ロケット科学簡素化

ロケットは、限られた出口を通って車両から移動する高速、高温ガスに貯蔵された燃料を燃やすエンジンです。 ガスは高速で下方に移動するので、キャリア車両は同じ高速で上方に移動して反応します。 一方、ロケットは、宇宙に移動するために使用される鋭い尖ったノズルを備えた円筒形の車両として記述することもできます。 車両には、ロケットをエンジンとして使用するミサイルや宇宙船が含まれます。ロ

ケットは重要な発明であり、私たちが今日生きている私たちの世界を形作る上で様々な役割を果たしています。 ロケットは、科学者が私たちの惑星を安全に保つために宇宙を監視できる理由です。 ロケットの様々な用途は次のとおりです。

軍事用途

ロケットは、様々な敵の目的地への様々な弾頭のトランスポーターとして使用されています。 ロケット弾を弾頭と組み合わせると、その名前は一般的にミサイルと呼ばれるものに変わります。 ロケットを使って弾頭を輸送することは、遠隔操作ができるので、軍にとって安全です。 軍事機能は、ロケット輸送弾頭の破壊的な性質を考えると、議論の余地のある使用です。宇宙研究

宇宙飛行士はロケットを使って地球の表面を越えた場所に計器を運び、科学者が研究する予定の様々な研究要素を記録します。ロケットは宇宙船を軌道に乗せるのに役立つ

ロケットは、後で議論する予定の軌道の高速を行進する高速性のために、この機能のために明示的に好まれる。

ロ

ケットは、運動の第三法則と呼ばれる単純な科学的原理を使用して動作します。 アイザック・ニュートンは動きの法則を思いつき、これらの法律の3番目と最後は、すべての行動に対して反対方向に平等な反応がなければならないと述べています。 この原則は、あなたが何かを前に押す場合、同じ速度で後方に移動することを意味します。

これはロケットとどのように関連していますか? それに入りましょう。

ロケットエンジンは、私たちがもう少しで話す特別な種類の燃料を燃やします。 燃料が燃えると、ロケットの後部から非常に高速で熱いガスが生成されます。 ガスが高速で下向きに出てくるので、ロケットが取る最も可能性の高い方向はどれですか? もちろん、あなたは正しいと思いました。それは上向きに行くガスの速度に等しい速度で上方に移動します。

ロケットエンジンが熱いガスと反対方向に上がる力は推力と呼ばれ、ロケットはより多くの燃料を燃やし続けて同じ効果を何度も生み出し、ロケットは目的地に着くまで前方推力を何度も繰り返します。 繰り返される推力はまた、ロケットが重力の引っ張りと空気からの抵抗を克服するのに役立ちます。

しかし、ロケットはどこに向かっているのか、どのように知っているのでしょうか? それはパイロットを持っていますか? ロケットが地球から放出される前に、ロケット科学者はロケットが取る所定のルートを計算します。 コースは太陽と月の位置に対して計算されます。 他の惑星も少し効果があるかもしれませんが、それは非常に最小限です。 ロケットの打ち上げ方法を見る前に、ロケットがどこまで来たかを理解しましょう。

今日、ロケットで使用される概念は紀元前1世紀にさかのぼります。 数学的エンジニア、アレクサンドリアのヘロンは、蒸気放出ノズルを使用してボールを回転させるデバイスを作成しました。 ヘロンによるこのフェテの後、人々が矢のような武器に使用される銃粉ロケットを作り始めた13世紀のADまで、ロケットの歴史の中で物事は沈黙しました。

おそらく、ロッキングの歴史の中で最も重要な部分は、コンスタンチン・ツィオルコフスキーによる反応装置による宇宙調査の出版でした。 この出版物は、ロケットがどのように機能するかを詳しく説明しました。 1942年の後半、ドイツはロケットベースのミサイルの発射に成功し、4000mph以上の速度で目標に着陸すると、もう一つのマイルストーンを作ります。

ドイツがミサイルを発射したことで、アメリカとアメリカのRは宇宙計画を開始し、1957年にはロシアはロケットを使って世界初の衛星であるスプートニク1を宇宙に運び、打ち上げることができ、1969年にはアメリカ・アポロ11号を打ち上げました。

私たちは、ロケットとは何か、ロケットの仕組みの背後にある科学を学び、ロケットの短い歴史を経験しました。 ロケットの打ち上げ方法を知りたいのですよね? しかし、ロケットの打ち上げ方法に入る前に、まずロケットを推進するエネルギーを学びましょう。

ロケット燃料について議論するために、ロケットが使用する燃料の種類に基づいて分類されるため、今日のロケットの種類について議論します。 今日、ロケットには4種類あります。

• 固体燃料ロケット
• 液体燃料ロケット
• イオンロケット
• プラズマロケット

ここでは、ロケットが使用するエネルギーを理解するのに役立つ各ロケットの分析です。固体燃料ロケット

固体ロケット燃料は固体推進剤を使用し、発見された最初の燃料の一つです。 彼らは最初に小さな武器を作るために主に使用されましたが、後の研究の後、科学者たちは大きなロケットに電力を供給するために、より長い期間それらを使用できることを発見しました。

固体燃料ロケットは単発推進剤であり、燃料を燃焼させるために外部酸化剤を必要としないことを意味する。 燃焼の基礎科学は、何かが燃えるためには酸化剤がなければならないと述べています。 例えば、ジェット機には空気インテイクがあり、エンジンが燃料に点火し、ジェット機を推進するための酸素を供給します。 しかし、単球ロケットは燃料を燃やすために空気インタケを必要としません。

代わりに、固体燃料は、1つの混合物に多くの化学物質の組み合わせです。 これらの化学物質の中には、ロケットを推進する熱いガスを生成するために燃料を燃やす酸化剤があります。 固体ロケット燃料を作るために使用される化学物質の中には、ジニトラミドアンモニウム、硝酸カリウム、過塩素酸アンモニウムなどがあります。 固体燃料が機能するためには、ロケットの燃焼室に置かれ、そこで点火する必要があります。

固体燃料の主な欠点は、燃料が燃え始めると消えることができないことであり、燃料が終わるまで制御せずに絶えず燃え続けることを意味します。 この制御の欠如は、高価であり、ロケットによって与えられる限られたスペースの多くを使い切ることができる固体燃料の膨大な量を使用する必要性につながります。 固体燃料のもう一つの欠点は、ロケットが目的の目的地に到達する前にエルが不足するリスクです。 また、固体燃料を作るために使用される化合物の一つであるニトログリセリンは、すぐに蒸発する。

一方、固体推進剤は、液体の対応物よりも比較的保管と取り扱いが容易です。 彼らはまた、安価であり、大きな推力が必要な場合に好ましいです。 固体燃料を使用した有名なロケットのいくつかは、ロシアのプロトンシリーズ(プロトン8K82KとプロトンM)、ヨーロッパアリアン5、スペースシャトル、米国アトラスVと日本のH-Iが含まれています。

液体燃料ロケット

液体燃料ロケットは液体推進剤を使用します。 液体推進剤は、述語のように液体である。 液体燃料は広く使用されており、単球(固体燃料からの単球を覚えていますか?)、Bi推進剤、またはよりまれに三推進剤のいずれかであることができます。 液体推進剤を作るために使用される化学物質の中には、ヒドラジン、液体酸素、液体水素と組み合わせた二窒素四酸化窒素が含まれる。 これらの化学物質は軽く、持ち運びが容易なので、ロケットの重量を減らします。

Rocketryのエンジニアは、高密度で、高い比インパルスを持っているので、液体燃料を信頼しています。 エンジニアは、より軽い遠心ターボポンプを使用してロケットの燃料タンクから燃焼室に燃料を移動しやすくするため、高密度で高い比インパルスが大好きです。 ターボポンプは燃焼室に燃料の圧力を増加させる。

高密度および比衝動に加えて、液体推進剤は制御が容易であるので有用である。 燃焼を開始するときに制御できない固体推進剤とは異なり、液体推進剤は制御が容易で、燃焼が必要な場合にのみ燃焼します。 この制御能力により、宇宙飛行士はロケット速度を制御し、ロケットのオンとオフを切り出して燃料の使用を制御することが容易になります。

液体推進剤の1つの主要な取り消しは、エンジニアが燃焼室に到達するために液体の貯蔵室から別の配管システムを設計しなければならないということです。 ロケットを作るという目標は、できるだけ軽くすることなので、このデザインを完成させることは特に難しいです。
液体推進剤を使用するロケットの中には、ドイツのV-2、スペースXファルコン9、アトラスICBMなどがあります。

イオンロケット
イオンロケットは1998年から機能しており、太陽電池の電子エネルギーを使用しています。 太陽電池は太陽光を電気エネルギーに変換し、化学燃料を使用する従来のロケットの10倍の速さです。 しかし、イオンロケットで発生する推力は弱く、ロケットを地面から持ち上げることができません。 ロッキングエンジニアは、その結果、ロケットを地面から上げる別の方法を見つける必要があります。

プラズマロケット
プラズマロケットは、可変比インパルス磁気プラズマロケット(VASIMR)として科学的な会話で知られています。 これらのロケットは、磁場中の水素原子から負の電子を取り除き、エンジンから排出することによって生成されるプラズマを加速することによって動作します。 これらのロケットは、より速く宣伝され、他のタイプのロケットよりも速く火星に到達することができます。 彼らの持続可能性はまだテスト中であり、それらに関するより多くの情報はすぐに利用可能になります。

科学者たちはロケットを打ち上げる前に多くのことを考える。 次のような考慮事項があります。

• ロケットのペイロード
• 貨物の目的地
• ザ・ウェザー
• 赤道に近い
• 打ち上げ場所が近く、社会的なアメニティや住居に近い
• 時刻

上記のリストはハイライトに過ぎず、ロケットを打ち上げる前に科学者が行う考慮事項のいくつかにあなたを導くことを意図しています。成功したロケット打ち上げのマルチステージ:

さまざまな段階について話し合う前に、このよく寄せられる質問に答えてみましょう: ステージングとは何ですか?

ロケットのステージングは、エンジニアがロケットのさまざまな部分を配置するプロセスです。 ロケットエンジンの配置は、彼らが様々な段階で船から降りる方法を決定します。

効果的なステージングはまた、ロケットがもはや有用ではない部品を流すにつれて軽くなり、その後のエンジンはロケットに大気を通り抜け、軌道の速度要件に合わせて適切な速度で移動するために必要な推力を与えることを保証します。 ロケットの機能に応じて、科学者たちは最終目的地に到達する前に車両が受けると予想される段階の数と同数の取り外し可能な部品を置きます。 しかし、ロケットのステージ数が多いほど複雑になり、故障の確率も高くなります。

科学者がロケットを作るにつれて、ロケットの燃料はロケットの総重量の約90〜94%を運び、残りの6〜10%はロケットの建築材料とペイロードの間で共有されます(我々はいくつかの段落でどのようなペイロードを議論します)。 これは、ロケットを作るために使用される材料が非常に軽くなければならないことを意味し、宇宙飛行士はロケットを使用して輸送する負荷が同じように軽いことを確認する必要があります。

以下で説明する 4 つの異なるステージング方法があります。

シリアル ステージング

シリアルステージングは、科学者が互いの上にステージを積み重ねるときに発生します。 この種のステージングでは、最初に燃焼するステージが最も下に配置され、最終ステージは最上部に最も近いステージになります。 サターンV月ロケットは、連続ステージングを使用したロケットの良い例でした。

パラレル ステージング

並行ステージングでは、科学者はメインサステナに接続された単一または複数のブースターステージを配置します。 すべてのエンジンは、旅の開始時に燃焼を開始し、閉じ込められたエンジンが完全に燃料を費やすと、メインエンジンは軌道に貨物を輸送するために燃焼し続けます。 取り外し可能なステージはブースターとして使用され、燃料が使い果たされるとすぐに落ちる。 並列ステージングは、同じ車両のシリアルステージングと組み合わせることができます。
並列ステージング方式を使用するロケットのいくつかは、タイタンIIIとデルタIIのようなランチャーが含まれています

ステージとハーフ

ステージと半分は、メインサステナエンジンとブースターとして機能する別のものを使用して含まれます。 すべてのブースターステージの予想通り、すべての燃料が費やされた後、付属のステージとハーフシステムが落ちる。 ステージと半分を使用したロケットの例には、アトラスとアトラスアゲナが含まれます。

単一ステージング

このステージング方法はまだ研究中であり、その主な夢は、機能するために複数の段階を必要としないロケットを持つことです。 前述のように、車両のステージが多ければ多いほど複雑になり、故障の可能性が高くなります。 したがって、科学者が単一のステージング方法を実現する方法を見つけたとき、彼らはかなりのリスクを回避し、ロケットを打ち上げるときに対処する段階が少なくなります。
さまざまなステージング方法を理解したので、ロケット打ち上げの複数の段階を掘り下げてみましょう。

ロケット打ち上げのステージ

ロケットは様々な段階で打ち上げ、各ステージは、実行する独自の役割を持っています。 ロケットを打ち上げるために燃える様々なエンジンは、互いに重ねられ、その有用性が終わると切り離されます。 したがって、この剥離は、ロケットが使い古されたエンジンを流すにつれて、軽量になり、結果的に使用される燃料が少なくなることを意味します。 また、各エンジンが他のエンジンから独立していることを理解する価値があります。 この独立性は、ロッキングエンジニアが提供する目的のために各エンジンをカスタマイズする機会を提供します。 最適化とは、各段階で一般的な大気圧または引力にエンジンをより適応させる手段です。

ロケットが正常に打ち上げるために通過するいくつかのステップは次のとおりです。

1)プライマリステージ

プライマリはロケット打ち上げの最初で最も重要な段階であり、ステージ「0」とも呼ばれます。 この段階では、エンジンは燃料を燃やして最初の推力を提供します。 推力は、ロケットを空に向かう高速に推進するのに十分な強さでなければなりません。 最初のエンジンを含むロケットのヘビー級を運ぶのに十分でなければならないので、推力も強くなければなりません。 最初のエンジンが燃料を使い果たすと、ロケットから切り離され、2番目のエンジンに取り付けられた小さな爆発物を引き起こし、宇宙船をさらに引き継ぎ、推進します。 最初のエンジンは燃え尽き、地球に戻ります。 ロケットの残りの部分から最初のエンジンの切り離しは、メインエンジンカットオフ(MECO)と呼ばれています。

シンプルに聞こえるかもしれませんが、最初の段階は、それが正常に燃え尽きる前に多くの障害を克服する必要があります。

ロケットが速度を上げると、ドラッグが増加します。

ロケットのドラッグは、ロケットが空に向かうにつれて克服しなければならない抵抗です。 ドラッグを単純な言語で理解するには、トラックで実行しているとします。 風がゆっくり動く穏やかな日に走っている場合は、走る労力が少なくなります。 一方、強風に逆らって走っていると、走るのが難しくなります。 また、速く走れば走るほど、抵抗が増えます。 あなたが走る低速で空気から摩擦を得ることができる場合は、時速16200キロまで速度で移動する車両を想像してみてください。 ロケットは多くの抵抗に直面しなければなりませんね。

打ち上げは第1段階で最も荒いです:

重力力(一般にG力と呼ばれる)は、より高い大気に比べて低い大気で高い。 考慮すべき高周波振動とロケットが運ぶ巨大な重量もあります。

プライマリステージは、ロケッツ打ち上げの成功または失敗を決定します。

ロケットが大気によって引き起こされたドラッグを貫通し、MAXQに成功するためには、最初の推力はロケットを全て運ぶのに十分な強さでなければなりません。 プライマリ ステージで小さな誤算が発生した場合、プロジェクト全体が失敗する必要があります。

2)上段

ロケットはすでに高速で空に移動しており、すでに燃え上がった最初のエンジンの形でいくつかの重量を流しています。 したがって、この段階のエンジンは第1段階のエンジンに比べて比較的簡単に実行できるタスクを持つということを意味します。
この段階の唯一の目的は、ロケットを軌道速度に入れ込む方法です。 これは、惑星や他の他の宇宙物体の動きに合わせて必要な速度です。 ロケットは重力の引きにうまく対抗する高速で動かなければなりません。

重力プルを克服するために必要な高速を達成しないと、ロケットが重力によって地面に引き戻されることを意味します。 ここで重要なことは、ロケットが地球の表面に近いほど、重力の引力効果が高くなり、それを克服するために必要な速度が高くなることです。

セカンダリ ステージ エンジンが燃え尽きる前に、次のことが起こる必要があります。

• 車両は無重力を達成しなければならない
• より高い比インパルス定格を実現
• より速く移動する
• 車両の動きが安定する

二次ステージの使用済みエンジンは、第2エンジンカットオフ(SECO)と呼ばれるプロセスでロケットから切り離されます。 しかし、エンジンの遺骨は地球に戻って来ることはできません(後で議論するようにロケットが再利用されるようにモデル化されていない限り)、宇宙にとどまり、他の体の周りを無限に周回します。 これらの使用されたロケットの剥離は、スペースデブリやスペースジャンクと呼ばれるものの一部を形成します。

ロケットは主にペイロードを提供するために宇宙に送られます。 ペイロードはロケットを使用して輸送された貨物であり、研究機器、衛星、武器、人などのペイロードが含まれる可能性があります。 しかし、彼らは彼らの貨物を提供した後、ロケットはどうなりますか?

伝統的に、使い切ったロケットは地球の表面に落ちて軌道に落ち、惑星と一緒に振動し始めます。 また、ロケットは高温に遭遇すると崩壊して蒸発します。 しかし、最新の進歩により、ロケットは単独使用後に破壊される必要はありません。 最新のSpaceXのファルコンのような最近のロケットは、将来のペイロードを輸送するために部分的に再利用することができます。