Справочник автора/Двигательная установка

Материал из Posmotre.li
(перенаправлено с «Двигательная установка»)
Перейти к: навигация, поиск
Swoon.jpgНя!
Это хорошая статья. Нам она нравится такой, какая она есть. Поэтому мы доверяем право сделать её ещё лучше только проверенным людям. Редактировать эту статью не могут анонимы и новички.

Двигательная установка космического корабля — это, собственно, целая куча разнообразных двигателей, помогающих космическому кораблю разгоняться, тормозить и менять курс. А поскольку это очевидно, давайте рассмотрим, что, собственно говоря, туда входит.

Теория

Основной блок корабля «Аполлон»: 1 — тормозные парашюты; 2, 3, 5 и 13 — двигатели ориентации;4 — хранилища; 6 — блок ДПО; 7 — топливные баки маршевого двигателя (РБ); 8 — маршевый двигатель; 9 — служебный отсек; 10 — баки с водородом и кислородом для топливных элементов; 11 — водородно-кислородные топливные элементы в служебном отсеке; 12 — бачок с питьевой водой; 14 — огнетушитель; 15 — топливные баки двигателей системы ориентации командного отсека; 16 — отделение для хранения пищевых продуктов; 17 — место командира корабля; 18 — основные парашюты; 19 — место пилота основного блока; 20 — место пилота стыковочного (переходного) отсека; 21 — стыковочный штырь

Что следует знать о ракетных двигателях, если вкратце и без кучи формул? Что у каждого двигателя есть два параметра — тяга и удельный импульс, и они друг друга не любят. Чем выше тяга, тем меньше удельный импульс. Чем больше удельный импульс, тем меньше тяга. Если позволите аналогию, мы представим себе ракетные двигатели как движки для машин. У пятилитрового движка для крутой тачки высокое потребление топлива и он способен разогнать машину с 0 до 100 км/ч за 6 секунд[1]. У малолитражки на разгон до 100 км/ч уйдёт секунд 20[2], но на том же количестве топлива что и у крутой тачки она будет способна ехать куда дольше и дальше. У крутой тачки — высокая тяга. У малолитражки — высокий удельный импульс. Конечно же двигатели внутреннего сгорания в теме про ракетные двигатели — это лишь наглядная аналогия.

Согласно принципу Оберта маневр тем экономичнее, чем меньше время маневра, иными словами, мощный двигатель на разгоне и торможении предпочтительнее чем слабый. Отсюда и выделяется первый класс двигателей космического корабля — Большие и Мощные, установленные на разгонном блоке (см. ниже). Однако эти двигатели не подходят для точных маневров и очень неуклюжи, поэтому для маневров используются двигатели поменьше. Ну а для того чтобы крутить корабль и стыковаться с орбитальной станцией нужны маневровые двигатели. Можно конечно обойтись и без них[3], если космонавт — мастер стыковки 80го уровня, но лучше не надо — не все могут развернуть корабль под нужным углом, дать нужное ускорение и попасть в лузу с расстояния в 100 км. Про людей, по сравнению с которыми джедаи отдыхают, можно почитать в другой статье.


Разделение труда

Исторически сложилось разделение труда между двигательными установками, поскольку обнаружилось что Мощные Движки не могут обеспечить точного подвода космического корабля на нужную орбиту, а мелкие двигатели слишком слабые для того, чтобы уложиться в маневр. Итак:

  • Разгонный блок (РБ) — бочка топлива и мощный двигатель. Применяется для разгона и торможения, в качестве особенностей — автономная система стабилизации и возможность многократного запуска двигателя. Топливо — керосин-кислород. Рабочая лошадка для таскания космического корабля между орбитами и между планетами.
  • Комбинированная двигательная установка:
    • Сближающе-корректирующий двигатель (СКД) — работает на тетраоксиде диазота и несимметричном диметилгидразине, основная задача — двух-трёхимпульсный маневр сближения, в отличие от РБ является частью космического корабля и собственных мозгов не имеет.
    • Двигатели Причаливания и Ориентации (ДПО) — куча сопел натыканных по всему кораблю, нужны для поворачивания корабля по трём осям, а также для точного маневрирования в причальной зоне. Питаются тем же самым.

Типы двигателей

  • химические — используют энергию химических реакций для ракетного движения. Бывают очень разные по конструкции, монокомпонентные, многокомпонентные, с открытым и закрытым циклом и вообще о них можно написать целую простыню текста. Но в основном в качестве питания применяется окислитель и собственно топливо. В качестве достоинства — химические двигатели пока что обладают самой высокой тягой среди других двигателей.
  • электрореактивные — целая куча разновидностей двигателей, основанные на разгоне рабочего тела с помощью электричества.
    • Ионные — используют электричество и газ, тяга создаётся разгоном ионизированного газа. Высокий импульс, очень низкая тяга.
    • Плазменные — используют в качестве рабочего тела горячую плазму. Высокий импульс и низкая тяга прилагаются
  • атомные — используют разогрев рабочего тела с помощью ядерных реакций. По эффективности сравнимы, а то и превосходят химические двигатели, но чертовски радиоактивны, нуждаются в колоссальном теплоотводе и имеют низкий ресурс работы.
    • сюда же, пока ещё теоретические, термоядерные двигатели — работают по схожему принципу, при большей мощности
      • и сюда же — ещё более теоретические двигатели на антиматерии, у которых при аналогичной массе мощности будет больше на много порядков (и при этом никакой радиации). Проблема в том, что эту массу нужно как-то достать и принять меры, чтобы она не аннигилировала раньше времени.
  • на матане — теоретические двигатели, использующие для создания движения различные математические концепции. Общим недостатком их является то, что их невозможно построить и эксплуатировать, потому что создатели двигателя вообще не задумываются о том, что будет энергоисточником двигателя, и о попутных проблемах эксплуатации навроде тепловыделения.
  • на антинаучной бредятине — теоретические двигатели, авторы которых не знают матана и допускают ошибки в логике, игнорируя некоторые законы физики. Более половины фантастических двигателей и 100 % вечных построены именно этими людьми.
  • на взрывах — взрыволёт использует энергию взрыва для создания движения. Существует мнение, что самым быстролетящим телом на Земле в свое время была крышка шахты, в которой испытывали атомную бомбу. Был даже проект межзвездного корабля, летающего на атомных бомбах.
  • на магии — корабли во вселенной Spelljammer плавают с помощью очень сильного колдунства по космическому океану между хрустальными сферами.
  • на пердячем паре — возможно создать ракетное движение используя метано-сероводородную смесь[4] в качестве топлива и атмосферный воздух в качестве окислителя. Используется смеха ради (в большинстве случаев) и в очень тяжелых ситуациях (в исчезающем меньшинстве случаев), и только в теории. Потому что на практике такое же dV даёт банальное стравливание газа за борт через форсунки ДПО (что невозможно даже в теории из-за того, что топливная система комбинированной двигательной установки не имеет сообщения с жилым модулем, и в ней невозможно использовать иное топливо, нежели чем то, на которое она расчитана).
  • на чёрт знает чём — согласно расчетам, для изменения скорости космического корабля на 5 300 м/с посредством клюшки для гольфа, требуется боезапас в виде мешка мячей для гольфа в 160 миллиардов километров в диаметре, и этот мешок стремительно схлопывается в чёрную дыру. В качестве рабочего тела можно использовать всё что угодно — гайки, астероиды, ботинки, огнетушитель и тому подобное. Применяется в основном для обучения юных космонавтов теории полётов в невесомости и для иллюстрации закона сохранения импульса[5]
  • Гипердвигатель (варп-двигатель) — не относится ни к чему из перечисленного потому, что ученые пока не определились с тем, возможно ли его существование. Одни утверждают что математически возможно. Другие говорят что то, что возможно в теории, на практике неосуществимо хотя бы потому, что прорву энергии для его работы взять неоткуда, а значит его всё равно что не существует. Третьи утверждают что это антинаучная бредятина. А фантасты просто используют его.

Примечания

  1. Если конкретнее, то Бентли Континенталь, оснащённый 8-цилиндровым V-двигателем объёмом 4л с двойным турбонаддувом, имеет мощность 509 л.с. жрёт горючего 10,5 л на 100 км и разгоняется до 100 км/ч за 4,8 сек
  2. в роли малолитражки — не совсем малолитражка. Москвич 412 1967 года выпуска, 1,5л, 75 л.с. жрёт 8 л на 100 км, разгоняется до 100 км за 19 секунд, но специалисты могут выжать намноооого больше
  3. у кербалов весьма натянутые отношения с ДПО и гироскопами, а ещё у них до сих пор не изобрели стыковочные компьютеры. Поэтому все стыковки кербалы выполняют вручную, и надо заметить, в большинстве своём успешно
  4. см. космический туалет за 4 миллиона долларов
  5. если будучи в невесомости ты швырнёшь в сторону ботинок, то полетишь в противоположную сторону. При этом вероятность получить в глаз ботинком, отскочившим от стены, очень высока.