החלת הטילה אקווציה כדי להעריך את האפשרות של משימת תיווך מאדים

מאדים ⁇ כבר מזמן הפחית את דמיונו של מדענים, מהנדסים והציבור.אבל הדרך מחלום למציאות סוללת עם אתגרים טכניים בלתי אפשריים, לא יותר יסודיים מהפיזיקה של טיסות חלל.עבור משימה מאוישת למאדים - רק התנחלות קבועה - חלל חייב להתגבר על כוחות כבידה עצומים, מרחקי נסיעה עצומים, ולחוות תמיכה בחיים, אספקה, החזרת כלי רכב בלב של משימה זו היא הערכה מכרעת של טילים, כל משימה פשוטה של טילים, כיעד, כי יש צורך, כל כוח המשיכה של כוח המשיכה, תמיכה פשוטה, היא תמיכה פשוטה, כי יש צורך, כל משימה אפשרית, כוח המשיכה, כוח המשיכה, כוח המשיכה, כי הוא מסוגל לשלוט על פני החידושים, תמיכה של טילים, כי הוא מסוגל לשלוט על פני ⁇ , כי הוא מסוגל לשלוט על פני כוח המשיכה, כוח המשיכה, כוח המשיכה, תמיכה פשוטה, כוח המשיכה של כוח המשיכה, תמיכה של כוח המשיכה, כוח המשיכה של כוח המשיכה, תחבורה יעילה, כוח המשיכה של כוח המשיכה של טילים, תחבורה, תחבורה פשוטה, תחבורה פשוטה, תחבורה, תחבורה, תחבורה, תחבורה פשוטה, תחבורה, תחבורה פשוטה, תחבורה פשוטה, כל משימה פשוטה, תחבורה, תחבורה, תחבורה, והובלת תמיכה, תחבורה, תחבורה, והובלת תמיכה מהירה, תחבורה, תחבורה, כל משימה פשוטה, תחבורה, תחבורה

יסודות הטסטולקובסקי Rocket Equation

הראשון שנוצר על ידי המדען הרוסי קונסטנטינוס צ'אולובסקי בשנת 1903, משוואה הרקטות מתייחסת לשינוי במהירות (ראה:0 ⁇ vcioFLT:1) טיל יכול להשיג יעילות ההנעה שלה יחס ההמונים.

(ב) ויקרא י"ד): "וַיְהַבְהִיתִיתִיתִיתִיתִיתִיתִיתִיתִיתִי" (בראשית כ"ד, כ"ד)

איפה:

(ב) ⁇ virFLT:1 , = השינוי הכולל במהירות יכול לייצר את הרקטות, נמדד במ"ר לשנייה (m/s).
(ב) ויקרא י"א: ויקרא י"א): "ה' (ב') ויקרא י' (ב') ויקרא י"ד): "ה', אשר הוא חלק מעיקרון לדחף הספציפי (IFLT:4spipper:5) של המנוע.
(ב) ויקרא י"א: ויקרא י"א): "ה' (ב') ויקרא: ויקרא י"ד): "המסה הראשונה של הרקט, כולל דחף, שכר, מבנה וצוות.
(ב) ויקרא י"א:2 ויקרא:2 ויקרא:2 ויקרא: ויקרא כ"ד): "המסה האחרונה" לאחר שהמניעה תוציא (המסה של רכב).

הכוח של המשוואה שוכן בטבע האקספונצינציאלי שלה, אפילו עלייה צנועה ב ⁇ v הנדרשת דורש עלייה עצומה ביחס של ראשונית למסה סופית.מערכת יחסים זו מאלצת מהנדסים לעשות עסקאות בין עומס, יעילות הנעה, אדריכלות המשימה.

הבנה של ⁇ v ו-Commonents

תקציב ⁇ v למשימה חלל הוא סכום השינויים המהירים הדרושים לכל תמרון.עבור משימת מאדים עגולה, רכיבי ה ⁇ v העיקריים כוללים:

שיגור מכדור הארץ למסלול כדור הארץ נמוך (LEO): כ-9.4 ק"מ / s, חשבונאות לגרור אטמוספרי והפסדי כבידה.
זריקת Trans-Mars (TMI): השריפה ששולחת את החללית מהתוואי של כדור הארץ על מסלול לכיוון מאדים, בדרך כלל דורשת תוספת של 3.5-4 ק"מ מ- LEO.
הוספת מסלול מאדים (MOI): להאט את החללית להילכד על ידי הכבידה של מאדים, בערך 1-2 ק"מ / s בהתאם לרירוסבינג.
נחיתה על מאדים: באמצעות שילוב של מצנחים, מגיני חום, ו רטרורקטים, אשר יכולים לצרוך 1-1.5 ק"מ / s.
מאדים כרום: שיגור משטח מאדים בחזרה למסלול, הדורש כ-4-5 ק"מ / מ"מ בשל כוח הכבידה והאטמוספירה התחתון של מאדים.
זריקת כדור הארץ הטרנס-אטלנטית (TEI): להשאיר את מסלול מאדים לכדור הארץ, כ-2-3 ק"מ /
כדור הארץ מסלול הכניסה והנחתה: אלה עשויים להיות מטופלים על ידי גרר אטמוספרי, אבל כוויות מבוקרות ללכידת מסלול מוסיפה כ 1 ק"מ / s.

כאשר צוין, תקציב טיפוסי של ⁇ v לנסיעה ממאדים מאויש באמצעות טווחים כימיים בין 15 ל-20 ק"מ / s. דמות זו היא נספח גס - מעצבי הרשאות לחדד אותו באמצעות סימולציות טרקלריות מפורטות ועוזרי כבידה.

« « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « «

(ב) [[1924]]]]]] [[1924]]]]]] [[1924]]]]]]]], [[1924]]]]]], [[1924]]]]]], [[1924]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]

החלת הטילה אקווציה למשימה של מאדים

כדי להעריך את יכולת המשימה של מאדים, מהנדסים משתמשים במשוואה של טילים כדי לחשב את יחס המסה הנדרש.יחס המסה:0R = mveFLT:10irFLT:2 / mFLT 3: 3; mFLT 3:5 ph3 ;5 מציין כמה פעמים כבד יותר את הטיל המודלק במלואו הוא בהשוואה למסה יבשה.

(ב) ויקרא י"ד:2 ויקרא י"ד): "וַיְהִיא אִם הוּא" (בראשית כ"ד, כ"ד)

(ב) ל[[18 ק"מ]] ול[[1924]], [[1924]]]]]], [[1924]]]]]], [[1924]]]]]], [[1924]]]]]]]]]] ו[[1924]]]]]], [[1924]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]], [[1924]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]], [[1966]]]], [[1924]]]]]]]]]]]], [[1966]], [[1966]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]

(ב) ויקרא י"ד: ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇

משמעות הדבר היא המסה הראשונית של החללית חייבת להיות 38 פעמים המסה יבשה שלה (כולל קפסולת הצוות, תמיכה בחיים, והחזרת רכב) היא 100,000 ק"ג, המסה הכוללת בשיגור מכדור הארץ תהיה 3.8 מיליון ק"ג - מעל 3,800 טון מטר.זה כמעט ארבע פעמים המסה של תחנת החלל הבינלאומית, הדורשת שיגור גדול בהרבה מכל פעולה כרגע.

דרישות ⁇ v

ערכים אמיתיים הם אפילו גבוהים יותר כאשר שוקלים נטיות, חלונות תזמון, ורווחי בטיחות. a שמרני יותר ⁇ v של 18 ק"מ / s, בשילוב עם מהירות ריאלית של 4.0 ק"מ (IFLT:0spuaFLT: 0spuaFLT:1 ⁇ 410 s עבור kerose /LOX העליון תשואות;

(ב) ויקרא י"ד: ויקרא י"ד: ויקרא י"ד: ויקרא י"ד:

יחס המוני זה מאתגר מאוד.להשוואה, טילי שבתאי V המשמשים למשימות אפולו לירח היו יחסי מסה של כ-30 מהפעלה כדי לשלם על מסלול. Achieving R= 90 עם חומרים מבניים נוכחיים ו staging ידרוש מספר השקות, הרכבה מסלול ועיצובים קלים.

תקציב ⁇ v טיפוסי למשימה של מאדים עגול

תקציב מפורט של מחקר נאס"א מספק התמוטטות מדויקת יותר.עבור משימה בסגנון התנגדות (להישאר קצר על מאדים), ה ⁇ v הנדרש יכול לעלות על 20 ק"מ /s. עבור משימה משותפת (הארכה יותר עם היערכות פלנטרית טובה יותר), זה יכול לרדת בסביבות 15 ק"מ / s.השולחן מתחת נותן תקציב נציג:

כדור הארץ יוצא ל- LEO: 9.4 ק"מ
זריקת Trans-Mars: 3.8 ק"מ /
הוספת מסלול מאדים (עם aerobraking): 1.2 ק"מ /
נחיתה: 1.0 ק"מ /
מאדים בגובה: 4.5 ק"מ /
זריקת כדור הארץ: 2.5 ק"מ /
כדור הארץ: כניסה ישירה (או כניסה ישירה): 1.0 ק"מ /
23.4 ק"מ / (עם כמה שולי)

סך הכל גבוה יותר מהדוגמאות הקודמות כי הוא כולל חיסכון תוך כדי שחיקה, אבל גם חשבונות עבור הפסדים ו contingities. ללא סרוברינג, המספר יהיה אפילו גדול יותר.

עקבו אחרי Mass Ratio

(ב) שימוש בתקציב ה- ⁇ v מעל (23.4 ק"מ) ומנוע מימן/אוקסגן בעל ביצועים גבוהים עם VleaFLT:0ecioFLT:1=4.5 ק"מ (IOVAFLT:2spFLT 3 ⁇ 460 s), היחס המסה הופך:

(ב) ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇

יחס המוני של 181 הוא גבוה אסטרונומי עבור מסה יבשה של 100,000 ק"ג, המסה הראשונית תהיה 18.1 מיליון ק"ג - כ 18,000 טון מטרי.זה הרבה מעבר ליכולת המעלית של כל טיל קיים.אפילו ספינת החלל X, עם עומס השכר המתוכנן שלה למסלול של 100+ טון, ידרוש כמעט 180 שיגורים רק עבור המדחף, בנוסף לשיגורים נוספים לחללית עצמה.

המספרים האלה מדגישים את "הנטייה של משוואה הרקטות": עלייה קטנה ב ⁇ v מובילה לעלייה אקספוננציאלית בדרישות הדלק.הדרך היחידה להפחית את יחס המסה היא להוריד את ה ⁇ v (באמצעות מסלולים יעילים יותר או פחות חלליות מסיביות) או להגדיל את מהירות הממצה.

טכנולוגיות מתקדמות כדי להתגבר על האתגרים

מכיוון שטילים כימיים ניגשים לגבולות הדחף התיאורטיים שלהם, צמצום מסת הדלק עבור משימת מאדים דורש מערכות הנעה חלופיות המציעות vIRLT גבוה יותר:0ecioFLT:1.

הרשאה גרעינית (NTP)

טילים תרמיים גרעיניים משתמשים בכור גרעיני כדי לחמם את הדחף (ממן זמני) לטמפרטורות גבוהות מאוד, ואז לגרש אותו דרך נושל.זה מניב IFLT:0sppieFLT:1 ערכים של 850-1,000 שניות, המקבילה למהירויות של כ-8.3-9.8 ק"מ / s.

מסה ראשונית של רק 590 טון מטרי עבור מסה יבשה של 100 טון הוא הרבה יותר מנוהל.הנעה תרמית גרעינית נבדקה בתוכנית NERVA של שנות ה-60 וה-70, אך מעולם לא טסה.עיצובים מודרניים כדי להיות בטוח ויעיל יותר.נאס"א ממשיכה ללמוד NTP עבור משימות מאדים, עם היתרון המרכזי של צמצום מספר השקות הדרושות עבור הרכבה.

חשמל (Ion Thrusters)

מערכות הנעה חשמליות או יון מאיצות חלקיקים טעונים באמצעות שדות חשמליים, השגת IveFLT:0spigph 1: 000-5,000 שניות ומהירויות של 20-50 ק"מ /s.המסחר הוא דחף נמוך מאוד (בדרך כלל פחות מ-1 חדש), כלומר זמני האצה ארוכים למשימות מאוישות, זמן המעבר למאדים יעלה חודשים רבים או שנים, חשיפת אספקת מטענים חשמליים ל-F2, לדוגמה, לחיסכון חד-FVi) לחיסכון חד-FVal) לחיסכון חד-FVal-FVal) לחיסכון חד-FVal, לחיסכון חשמלי, לחיסכון חד-FVallowiValmultiVal (מסלולארי (מסלולארי, ל-FlowiVal) ל-FValutomultiValutomultiVal) לחיסכון חד-FVal) לחיסכון חד-Flowing: 1 לחיסכון חד-FlowertomultiVal) ל-Flowing: 30 ק"מחדש אחד, כלומר, לחיסכון חד-FViValutomultiValutomultiValutomultiValutoiV

משמעות הדבר היא שכמעט 70% מהמסה הראשונית יכולה להיות תשלום – יעילות הרבה מעבר לטילים כימיים.דחפורים המופעלים על ידי גרעיני (הנעה חשמלית גרעינית, NEP) משלבים את IFLT:0spigtureFLT:1 עם מספיק כוח לייצר דחף שימושי, ונחשבים לאפשרות מבטיחה למערכת השמש החיצונית.

מושגים מתקדמים אחרים

מעבר למניעה תרמית וחשמלית, חוקרים חוקרים חוקרים חוקרים:

(ב) [ה]: [ה], [ה],] [ה], [ה],] השתמשו בלחץ פוטושופ מהשמש כדי לייצר דחף מתמשך ללא דחף, אך דורשים מפרשי אור גדולים, אולטרה סגולים, לייצר האצה נמוכה מאוד.
(ב) ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇
[ה]ה' [ה]'[דרוש מקור] ב[[1924]], [[1924]]]], [[1924]]]]]], [[1924]]]]]], [[1924]]]]]]]]

בטווח הקרוב, ההנעה התרמית הגרעינית בולטת ככל שהשדרוג ההסתברותי ביותר לטילים כימיים על מנת להפחית את יחס המסה לרמות ניתנות להשגה כלכלית.

השלכות על הריגוליזציה של Mars

משוואה הרקטות אינה רק קובעת האם משימה אחת אפשרית – היא מעצבת את כל האדריכלות של מושבת מאדים.אפילו עם הנעה מתקדמת, העלות והלוגיסטיקה של שיגור מכדור הארץ יישארו בלתי ניתנים להפרדה.

In-Situ Resource Utilization (ISRU)

האווירה של מאדים מורכבת בעיקר מפחמן דו-חמצני, והקרקע מכילה קרח מים באזורים רבים.על ידי הוצאת המשאבים האלה, מושבה יכולה לייצר חמצן, מים ודחף (מתאן וחמצן) באתר. ISRU מפחיתה באופן דרמטי את המסה שיש לשגר מכדור הארץ לצורך החזרה. לדוגמה, אם מאדים ייצרה באופן מקומי, הדרישה ה ⁇ יתירה לשלב זה למעשה ממיסיון-כדור הארץ יכול להיות מהפך יותר מגורם כדור הארץ.

נאס"א מאדים 2020 Perseverance rover נשא את הניסוי MOXIE כדי להפגין ייצור חמצן ממאדים CO2, צעד קריטי לקראת ISRU. Scaling טכנולוגיה זו כדי לייצר טון של דחף יהיה הכרחי עבור סיבולת.

גישות מרובות-Stage ו- Modular Approaches

במקום רקטה ענקית אחת, משימות יכולות להישבר בשלבים שהתאספו או לתדלקים במסלול.משוואה הרקטות חלה בנפרד על כל שלב.על ידי שימוש בסדרה של שלבים קטנים יותר - כל אחד מותאם ל- ⁇ v שלו - מעצבים יכולים להפחית את עונש המסה היבש הכולל.In-space Drivelants, שבו מכלי רכב מספקים דלק לחללית, גם לעזור.

כמו כן, באמצעות מחזור מאדים - חללית שמסתובבת ללא הרף בין כדור הארץ למאדים במסלול חוזר - יכולה להפחית את המסה שיש להאיץ כל נסיעה.המעגל מספק רבעים חיים והגנת קרינה, בעוד שפחות מעבורות להעביר צוות ומטענים ועד מהשטחים הפלנטריים. מושג זה, נלמד על ידי נאס"א, מנף את משוואה הרקטות על ידי לא צריך להאיץ בתי גידול כבדים מכל עבר ולאורך כל פעם.

מסקנה

הטיל Tsiolkovsky Rocket Equation הוא כלי חיוני להערכת תאימות של מאדים קידוד.זה מגלה כי רקטות כימיות לבד לא יכולות לתמוך במשימה עגולה בת קיימא ללא יחסים המוניים עצומים, לעתים קרובות מעל מגבלות מעשיות. עם זאת, המשוואה גם מצביעה על הדרך קדימה: על ידי העלאת מהירות ממצה באמצעות הנעה גרעינית, על ידי צמצום ההשקעה הנדרשת באמצעות ISRU, על ידי עוקץ ודלק בחלל, למנוע שינוי משמעותי של כדור הארץ, אך לא יהיה יעיל, אך ורקמות פיזי, אך ורקמות, אך ורקמות, אך ורקמות, ללא שינוי יעיל, ללא שינוי יעיל, אך ורקמות, הופך להיות יעיל, דרך תשתית יעילה, אך ורקמות, ללא צורך, דרך זרם יעיל, דרך נטייה יעילה, מונע על ידי הפעלת לחץ אוויריות, אך ורקמות, דרך תשתית יעילה, אך ורקמות, דרך נטייה הנדסית משקל טבעי, אך ורקמות, דרך תשתית יעילה, אך ורקמות, ללא שינוי יעיל, אך ורקמות, ללא צורך, אך ורקמותרפיית מגנטית ויעילה יעילה, ללא שינוי יעיל, דרך תשתית מתקדמת, ללא שינוי יעיל, ללא שינוי יעיל, ללא צורך, אך ורקמות, דרך זרם יעיל, ללא צורך, אך ורקמות, ללא שינוי יעיל, אך ורקמות, ללא

[ה] [ה]] [ה]] [ה]] [ה]] [ה]]] [ה]]], [ה]] [ה'] [ה']'[ה']'[ה]']'[ה']'[ה']'[ה']'[ה']'[ה']']'[ה']']'[ה'[ה']']']'[ה']']'[ה'[ה']'[ה'[ה']'[ה']'[ה'[ה']']'[ה'[ה'[ה'[ה']']']']'[ה']']'[ה'[ה'[ה'[ה']']']']']'[ה'[ה']']'[ה']']'[ה']']'[ה'[ה']']'[ה'[ה'[ה'[ה']'[ה']']'[ה'[ה'[']'[ה'[