Partea 2 - Atracția Escape from the Land
Pentru moment, ființa umană poate merge în spațiu doar la bordul unei rachete sau al unei navete spațiale și totuși trebuie să oferim navei spațiale suficientă viteză pentru a putea scăpa de atracția pământească. Dar viteza nu este tot ceea ce vom încerca să plasăm nava noastră spațială pe orbită în jurul unei alte planete decât Pământul.
1. Ieșiți din atmosferă
Cum ieșim din atmosferă? Este mult mai ușor de spus decât de făcut. Pentru a putea ieși din atmosferă și a intra din nou în „spațiu” trebuie mai întâi să ne retragem din tragerea pământului, din gravitația care ne fixează la sol. Întrucât suntem nebuni de înălțimi de ceva timp și am fost bine informați despre toate acestea, nava noastră spațială trebuie să ajungă la o anumită viteză pentru a scăpa de această gravitație. Această viteză este atât de importantă încât i-am dat un nume: este viteza de eliberare.
Înainte de a vorbi despre viteza de eliberare, trebuie mai întâi să ne uităm la forțele care ne țin racheta la pământ.
Știm că racheta este supusă atracției terestre, cum ar fi:
masa Pământului (în kg)
masa rachetei (în kg)
d distanța dintre centrul rachetei și pământ (în m)
deci odată pe pământ avem d care va fi egală cu raza pământului.
La sol, forța gravitațională este greutatea, notată P = m.g
cu g intensitatea atracției gravitaționale este:
Un obiect staționar sau în mișcare de pe suprafața Pământului are o energie mecanică Em. Este alcătuit din 2 energii, energia cinetică Ec, legată de viteză și energia potențială Ep legată de poziția sa, precum:
Pe suprafața Pământului, o rachetă are o energie potențială gravitațională Ep și racheta fiind staționară energia sa cinetică este zero Ec = 0.
Deci avem:
La o distanță infinită, racheta ar avea energie potențială gravitațională zero.
Odată cu conservarea energiilor avem:
Pentru a extrage racheta din gravitația Pământului, trebuie să i se dea o energie cinetică egală cu energia potențială gravitațională.
Avem:
este
rata de eliberare este deci viteza minimă pe care trebuie să o aibă un obiect pentru a depăși efectele forței gravitaționale a Pământului.
Prin urmare, rata de lansare este:
Calculați viteza de eliberare a Pământului
Pentru a calcula viteza de eliberare pentru a depăși atracția gravitațională a Pământului (m.s -1)
Masa pământului MTerre = 5,98 × 10 24 kg
Raza ecuatorială a Pământului RTerre = 6,38 × 10 6 m. (Vom presupune că lansarea rachetei are loc la sol, la ecuator)
G = 6,67 × 10 -11 N.m 2 .kg -2
Înlocuind literele, nu valorile lor, obținem următoarea formulă:
Viteza de eliberare a Pământului este de 11182 m/s sau aproximativ 11,2 km/s
2. Ce motor să folosiți?
Acum știm că pentru a părăsi pământul este necesar să atingem viteza de eliberare a Pământului de aproximativ 11,2 m.s -1,
totuși, încă nu știm ce tip de motor vom folosi pentru a propulsa racheta noastră la această viteză.
Există trei categorii de motoare pe care le vom lua în considerare pentru racheta noastră:
- motorul de propulsie chimică
- motorul nuclear
- motorul de propulsie ionică
a) motorul de propulsie chimică
Motorul chimic este cel mai răspândit și cel mai utilizat. Acest tip de motor este și cel mai vechi.
Toate motoarele chimice urmează același principiu:
Pentru a propulsa racheta, aceste motoare evacuează unul dintre gazele cu cea mai mare viteză posibilă. Cu cât este mai mare viteza de evacuare a gazului, cu atât este mai eficient și mai economic motorul. Pentru ca gazele să atingă cea mai mare viteză posibilă, acestea trebuie să fie foarte fierbinți, ușoare și sub presiune ridicată.
Pentru a putea trimite gaze la o viteză foarte mare, este necesar să se producă o reacție cât mai energică. Două substanțe, numite propulsori, vor reacționa într-o cameră de ardere special concepută pentru a transforma orice energie emisă de reacție în viteza de ejectare a gazului. Aceste reacții sunt aproape întotdeauna arderi, pentru a obține arderea va fi nevoie de un combustibil și un oxidant, combustibilii au acest rol: unul este oxidant, celălalt este combustibil.