Rockets가 Chris Hadfield와 함께 작동하는 방법

물체를 우주로 가져 가려면 기본적으로 다음과 같은 것이 필요합니다. 연소 할 연료와 산소, 조향 할 공기 역학적 표면과 짐 벌링 엔진, 충분한 추력을 제공하기 위해 뜨거운 물질이 나올 어딘가. 단순한.

연료와 산소가 로켓 모터 내부에서 혼합되고 점화 된 다음 폭발하고 타는 혼합물이 팽창하여 로켓 뒤쪽으로 쏟아져 앞으로 나아가는 데 필요한 추력을 생성합니다. 대기 내에서 작동하여 연소 반응을 위해 공기를 흡수하여 연료와 결합 할 수있는 비행기 엔진과 달리 로켓은 산소가없는 빈 공간에서도 작동 할 수 있어야합니다. 따라서 로켓은 연료뿐만 아니라 자체 산소 공급도 수행해야합니다. 발사대에있는 로켓을 보면 대부분 우주에 도달하는 데 필요한 연료와 산소와 같은 추진제 탱크를 볼 수 있습니다.

노래에서 코러스는 무엇입니까

대기 내에서 공기 역학적 핀은 비행기처럼 로켓을 조종하는 데 도움이 될 수 있습니다. 하지만 대기를 넘어선 공간의 진공 상태에서 지느러미가 밀릴 수있는 것은 없습니다. 따라서 로켓은 또한 짐 벌링 엔진 (로봇 피벗에서 스윙 할 수있는 엔진)을 사용하여 조종합니다. 손에 빗자루의 균형을 맞추는 것과 같습니다. 이것의 또 다른 이름은 벡터 추력입니다.

로켓은 일반적으로 러시아 수학 교사 인 Konstantin Tsiolkovsky와 미국 엔지니어 / 물리학자인 Robert Goddard가 개발 한 개념 인 별도의 스택 섹션 또는 단계로 구축됩니다. 로켓 단계의 작동 원리는 대기 위로 올라 가기 위해 일정량의 추력이 필요하고 지구 궤도에 머물 수있을만큼 빠른 속도 (궤도 속도, 초당 약 5 마일)까지 가속하려면 추가 추력이 필요하다는 것입니다. 로켓이 빈 추진 탱크와 초기 단계 로켓의 과도한 무게를 지탱할 필요없이 궤도 속도에 도달하는 것이 더 쉽습니다. 따라서 로켓의 각 단계에 대한 연료 / 산소가 다 소모되면 그 단계를 버리고 지구로 다시 떨어집니다.

첫 번째 단계는 주로 150,000 피트 이상의 높이까지 대부분의 공중에서 우주선을 높이는 데 사용됩니다. 두 번째 단계는 우주선을 궤도 속도로 만듭니다. 새턴 V의 경우 우주 비행사가 달에 도착할 수있는 세 번째 단계가있었습니다. 이 세 번째 단계는 지구 주위에 올바른 궤도를 설정하기 위해 멈추고 시작할 수 있어야했습니다. 그리고 몇 시간 후에 모든 것이 확인되면 우리를 달로 밀어 넣습니다.

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• 로켓 공기 역학 : 로켓의 작동 원리
• 로켓의 기본 물리학
• 로켓 구성의 구성 요소
• 로켓 개선 사항
• Chris Hadfield의 MasterClass에 대해 자세히 알아보기

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로켓 공기 역학 : 로켓의 작동 원리

아폴로 우주 비행사들이 달 표면에 도착했다가 돌아 오는 데 사용했던 달 모듈조차도 2 단계 로켓이었습니다. 우리가 집으로 돌아 가기 위해 달에서 발사했을 때 착륙 단계가 표면에 남아있었습니다.

제작 된 최초의 로켓은 재사용 할 생각없이 일회용이었습니다. 우주 왕복선은 재사용을 위해 설계된 최초의 우주선으로, 우주로 100 번 비행 할 수있었습니다. 고체 로켓 부스터조차 부분적으로 재사용이 가능했습니다. 바다에 떨어진 후 회수하고, 회수하고, 청소하고, 재 인증하고, 이후 발사를 위해 연료로 보충 할 수있었습니다. 오늘날 기업들은 훨씬 더 재사용 가능한 로켓을 만들고 있습니다. SpaceX는 Falcon 로켓의 첫 번째 단계를 발사 한 다음 착륙 할 수 있으며 손상되지 않았으며 액체 연료로 다시 채울 준비가되었습니다. Blue Origin은 New Shepard 로켓에도 유사한 기술을 사용하고 있습니다.

지구에서 로켓을 발사하는 데 사용되는 연료에는 고체와 액체의 두 가지 주요 유형이 있습니다. 단단한 로켓은 로마 양초처럼 간단하고 신뢰할 수 있습니다. 일단 점화되면 멈추지 않습니다. 다 떨어질 때까지 타거나 추력을 제어 할 수 없습니다. 액체 로켓은 원 추력이 적지 만 제어가 가능하여 우주 비행사가 로켓 선의 속도를 조절할 수 있으며 추진 밸브를 닫고 열어 로켓을 켜고 끌 수도 있습니다.

우주 왕복선은 발사를 위해 고체 로켓과 액체 로켓을 조합하여 사용했습니다. 견고한 로켓 부스터는 승무원을 공중으로 데려가는 데만 사용되었습니다. 액체 연료 로켓은 전체 시간 동안 불에 탔습니다.

로켓의 기본 물리학

로켓 건설의 가장 기본적인 원동력은 가변 물리학을 다루는 뉴턴의 법칙입니다. 로켓은 질량 (연료가 연소되는 연료)을 배출하는 동안 공기 역학적이어야하므로 행동과 반응에 대한 뉴턴의 세 번째 법칙이 적용됩니다. 로켓이 점화되면 연료가 연소되어 후방 배기 장치에서 빠져 나 가면서 로켓이 점점 더 빠른 속도로 앞으로 나아가게됩니다. 이것은 로켓이 항력없이 작동한다고 가정합니다.

그러나주의 할 점이 있습니다. 우주를 비행하려면 지구 대기를 통과 한 다음 궤도에 성공적으로 머물 수있을만큼 충분히 빠르게 갈 때까지 가속해야합니다. 이를 달성하는 데있어 주된 장애물은 대기의 저항으로 인한 항력입니다. 항력은 다음 방정식에 의해 결정됩니다.

D = 12 ρ v 2 C D S

D = 끌기. 드래그는 속도를 늦추는 힘입니다. 항력은 힘이라는 것을 기억하는 것이 중요합니다. 항력은 우주선을 밀고 (우주선 설계에서 신중하게 허용하지 않는 경우) 우주선이 더 빨리 이동하는 것을 방지하거나 우주선을 찢어 버릴 수도 있습니다.

나는 태양인가 달인가

ρ = rho, 선박 주변 공기의 밀도 또는 두께.
우주선이 지구에서 멀어지고 대기에서 더 높이 이동함에 따라 공기 밀도가 감소하므로 방정식에 따라 항력이 발생합니다. 태양에 의해 따뜻해지면 공기가 팽창하기 때문에 특정 고도에서 대기의 밀도는 가변적입니다. 따뜻한 공기는 밀도가 낮습니다. 그리고 공간의 진공 상태에서 밀도는 본질적으로 0이라는 것을 기억하십시오. 그래서 (방정식으로) 사실상 거기에는 항력이 없습니다.

v = 속도 또는 우주선의 속도. 방정식에서 항력은 속도 곱하기 속도 또는 v 제곱의 함수입니다. 따라서 속도가 증가하면 항력이 빠르게 증가합니다. 즉, 속도는 두 배, 항력은 네 배입니다. 이것이 유명한 우주 비행사 Chris Hadfield가 대기를 통해 로켓을 비행하는 것이 가장 어려운 부분이라고 말하는 이유입니다.이 단계에서 로켓의 속도는 다음과 같습니다. 공기가 여전히 두꺼운 곳에서 계속해서 증가합니다. 하지만 대기를 벗어나면 대기 밀도가 없기 때문에 항력을 증가시키지 않고 속도를 높일 수 있습니다.

CD = 차량 합리화 및 표면 거칠기의 특성 인 항력 계수.

S = 우주선의 단면적. 낮은 영역 (예 : 마른 로켓 대 뚱뚱한 로켓)은 항력을 낮추는 데 도움이됩니다. 그 의미는 대기 항력이 대기 중에 있고 떠나려고하는 우주선의 경우 지구보다 너무 높아서 공기의 양이 아주 적은 국제 우주 정거장과 같은 우주선의 경우보다 훨씬 더 큰 문제라는 것입니다. 그것에 대해 작용하는 밀도. 그렇기 때문에 ISS가 그렇게 부적절 할 수있는 이유와 로켓 선을 간소화해야하는 이유입니다.

항력 방정식은 로켓 설계 및 비행 전략에서 명확한 목표를 만듭니다. 가장 효율적인 로켓은 더 낮은 영역을 가질뿐만 아니라, 대기 밀도가 낮은 영역으로 올라가면 가능한 한 가속 (속도를 궤도 속도로 증가)하는 일을 많이합니다.

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로켓은 강렬한 무게와 추력을 견디고 가능한 한 공기 역학적으로 설계되었습니다. 따라서 대부분의 로켓 구조를 표준화 한 몇 가지 구조 시스템이 있습니다. 노즈콘, 프레임 및 지느러미는 로켓 모양의 골격의 일부이며 열 보호 층이 적용된 알루미늄 또는 티타늄으로 만든 넓은 표면적입니다. 펌프, 연료 및 노즐은 로켓이 추력을 생성 할 수 있도록하는 추진 시스템의 일부를 형성합니다.

비행 경로를 제어하기 위해서는 로켓의 비행 방향에 대한 조정 수준이 필요합니다. 병 로켓이나 다른 작은 로켓과 같은 모델 로켓은 공중에서 똑바로 쏘아 올린 후 원하는 곳으로 내려옵니다. 우주로 향하는 로켓은 훨씬 더 많은 제어와 유연성이 필요합니다. 여기에서 짐벌 추력이 들어오는 곳입니다. 안내 시스템의 일부인 짐벌 각도는 배기 노즐이 필요에 따라 회전 할 수 있도록하여 무게 중심을 방향을 바꾸고 로켓의 위치를 올바른 방향으로.

로켓 개선 사항

편집자 추천

우주 비행이 시작된 이래로 로켓 연료의 기본 화학에는 거의 변화가 없었지만 더 연료 효율적인 로켓을위한 설계가 진행 중입니다. 효율성을 높이기 위해 로켓은 연료 소모를 줄여야합니다. 즉, 원하는 추진력을 제공하고 동일한 추력을 달성하려면 연료가 가능한 한 빨리 뒤쪽으로 나와야합니다. 자기 가속기를 사용하여 로켓 노즐을 통해 추진되는 이온화 가스는 기존 로켓 연료보다 무게가 훨씬 적습니다. 이온화 된 입자는 매우 빠른 속도로 로켓 뒤쪽으로 밀려나가 작은 무게 또는 질량을 보상합니다. 이온 추진은 오래 지속되는 추진에 잘 작동하지만
그것은 더 낮은 특정 임펄스를 생성하며, 지금까지는 이미 궤도에있는 작은 위성에서만 작동하며 대형 우주선에 맞게 확장되지 않았습니다. 이를 위해서는 강력한 에너지 원, 아마도 원자력 또는 아직 발명되지 않은 것이 필요합니다.

우주선은 1960 년대 우주 여행을 시작한 이후로 발전했지만 현재의 많은 기술은 이러한 첫 번째 디자인에서 비롯되었습니다. 직관적으로 우주선은 고속 항공기처럼 뾰족해야한다는 것이 이해가되는 것 같습니다. 그러나 1950 년대에 수행 된 연구에 따르면 궤도 속도의 경우 뾰족한 끝에서 엄청난 열을 견딜 수있을만큼 강할 수있는 재료는 없습니다. Max Faget이라는 뛰어난 엔지니어는 강렬한 열과 압력을 넓은 지역에 퍼 뜨리기 위해 재진입 우주선이 무디어야한다는 것을 깨달았습니다. 그는 머큐리 디자인의 핵심이었고, 따라서 우주 캡슐이 탄생했습니다. Mercury와 Gemini는 기압 조절, 산소 / CO2 처리, 온도 조절, 식량 및 물 저장과 같은 승무원의 생명을 유지하기 위해 본질적으로 기계 시스템으로 조종석을 돌고있었습니다. 그들은 궤도 우주 비행이 인간에게 가능하다는 것을 증명하고 더 멀리 탐험 할 수있는 문을 열어 오늘날 우리가 우주 탐사에있는 곳으로 인도했습니다.