rkutats Meghajtsok v 2021 4 20 Raktk trtnete

Űrkutatás Meghajtások v. 2021. 4. 20.

Rakéták története Rakéta: olyan jármű, amely a tolóerőt a környezetétől függetlenül, az erőellenerő elve alapján, hajtóanyag kilövellésével állítja elő.

Rakéták története 13 -14. század: Kína, Korea -> Közel-kelet, Európa puskapor, "tűznyíl", tüzijáték u

Rakéták története 1780 k. , India: fémből készült rakéta u 1804. Anglia: Congrave-rocket u

Rakéták története u 1633 Lagâri Hasan Çelebi ? ? ?

1928 Opel-RAK rakéta-autó 1929 rakéta-repülő u

Rakéták története K. E. Ciolkovszkij (1857 -1935): u A rakéta alkalmas az űrbe jutásra u Rakéta-egyenlet, tömegarány u Többfokozatú rakéták szükségesek u Űrhajók, űrállomások gondolata J. V. Kondratyuk (1897 -1942): u pályák, fel- és leszálló manőverek u rakéták elmélete És még sokan mások. . .

"A Föld az emberiség bölcsője, de nem maradhatunk örökké bölcsőben. Az emberiség nem is marad örökké a Földön, hanem fényre és térségre vágyva előbb félszegen behatol a légkörön túli térségbe, aztán pedig meghódítja a csillagok világát. " K. E. Ciolkovszkij

Rakéták története Robert Goddard (1882 -1945): u folyékony hajtóanyagú rakéta 1926 u A Method of Reaching Extreme Altitudes 1919 u giroszkópos vezérlés

Rakéták története Hermman Oberth (1894 -1989): u Die Rakete zu den Planetenräumen 1922 u Menschen im Weltraum 1953 űrállomás, űröltözék, űrtávcső

Rakéták története Wernher von Braun (1912 -1977) u A-1 1933 u A-4 (V-2) 1942 u NASA 1960 -1970 (Redstone, Jupiter, Saturn) kb 1600 német mérnökkel, tudóssal, technikussal együtt "importálták" a háború után

Rakéták története Sz. P. Koroljov (1907 -1966) u Szovjet űrprogram vezetője u Szputnyik, Vosztok, N 1

Mechanikai háttér J. Kepler (1571 -1630): u bolygópályák

Mechanikai háttér I. Newton (1642 -1727) u mechanika u kalkulus, optika stb

Rakéták u u u Alapelvek: Erő-ellenerő elvén működik (nagysebességű égésterméket lök ki magából) Fajtái: • • u kémiai ion nukleáris egyéb A hajtómű üzemeléséhez szükséges összes anyagot magával viszi (pl. üzemanyag és oxidálószer), hogy vákuumban is működjön.

Rakéták u Kémiai rakéták • szilárd üzemanyagú nem lehet leállítani u nem emberes repülésnél u gyorsító rakétánál (oldalt leválasztható) u • folyékony üzemanyagú leállítható és újraindítható u emberes repülésnél u manőverező hajtómű u

Rakéta hajtómű

Rakéta hajtómű

Rakéták u Laval-fúvóka

Rakéták A rakéta üzemelésekor a rakéta össztömege folytonosan változik, ezért diff. egyenletet kapunk. u Az F=ma helyett u

Rakéták Ciolkovszkij-egyenlet u m 0: kezdeti tömeg (feltöltve üzemanyaggal) u mvég: üres tömeg (üzemanyag elégése után) u m 0/mvég: tömegarány u

Rakéták Szilárd h. a. rakéta: vki<2500 m/s u Folyékony h. a. r. : vki<4400 m/s u Az egyenlet ezen formája nem számol gravitációval és légellenállással, ezek miatt túl kell méretezni u Többfokozatú rakéta kell u Tipikus tömegarány (többfokozatú): 8. . 20 u

Többfokozatú rakéták Pl. kétfokozatú rakéta u Ha a két fokozat tömegaránya r 1 és r 2: u megj: az alsó fokozat teljes tömegébe bele kell számolni a felette lévő fokozatot is

Saturn-V u u u teljes magasság 110 m mteljes=2950 t • ebből LEO-ra jut 140 t • Holdhoz 48, 6 t • Command Module 5557 kg Három fokozat

Saturn-V u Fokozatok: • S-IC: u u F 0=35 100 k. N; t=168 s égési idő ; 13 t/s fogyasztás RP 1+LOX 5 hajtómű, négy szélső forgatható kb 67 km-ig, 2300 m/s-ig • S-II: u u u 42, 1 m x 10, 1 m ; 130 t / 2290 t 24, 8 m x 10, 1 m ; 40, 1 t / 496, 2 t F=5141 k. N ; t=360 s LH 2+LOX kb 175 km-re, kb 7 km/s • S-IVB: 18, 8 m x 6, 6 m ; 15, 2 t / 123 t u u F=1033 k. N ; t=165 s+335 s LH 2+LOX regenerative cooling: a hideg üzemanyagot használják fel a hajtómű és fúvóka hűtésére

Saturn-V u Ahogy csökken a rakéta tömege, nagyjából konstans erő mellett, nőni fog a gyorsulás • S-IC: kb 1, 25 g kezdetben, 4 g@135 s u Ritkább levegőben jobban működik a rakéta, így erő némileg növekszik • S-IC: kb 33. . 35 MN-ról kb 40 MN-ra

Saturn-V

Saturn S-IC leválás

S-IVB leválás után

Space Transportation System (STS, Space Shuttle)

Földről felszállás u u Először el kell érni megfelelő magasságot (>kb. 200 km) Utána érintő irányban meg kell adni a pályamenti sebességet (pályára álláshoz) vagy szökési sebességet A teljes Δv szükséglet nagyobb lesz az elérni kívánt végsebességnél

Földről felszállás u Alternatív lehetőségek: • • • repülőgépről indítás rakétarepülőgép kombinált rakéta+légköri hajtómű (pl scramjet) • űrlift

Repülőgépről felszálló rakétarepülőgép X-15 1960 -as évek 13 km magasról indul, kb 800 km/h-ról >100 km 1, 7 km/s

Repülőgépről felszálló rakétarepülőgép Space. Ship. One, 2004: szuborbitális repülés (>100 km), max kb. 1 km/s

Űrlift Alul gravitáció, felül centrifugális erő feszíti a kábelt. Jelenleg még nem kivitelezhető. GEO pálya magasságában pont megvan a kerületi sebesség. Alacsonyabb pályáknál érintő irányban gyorsítani kell.

"Hideg" rakéta u Legegyszerűbb hajtómű: • nagynyomású gáztartály + szelep + fúvóka • kisebb hajtóerő, kisebb energiasűrűség • kevésbé szennyező, kevésbé veszélyes u Felhasználása: • műholdak, űrhajók orientációja • Falcon-9 leszállási orientációja • Manned Maneuvering Unit (ábra)

Juno űrszonda u LEROS 1 b hajtómű: • hidrazin (N 2 H 4) (mérgező!) és N 2 O 4 • hypergolic: összekeverve magától gyullad (űrsiklóban is volt ilyen) • F=645 N u Attitude control, reaction control system (orientáció) • 12 kis hajtómű • monopropellant: egykomponensű üzemanyag, katalizátor jelenlétében lebomlik (exoterm reakció)

Voyager 1 -2 u u 1977 óta úton Pályamódosítások: "trajectory correction maneuver thrusters" (TCM) Antennát Föld felé kell irányítani – "attitude control thruster" Voyager 1: 1980 -ban használta a TCM-et utoljára, de 2017 -ben újra bekapcsolták, hogy az ACT-t helyettesítse (és működött harminchét év után!)

Ionhajtómű

Ionhajtómű vki=105 m/s. . 15 -200 km/s. . 2050 km/s. . ? u cserébe nagyon kicsi erő: 25 -250 m. N u légkörön kívül használható u leginkább automata eszközök pályamódosítására u

Ionhajtómű u u Első próba: SERT-1 1964 Geostac pályamódosító és de-orbit • pl. Artemis, AEHF komm holdak u u u Starlink komm hold rendszer GOCE: 255 km pálya, légellenállás hatásai ellen mély-űr: • Dawn, Deep Space 1, Hajabusza • Smart-1: földkörüli pályáról holdig 13 hónap u ISS-re tervezett (de egyelőre nem)

Dawn • • • F=90 m. N Pnapelem=10 k. W @1 CSE müa=425 kg kapacitás 275 kg Xe (Vestához) + 110 kg Xe (Cereshez)+. . Δv total= 10. . 11 km/s Ionhajtómű össz 5, 9 év működés (teljes idő 54%) • a=77μm/s 2 ? ? • 4 nap alatt 0. . 96 km/h • 3, 25 mg/s fogyasztás max teljesítményen

Napvitorla u Napvitorlás • nincs saját hajtóanyaga • fény (fotonok) nyomását használja fel perfect absorbance: F = 4. 54 μN per square metre (4. 54 μPa) in the direction of the incident beam (an inelastic collision) perfect reflectance: F = 9. 08 μN per square metre (9. 08 μPa) in the direction normal to surface (an elastic collision)

Kísérletek pl: u Nano. Sail-D 2 u Light. Sail-2 u Cube. Sail u

Atombomba-meghajtású rakéta u „Project Orion” u also see Operation Plumbbob, Pascal-B test

Warp drive? https: //ntrs. nasa. gov/api/citations/20110015936/downloads/20110015936. pdf