufwärtsbeschleunigung weggeworfen (verbrannt) werden muss, werden die Raketen zuerst auf die erste kosmische Geschwindigkeit (~ 7,9 km / s für die Erde) beschleunigt und in die niedrigste Kreisbahn (LEO 180-200 km) gebracht und absolut nicht Es ist wichtig, dass Sie, wenn Sie zum Mond / Mars oder zum GSO fliegen, zuerst in Kreisbewegung gehen und aufhören müssen, mit der Schwerkraft zu "streiten".



Fuh, nachdem wir all diese Überlastungen, Gravitationsverluste, eine feurige Atmosphäre und andere erdnahe Schrecken durchgemacht haben, befinden wir uns in einer niedrigen Referenzbahn (LEO ~ 180 km). Nehmen wir an, wir müssen zu einer geostationären Umlaufbahn (in einer Höhe von ~ 35.000 km) fahren. In Hollywood-Blockbustern haben Sie wahrscheinlich schon oft die schwachsinnigste Flugbahn des Übergangs zwischen den Umlaufbahnen gesehen - wenn die Rakete vertikal gedreht und die Triebwerke gegen die Schwerkraft eingeschaltet werden. In der niedrigsten Umlaufbahn gibt es nur 200 km zur Erde - dreimal weniger als von Moskau nach St. Petersburg !!! .. Die Beschleunigung des freien Falls in dieser Höhe beträgt nur 5% weniger und beträgt ~ 9,2 m / s pro Sekunde. Wir fallen ständig herunter, aber aufgrund der Vorwärtsgeschwindigkeit von 7,9 km / s rutscht die runde Erde ständig „unter unseren Füßen weg“. Obwohl wir ständig fallen, ändert sich unsere Höhe nicht. Und zum GlückWenn wir uns in einer Kreisbahn befinden, können wir nur vorwärts beschleunigen und die Schwerkraft wird uns nicht stören ...



Aber es gibt noch eine andere Option, die im Vergleich zur Beschleunigung weniger schwachsinnig ist, aber im Allgemeinen nicht weniger schwachsinnig. Schauen wir es uns auch an, also wiehernd.



Wir bewegen uns vorwärts, beschleunigen nach oben, die Schwerkraft wird uns stören, aber wir haben 3 Dimensionen !!! Wir können seitwärts beschleunigen. Was wird passieren?

Nehmen wir zur Vereinfachung eine Raketengeschwindigkeit von 8 km / s und eine Startgeschwindigkeit des Treibmittels von 8 km / s und sehen Sie, welche Geschwindigkeit der Kraftstoff nach dem Start haben wird.







Zunächst bewegte sich der Treibstoff zusammen mit der Rakete 8 km / s (64 MJ) vorwärts, dann flogen + 8 km / s (+64 MJ) relativ zur Rakete nach links, und wir können den Winkel (45 Grad) berechnen und sagen, dass sich der Treibstoff 11,31 bewegt km / s relativ zum Bild und seine Energie beträgt 128 MJ, oder wir können den Winkel nicht berücksichtigen und sagen, dass sich der Kraftstoff 8 km / s nach links (64 MJ) und gleichzeitig 8 km / s nach oben (64 MJ) bewegt, aber seine Energie beträgt immer noch 128 MJ. Das heißt, der Treibstoff beschleunigte sich trotzdem, aber wir wollten die Rakete beschleunigen ... Gott, was ist mit der Rakete passiert! Hat es sich verlangsamt und steht kurz vor dem Fall auf die Erde?



Keine Sorge, mit der Rakete ist alles in Ordnung - sie hat auch beschleunigt und um die gleichen 64 MJ beschleunigt. Um den Winkel und die Geschwindigkeit zu berechnen, müssen Sie den Unterschied in den Massen kennen, aber etwas anderes ist für uns wichtig. Tatsächlich haben wir das gleiche wie im ersten Beispiel mit dem Rad erhalten, als es sich nicht bewegte und 2 Gewichte in entgegengesetzte Richtungen beschleunigt wurden, die gleiche Energie erhalten hatten und der Wirkungsgrad dann 50% betrug - eine Überraschung - der Obert-Effekt hängt nicht nur von der Geschwindigkeit ab, sondern auch auch aus der Richtung und hört bei jeder Abweichung vom aktuellen Geschwindigkeitsvektor auf zu arbeiten. In diesem Beispiel haben wir dreimal weniger Energie erhalten, als wenn wir Kraftstoff zurückgeworfen hätten, und dies mit einem nuklearen Impuls von 8 km / s (bei 3 km / s ~ 6-mal weniger) - dies wird als Manöververluste bezeichnet, und tatsächlich. Nach dem Eintritt in die Umlaufbahn ist es fast unmöglich, nach links / rechts abzubiegen, und daher werden die Raketen nur vorwärts beschleunigt.und wenn Sie beim Betreten der Umlaufbahn mindestens 30 Grad verfehlen, ist es billiger, eine neue Rakete zu starten, als den Geschwindigkeitsvektor dieser zu ändern. Glücklicherweise betreten Raketen im Zeitalter von GPS und Computern die Umlaufbahn mit sehr hoher Genauigkeit, und die Manöververluste liegen nahe Null.

Wie klettere ich aus einer Höhe von 200 km auf eine Höhe von 35.000 km?

In Anbetracht all dessen ist die einzige Beschleunigungsrichtung der Rakete vorwärts und senkrecht zur Schwerkraft.







Beim Beschleunigen senkrecht zur Schwerkraft nimmt die Höhe von der gegenüberliegenden Seite des Planeten (Gravitationskörper) zu und fliegt von der niedrigen Referenzbahn (~ 200 km + Geschwindigkeit ~ 8 km / s) zur geostationären Umlaufbahn (~ 35.000 km + Geschwindigkeit ~ 3 km / s) ) müssen wir auf ~ 10,4 km / s (8 + 2,4) beschleunigen, unsere Kreisbahn wird elliptisch und auf der gegenüberliegenden Seite erreichen wir eine Höhe von 35.000 km und unsere Geschwindigkeit beträgt 1,7 km / s (at Distanz Schwerkraft braucht Energie). An diesem Punkt bewegen wir uns wieder senkrecht zur Schwerkraft und müssen auf ~ 3 km / s beschleunigen, um die Höhe von der gegenüberliegenden Seite wieder zu erhöhen und unsere Umlaufbahn perfekt rund zu machen - dies wird Homans Flug genannt und dies ist die billigste Art, im Weltraum zu reisen - wir immer Wir beschleunigen nur vorwärts und die Schwerkraft stört uns nie.



Flüge zwischen den Planeten werden ebenfalls auf derselben Flugbahn durchgeführt, und wie Sie vielleicht bereits vermutet haben, hat die Mindestentfernung von der Erde zum Mars ~ 55 Millionen Kilometer, dies hat jedoch fast keine Auswirkungen, da wir nach etwa 400 Millionen Passagen von der gegenüberliegenden Seite der Sonne auf dem Mars ankommen werden. km - deshalb dauert der Flug ca. 8 Monate.

Es ist äußerst schwierig, die Flugzeit zu verkürzen oder vielmehr schnell von der Erde zu fliegen. Es ist einfach und mit einer Startgeschwindigkeit von ~ 16,5 km / s erreichen wir den Mars in 3 Monaten, aber wenn wir uns ihm nähern, werden wir nicht die gleichen Geschwindigkeitsvektoren haben. Um es einfach auszudrücken, wir werden 1 km / s und Mars 1 km / s bewegen, aber gleichzeitig werden wir vorwärts fliegen und Mars nach links und wir werden einen riesigen Bremsimpuls brauchen. Genauer gesagt beträgt der Geschwindigkeitsunterschied 21 km / s. + Wir benötigen außerdem 16,5 km / s für einen Start von der Erde = 37,5 km / s = die Masse der Rakete selbst.

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Wenn Ihr Großvater ein wohlhabender Reptilianer war und Ihnen ein paar Tonnen Antimaterie hinterlassen hat, können Sie natürlich auf jeder Flugbahn mit jeder Geschwindigkeit (sogar jedes Wochenende) zum Mars fliegen. Die Praxis zeigt jedoch, dass die meisten armen Reptilien, die nicht einmal Geld für ihre eigene fliegende Untertasse haben, zur Erde fliegen - haben Sie mindestens einen UFO-Parkplatz gesehen? - das war's - weil die Reptilien mit dem Taxi ankommen.



Daher bleibt uns nur ein günstiger Homanovsky-Flug. Aber beeilen Sie sich nicht, um zu verzweifeln - die Orbitalmechanik ist sehr paradox. Warum wurden nach dem Flug der Menschen zum Mond in 50 Jahren 4 Marsrover zum Mars geschickt, und nur 1 (und dann Chinesen) wurden zum Mondrover geschickt?





Tabelle: V. I. Levantovsky Die Mechanik der Raumfahrt in einer elementaren Darstellung.

Anmerkung: Berechnungen von Levantovsky unter Berücksichtigung von Verlusten.



Und das alles, weil Sie zum Erreichen des Mondes eine Startgeschwindigkeit von 11,1 km / s benötigen (ich berücksichtige keine Verluste - dies ist eine ideale Durchflussrate), und um zum Mars zu gelangen, benötigen Sie eine Startgeschwindigkeit von 11,5 km / s, nur 0,4 km / s mehr, aber gleichzeitig müssen die Motoren auf dem Mond langsamer werden (1,83 km / s für den Eintritt in die Mondbahn und + 1,68 km / s für die Landung auf der Mondoberfläche = 3,51 km / s) und weiter Der Mars kann die Atmosphäre zum Bremsen nutzen. Und tatsächlich ist es billiger, einen Satelliten in die Marsumlaufbahn zu bringen als in die Mondumlaufbahn !!! Ich werde Ihnen noch mehr sagen, um einen Satelliten zum GSO zu starten, benötigen wir einen Impuls von 10,4 km / s + dann weitere 1,3 = 11,7 km / s und zum Mars 11,5 km / s (obwohl Sie berücksichtigen müssen, dass Wärmeschutz dies nicht ist wiegt 0).

Dies gilt natürlich nicht für Menschen, denn in 260 Flugtagen zum Mars frisst der Mensch mehr als eine Rakete, aber aus Sicht der Fracht ist es äußerst überraschend, einen Traktor in die Marsumlaufbahn zu schicken, billiger als in die Mondumlaufbahn.



Es ist unwahrscheinlich, dass es möglich sein wird, den Traktor vollständig auf der Marsoberfläche zu landen (die Atmosphäre ist zu "leer"), aber dennoch kann der Löwenanteil der Geschwindigkeit mit seiner Hilfe gelöscht werden, und die Landung von Fracht auf dem Mars ist auch billiger als auf dem Mond (oder zumindest vergleichbar). Die Atmosphäre bietet erstaunliche Möglichkeiten.



Die Rückkehr vom Mars ist natürlich viel teurer als vom Mond. Wenn Sie ein wenig träumen und sich vorstellen, dass wir die Atmosphäre vollständig bremsen können, brauchen wir dort 11,5 km / s und 5,7 km / s zurück = 17,2 km / s, und für den Mond 11,1 dort + 3, 51 * 2 (Landung / Start) = 18,12 km / s - ~ 0,9 km / s mehr))). Aber die Gravitationsverluste beim Start vom Mars werden größer sein als vom Mond, und Wärmeschutz ist erforderlich, so dass es in Wirklichkeit für Fracht 3-5 mal teurer (in Bezug auf die Treibstoffmasse) wird, und für Affen ist es sogar beängstigend, sich das vorzustellen.



Dies ist wiederum der Fall, wenn wir Kraftstoff transportieren, um von der Erde zurückzukehren. Wenn wir am Landeplatz Treibstoff produzieren, ändert sich die Situation dramatisch und für den Abflug vom Mond zur Erde benötigen wir 3,51 km / s (vom Mars 5,7). Mondbrennstoff ist billiger als Marsbrennstoff, aber die Landung auf dem Mars ist billiger und für uns einfacher zu bauen Produktion selbst, und der Fluch von Tsiolkovsky ist eine sehr schreckliche Sache, und selbst wenn wir bei der Landung 1 km / s sparen, können wir 1,5-mal mehr Nutzlast senden.



Überraschenderweise hat die Kolonisierung des Mars sogar Vorteile gegenüber dem Mond. Und der Mond selbst ist leichter vom Mars als von der Erde aus zu kolonisieren. Erde-Mond 11,1 km / s und Mars-Mond 5,7 km / s. Und wenn es auch Leben auf dem Mars gegeben hätte, hätten sie unseren Mond vor langer Zeit kolonisiert.



Die Orbitalmechanik ist paradox - die Schwerkraft schafft ein "Relief" und das Sonnensystem ist tatsächlich nicht das gleiche wie in einem Teleskop. Im nächsten Artikel werden wir diese "Erleichterung" genauer betrachten und versuchen, die Antwort auf die Frage zu finden - wo ist der billigste Brennstoff im Sonnensystem? Und um dieses "Relief" zu verstehen, brauchen wir nur die Tsiolkovsky-Formel und die zweite Raumgeschwindigkeit (lesen Sie unbedingt den letzten Artikel über Raumgeschwindigkeiten). Und das alles mit den einfachsten Beispielen.



Diejenigen, die den letzten Artikel gelesen haben, wissen, dass ich ein bekanntes Reptiloid habe, und nach dem fünften Neujahrsglas hat er mir das gesagt! Er sagt, sie haben die Technologie, mit der sie die Umlaufbahnen ganzer Planeten verändern. Zuerst nehmen sie "Jupiter" und einige kleine "Pluto", senken ihre Umlaufbahnen näher an die "Sonne", aber "Pluto" dreht sich in die entgegengesetzte Richtung und kollidiert frontal mit dem "Jupiter" mit einer Geschwindigkeit von jeweils 600 km / s, und obwohl Jupiter ist 20.000 Mal schwerer als Pluto, aber aufgrund der enormen Kollisionsgeschwindigkeit erwärmt er sich auf mehrere tausend Grad und beginnt wie eine Glühbirne zu leuchten. Und dann werfen sie diese "Glühbirne" mit einer Geschwindigkeit von 200-300 km / s von ihrem Sternensystem zu einem anderen. Ja, der Flug dauert lange - mehrere tausend Jahre, aber sie bewegen sich bequem - mit einer kleinen "Sonne" (sie kühlt sehr lange ab).Dann fliegen sie zum gewünschten Stern, setzen ihre Gruppe fliegender Untertassen ein und werfen alle Planeten zurück zu ihrem Heimatstern. Und sie haben bereits mehrere tausend Planeten gesammelt - sie können sie bereits nirgendwo parken. Sie haben sogar 80 "Jupiter" zu 1 geblendet und die zweite "Sonne" angezündet.



Er hat mir noch nicht erzählt, wie diese Untertassen fliegen, aber er hat bereits viele andere Dinge erzählt. Abonnieren Sie also unbedingt den Kanal - es wird weitere UFO-Technologien geben.



Stellen Sie sicher, dass Sie erneut posten, oder gefällt Ihnen wirklich, was mit dem Internet passiert? Wenn Sie sich mit YouTube-Trends befassen - und dort oben im Video ist Vlad in Papierchips getaucht. Verstehst du nicht, warum das passiert? - und das alles, weil Schulkinder Reposts machen - und du nicht !!! Wie Konfuzius in seinem Brief an Aristoteles sagte: - Wer sich nicht umbuchen will - wird lesen, was Schulkinder umbuchen!







Was möchtest du in amerikanischem YouTube? - Reposting ist die heilige Pflicht eines jeden Internetnutzers! Lassen Sie deshalb nicht zu, dass Vlad-Papier das Internet beeinträchtigt !!! Für sich und zukünftige Generationen - neu posten!



Der letzte Artikel über kosmische Geschwindigkeiten und Schwerkraft .



Manchmal bin ich zwischen Staaten weder lebendig noch tot - ich kollabiere beim Zucken .