Rakiety. Liceum Klasy I III Doświadczenie konkursowe nr 4

Podobne dokumenty
Pęd. Jan Masajada - wykłady z podstaw fizyki

Orbita Hohmanna. Szkoła średnia Klasy I IV Doświadczenie konkursowe 1

Zasada zachowania pędu

pobrano z serwisu Fizyka Dla Każdego zadania fizyka, wzory fizyka, matura fizyka

Lot na Księżyc. Misja Apollo 11

Loty kosmiczne. dr inż. Romuald Kędzierski

Space Transoprtation System

Praca. Siły zachowawcze i niezachowawcze. Pole Grawitacyjne.

Sprawdzian Na rysunku przedstawiono siłę, którą kula o masie m przyciąga kulę o masie 2m.

Grawitacja - powtórka

Egzamin maturalny z fizyki i astronomii 5 Poziom podstawowy

Składanie modelu wahadłowca

GRAWITACJA MODUŁ 6 SCENARIUSZ TEMATYCZNY LEKCJA NR 2 FIZYKA ZAKRES ROZSZERZONY WIRTUALNE LABORATORIA FIZYCZNE NOWOCZESNĄ METODĄ NAUCZANIA.

PL B1. GULAK JAN, Kielce, PL BUP 13/07. JAN GULAK, Kielce, PL WUP 12/10. rzecz. pat. Fietko-Basa Sylwia

Sztuczny satelita Ziemi. Ruch w polu grawitacyjnym

Temat: Elementy astronautyki (mechaniki lotów kosmicznych) asysta grawitacyjna

OBLICZENIA SILNIKA TURBINOWEGO ODRZUTOWEGO (rzeczywistego) PRACA W WARUNKACH STATYCZNYCH. Opracował. Dr inż. Robert Jakubowski

Etap wojewódzki. Instrukcja dla ucznia

Grawitacja. =2,38 km/s. Promień Księżyca jest równy R=1737km. Zadanie - Pierwsza prędkość kosmiczna fizyka.biz 1

Loty Załogowe KOSMONAUTYKA Wykład nr 10. Piotr Wolański

1.01. Kosmiczna mapa mieci 1.02.

Praca domowa nr 2. Kinematyka. Dynamika. Nieinercjalne układy odniesienia.

SPRAWDZIAN NR Merkury krąży wokół Słońca po orbicie, którą możemy uznać za kołową.

Blok 6: Pęd. Zasada zachowania pędu. Praca. Moc.

We wszystkich zadaniach przyjmij wartość przyspieszenia ziemskiego g = 10 2

Od redakcji. Symbolem oznaczono zadania wykraczające poza zakres materiału omówionego w podręczniku Fizyka z plusem cz. 2.

14R POWTÓRKA FIKCYJNY EGZAMIN MATURALNY Z FIZYKI I ASTRONOMII. POZIOM ROZSZERZONY (od początku do grawitacji)

Zasady dynamiki przypomnienie wiadomości z klasy I

TEORIA SKOKU SPADOCHRONOWEGO

MAŁOPOLSKI KONKURS Z FIZYKI ETAP SZKOLNY. Drogi Gimnazjalisto!

14P POWTÓRKA FIKCYJNY EGZAMIN MATURALNY Z FIZYKI I ASTRONOMII. POZIOM PODSTAWOWY (od początku do grawitacji)

Laboratorium z Konwersji Energii. Ogniwo Paliwowe PEM

Obraz Ziemi widzianej z Księżyca

Oddziaływania. Wszystkie oddziaływania są wzajemne jeżeli jedno ciało działa na drugie, to drugie ciało oddziałuje na pierwsze.

Oddziaływania Grawitacja

14 POLE GRAWITACYJNE. Włodzimierz Wolczyński. Wzór Newtona. G- stała grawitacji 6, Natężenie pola grawitacyjnego.

DYNAMIKA SIŁA I JEJ CECHY

41R POWTÓRKA FIKCYJNY EGZAMIN MATURALNY Z FIZYKI I ASTRONOMII. POZIOM ROZSZERZONY (od początku do końca)

A. 0,3 N B. 1,5 N C. 15 N D. 30 N. Posługiwać się wzajemnym związkiem między siłą, a zmianą pędu Odpowiedź

ETAP II. Astronomia to nauka. pochodzeniem i ewolucją. planet i gwiazd. na wydarzenia na Ziemi.

Zestaw zadań na I etap konkursu fizycznego. Zad. 1 Kamień spadał swobodnie z wysokości h=20m. Średnia prędkość kamienia wynosiła :

16 lipca 1969 roku. Apollo 11

Aktualizacja, maj 2008 rok

PODSTAWY FIZYKI - WYKŁAD 3 ENERGIA I PRACA SIŁA WYPORU. Piotr Nieżurawski. Wydział Fizyki. Uniwersytet Warszawski

Zadania z fizyki. Promień rażenia ładunku wybuchowego wynosi 100 m. Pewien saper pokonuje taką odległość z. cm. s

Wonder League Robotics Competition 2015

Konrad Słodowicz sk30792 AR22 Zadanie domowe satelita

60 C Od jazdy na rowerze do lotu w kosmos. Dionysis Konstantinou Corina Toma. Lot w kosmos

Fizyka. Kurs przygotowawczy. na studia inżynierskie. mgr Kamila Haule

Astronomia. Znając przyspieszenie grawitacyjne planety (ciała), obliczyć możemy ciężar ciała drugiego.

Przykłady: zderzenia ciał

ZASADY DYNAMIKI NEWTONA

Badania Amerykanie prowadzą. została w satelicie Sputnik 2. w NASA (Narodowej Agencji. Amerykańscy naukowcy. kosmicznej.

25P3 POWTÓRKA FIKCYJNY EGZAMIN MATURALNYZ FIZYKI I ASTRONOMII - III POZIOM PODSTAWOWY

Blok 2: Zależność funkcyjna wielkości fizycznych. Rzuty

Zasady dynamiki Newtona. Pęd i popęd. Siły bezwładności

Samochody na wodór. Zastosowanie. Wodór w samochodach. Historia. Przechowywanie wodoru

Zasada zachowania pędu

Klimat na planetach. Szkoła Podstawowa Klasy VII-VIII Gimnazjum Klasa III Doświadczenie konkursowe 2

Fizyka. Kurs przygotowawczy. na studia inżynierskie. mgr Kamila Haule

Elementy dynamiki klasycznej - wprowadzenie. dr inż. Romuald Kędzierski

Ćwiczenie: "Dynamika"

ROZWIĄZUJEMY ZADANIA Z FIZYKI

Na wykresie przedstawiono zależność drogi od czasu trwania ruchu dla ciał A i B.

A) 14 km i 14 km. B) 2 km i 14 km. C) 14 km i 2 km. D) 1 km i 3 km.

III Powiatowy konkurs gimnazjalny z fizyki finał

OBLICZENIA SILNIKA TURBINOWEGO ODRZUTOWEGO (SILNIK IDEALNY) PRACA W WARUNKACH STATYCZNYCH

SPRAWDZIAN NR 1. Oceń prawdziwość każdego zdania. Zaznacz P, jeśli zdanie jest prawdziwe, lub F, jeśli jest fałszywe.

TEORIA SKOKU SPADOCHRONOWEGO

Termodynamika. Część 5. Procesy cykliczne Maszyny cieplne. Janusz Brzychczyk, Instytut Fizyki UJ

FIZYKA. Wstęp cz.2. Dr inż. Zbigniew Szklarski. Katedra Elektroniki, paw. C-1, pok

RODZINNA GRA PLANSZOWA INSTRUKCJA DO GRY

WOJEWÓDZKI KONKURS Z FIZYKI DLA UCZNIÓW GIMNAZJUM ROK SZKOLNY 2014/2015, ETAP REJONOWY

Ćwiczenie M-2 Pomiar przyśpieszenia ziemskiego za pomocą wahadła rewersyjnego Cel ćwiczenia: II. Przyrządy: III. Literatura: IV. Wstęp. l Rys.

KONKURS FIZYCZNY DLA UCZNIÓW SZKÓŁ GIMNAZJALNYCH

Materiały pomocnicze do laboratorium z przedmiotu Metody i Narzędzia Symulacji Komputerowej

Wykład 5 - całki ruchu zagadnienia n ciał i perturbacje ruchu keplerowskiego

2.3. Pierwsza zasada dynamiki Newtona

Dlaczego samoloty latają? wykonał: Piotr Lipiarz

Jak zmieni się wartość siły oddziaływania między dwoma ciałami o masie m każde, jeżeli odległość między ich środkami zmniejszy się dwa razy.

WOJEWÓDZKI KONKURS FIZYCZNY

Konkurs Fizyczny dla gimnazjalistów województwa zachodniopomorskiego w roku szkolnym 2015/2016. Etap wojewódzki

Treści wykraczające poza podstawę programową. Omawia technikę lotu balonem w kontekście zmian gęstości powietrza i temperatury.

14R2 POWTÓRKA FIKCYJNY EGZAMIN MATURALNYZ FIZYKI I ASTRONOMII - II POZIOM ROZSZERZONY

MECHANIKA 2. Zasady pracy i energii. Wykład Nr 12. Prowadzący: dr Krzysztof Polko

XXXIX OLIMPIADA GEOGRAFICZNA Zawody III stopnia pisemne podejście 2

Układ słoneczny, jego planety, księżyce i planetoidy

ETAP I - szkolny. 24 listopada 2017 r. godz

KRYTERIA OCENIANIA ODPOWIEDZI Próbna Matura z OPERONEM Fizyka Poziom rozszerzony. Listopad 2015

Czym jest aerodynamika?

Q t lub precyzyjniej w postaci różniczkowej. dq dt Jednostką natężenia prądu jest amper oznaczany przez A.

Dr inż. Andrzej Tatarek. Siłownie cieplne

KONKURS FIZYCZNY DLA UCZNIÓW GIMNAZJÓW I ETAP SZKOLNY. 8 października 2014

Tytuł projektu: Jak wzbić się do nieba?

Konkurs przedmiotowy z fizyki dla uczniów gimnazjów

KOSMICZNA ERA. Sputnik Sputnik 1

Test powtórzeniowy nr 1

KRYTERIA OCEN Z FIZYKI DLA KLASY I GIMNAZJUM

Zadania i funkcje skrzyń biegów. Opracował: Robert Urbanik Zespół Szkół Mechanicznych w Opolu

EFEKT CIEPLARNIANY. Efekt cieplarniany występuje, gdy atmosfera zawiera gazy pochłaniające promieniowanie termiczne (podczerwone).

Transkrypt:

Liceum Klasy I III Doświadczenie konkursowe nr 4 Rok 2017

1. Wstęp teoretyczny Na Ziemi, poruszające się pojazdy cały czas oddziałują z jakimś ośrodkiem (powietrzem, wodą, podłożem), które może posłużyć do odepchnięcia pojazdu, bądź też do jego zasilenia (np. powietrze jest wykorzystywane do spalania paliwa w silnikach spalinowych i odrzutowych). W przestrzeni kosmicznej nie jest to jednak możliwe. Poza eksperymentalnymi metodami (jak np. żagiel słoneczny), jedynym dającym się zastosować napędem w kosmosie, jest napęd rakietowy, działający na zasadzie odrzutu (Rys.1). Rysunek 1. Start promu kosmicznego. Źródło: Wikipedia 1. W napędzie tym, gorące gazy wylotowe, rozpędzone do wielkich prędkości, wyrzucane zostają z tyłu rakiety. Zgodnie z zasadą zachowania pędu, pęd tych gazów musi być zrównoważony przez przeciwnie skierowany pęd nadany rakiecie. Oznacza to, że im większa masa i prędkość wyrzuconych gazów, tym większa prędkość uzyskiwana przez rakietę. Całkowita masa wyrzuconych gazów, musi być jednak najpierw zabrana na pokład rakiety w postaci paliwa oraz ewentualnie utleniacza. Czyni to napęd rakietowy bardzo nieefektywnym, jeśli chodzi o ilość paliwa potrzebnego do rozpędzenia pojazdu. W przypadku silników odrzutowych, pracujących na podobnej zasadzie, ale stosowanych np. w samolotach, ogromną część masy wyrzuconych gazów stanowi tlen, w którym spala się paliwo. Tlen ten jest jednak pobierany z powietrza, w którym porusza się silnik (nie musi być zabierany na pokład pojazdu). Prędkość, do jakiej można rozpędzić rakietę o masie początkowej m 1 i końcowej m 2 (różnica: m 1 - m 2 stanowi masę zużytego paliwa), określa wzór znany jako równanie Ciołkowskiego: V m = w ln 1 m 2, gdzie: V prędkość końcowa uzyskana przez rakietę, w prędkość gazów wylotowych 1 www.wikipedia.pl 2

wypuszczanych z dyszy, ln oznacza logarytm naturalny 2. Stosunek m 1 /m 2 nazywa się stosunkiem mas i jest kluczowym parametrem. Rakieta nie może zabrać nieskończenie wiele paliwa. Zbiorniki paliwa i inne elementy konstrukcyjne też maja swoja masę i wliczają się do masy końcowej m 2, kosztem ładunku użytecznego (np. satelity, do którego wystrzelenia użyta jest rakieta). Mimo, że konstruktorzy starają się konstruować jak najlżejsze zbiorniki paliwa, ich masy nie da się zredukować do zera. Stąd wykorzystuje się rakiety wielostopniowe. Zużyte stopnie (elementy rakiety) są po kolei odrzucane w czasie startu, by zredukować masę pojazdu (Rys.2). Stopnie te są niestety zwykle jednorazowego użytku, a ich wyprodukowanie jest bardzo drogie. Między innymi z tego powodu podróże kosmiczne są tak kosztowne. Rysunek 2. Oddzielenie pierwszego stopnia rakiety Saturn V. Źródło: Wikipedia. Równanie Ciołkowskiego mówi nam, że im większy stosunek mas i im większa prędkość gazów wylotowych, tym większa końcowa prędkość rakiety V. Ponieważ końcowa prędkość zależy od stosunku mas w sposób logarytmiczny (mało efektywny), a od prędkości gazów wylotowych w sposób liniowy (bardziej efektywny), teoretycznie najlepszym sposobem zwiększenia efektywności rakiety (zwiększenia uzyskiwanej przez nią prędkości, bądź też zmniejszenia stosunku mas, tak by rakieta mogła do tej samej prędkości rozpędzić większy ładunek użyteczny) byłoby właśnie zwiększenie prędkości gazów wylotowych w. Powszechnie stosowanym sposobem wyrażenia prędkości gazów wylotowych w inżynierii rakietowej jest tzw. impuls właściwy I sp, wyrażany w sekundach. Definiuje się go jako stosunek popędu wytworzonej siły ciągu do ciężaru zużytego paliwa (i ewentualnie utleniacza) w warunkach przyspieszenia ziemskiego g = 9,81 m/s 2. Po przekształceniach można otrzymać relację: w = g I sp. Typowe wartości I sp dla obecnie stosowanych paliw rakietowych oscylują w granicach kilkuset sekund. na paliwo stałe mają I sp ~ 200 s, co odpowiada w ~ 2 km/s. Kombinacja lotniczej nafty oraz ciekłego tlenu, powszechnie stosowana w rakietach nośnych (ze względu na łatwość uzyskiwania i przechowywania), posiada I sp ~ 300-330 s. Najbardziej efektywnym paliwem rakietowym stosowanym obecnie jest kombinacja ciekłego wodoru z ciekłym tlenem (w wyniku spalania uzyskiwana jest po prostu para wodna), mająca I sp dochodzący do 450 s (w próżni kosmicznej). Taka kombinacja ma jednak i swoje wady. Ciekły wodór charakteryzuje się małą gęstością i niską temperaturą wrzenia (ok. 20 K), toteż potrzebuje olbrzymich i ciężkich zbiorników. Idealnym rozwiązaniem na obniżenie kosztów lotów kosmicznych byłoby zbudowanie jednostopniowego statku kosmicznego wielorazowego użytku, zwanego z angielska Single-Stage- To-Orbit, SSTO (Rys.3). Po wylądowaniu z powrotem na Ziemi nie trzeba byłoby produkować na 2 logarytm naturalny jest to logarytm o podstawie e. Liczba e jest to stała równa ok. 2,718. 3

nowo kosztownych stopni rakietowych, wystarczyłoby zatankować SSTO, postawić z powrotem na wyrzutni i wystrzelić ponownie. Problemem jest jednak odpowiednie zredukowanie masy pojazdu by mógł on osiągnąć orbitę i przy tym wynieść jakiś użyteczny ładunek. Rysunek 3. Wyobrażenie SSTO projektu Venture Star. Źródło: Wikipedia. Dla ilustracji tego problemu zwróćmy uwagę na promy kosmiczne. Zewnętrzny, jednorazowy zbiornik promu kosmicznego (Rys.4) mieszczący ciekły tlen i ciekły wodór (w próżni I sp = 450 s, na poziomie morza ze względu na ciśnienie atmosferyczne I sp ok. 360 s) miał masę ok. 30 000 kg. Zaś po napełnieniu ok. 770 000 kg. Innymi słowy, masa pustego zbiornika stanowiła ok. 1/25 pełnego. Spalające wodór i tlen silniki promu kosmicznego, w liczbie trzech, jedne z najdoskonalszych silników rakietowych na świecie, miały masę ok. 3 tony, a wytwarzały ciąg ok. 180 ton każdy. Stosunek ciągu do ciężaru 60:1, był za mały by unieść choćby sam zbiornik z paliwem. Stąd promy kosmiczne musiały przy starcie wykorzystywać dodatkowe dwie odrzucane rakiety na paliwo stałe. Rysunek 4. Zbiornik zewnętrzny promu kosmicznego. Źródło: Wikipedia. Kolejnym ze sposobów uczynienia lotów kosmicznych łatwiejszymi, byłoby zastosowanie ulepszonych napędów rakietowych o większym I sp. Ideą najbliższą realizacji praktycznej, było zbudowanie jądrowych silników rakietowych. W takim silniku wodór byłby podgrzewany przechodząc przez reaktor, a następnie wyrzucany z dyszy. Silnik taki umożliwiałby uzyskanie I sp dochodzących do 900 s. W latach 60-tych zbudowano kilka prototypów takich silników w ramach 4

programu NERVA (ang. Nuclear Engine for Rocket Vehicle Application). Niestety w wyniku cięć budżetowych po zakończeniu programu Apollo, postanowiono dla oszczędności cały program skasować. Na koniec warto wspomnieć, że nadal rozwijana jest technologia silników jonowych (Rys.5). Choć nie można ich wykorzystać do wynoszenia statków kosmicznych na orbitę, ze względu na ich bardzo mały ciąg, to są one stosowane w misjach kosmicznych do napędzania pojazdów znajdujących się już w przestrzeni kosmicznej. W przeciwieństwie do chemicznych silników omówionych powyżej, są to silniki elektryczne. W silnikach tych, czynnikiem nośnym są jony (naładowane cząsteczki), przyspieszane do bardzo dużych prędkości w polu elektromagnetycznym i wyrzucane na zewnątrz w postaci wiązki. Silniki te mają I sp rzędu kilku tysięcy sekund. Rysunek 5. Silnik jonowy. Źródło: NASA 3. Typowa podróż kosmiczna składa się z kilku etapów, w których kolejno na krótki czas włączane są silniki rakietowe, tak by zmienić prędkość pojazdu o jakąś wartość ΔV (Delta-V). Sumując wszystkie zmiany prędkości, które musimy wykonać w trakcie naszej podróży, możemy obliczyć całkowite Delta-V. Następnie, całkowite Delta-V możemy podstawić do wzoru Ciołkowskiego, aby obliczyć stosunek mas, a tym samym ilość paliwa niezbędną do wykonania wszystkich manewrów. By wystrzelony obiekt nie spadł z powrotem na powierzchnię ciała niebieskiego, należy nadać mu prędkość większą lub równą pierwszej prędkość kosmicznej. Dla Ziemi wynosi ona ok. 7,9 km/s. By umieścić taki pojazd na orbicie leżącej na pewnej wysokości ponad powierzchnią danego ciała, trzeba pokonać siłę grawitacji oraz oporu atmosfery, jeżeli taka otacza dane ciało niebieskie. Stąd całkowita Delta-V, potrzebna na wyniesienie satelity na orbitę jest nieco większa. Dla orbity okołoziemskiej wynosi ona ok. 9 km/s. By pojazd mógł polecieć w stronę innych obiektów astronomicznych, to musi na początku uzyskać co najmniej drugą prędkość kosmiczną. Prędkość tą możemy również rozpatrywać, jako prędkość, którą uzyska ciało spadające na dany obiekt z bardzo dużej odległości. Dla Ziemi wynosi ona ok. 11,2 km/s. 2. Cel doświadczenia Celem doświadczania jest zapoznanie się z podstawowymi pojęciami opisującymi ruch pojazdu napędzanego silnikiem rakietowym, obliczenie niezbędnego stosunku mas pojazdu rakietowego 3 www.nasa.gov 5

przy locie na orbitę wokółziemską oraz na Księżyc i z powrotem. 3. Opis wykonania doświadczenia ZADANIE 1 Przypuśćmy, że mamy rakietę o całkowitej masie m, na którą składa się paliwo i utleniacz, łącznie o masie 2/3 m oraz ładunek użyteczny (np. satelita) o masie 1/3 m. Przyjmujemy dla uproszczenia, że masa wszystkich pozostałych części: zbiorników paliwa, przewodów, silników, itp. jest pomijalnie mała i możesz ją zaniedbać. Po zużyciu całego paliwa rakieta jest w stanie rozpędzić się do prędkości V. O ile większa musi być masa rakieta by mogła się rozpędzić do prędkości 2V, 3V i 4V? ZADANIE 2 Przekształcić równanie Ciołkowskiego do postaci, w której określałoby ono stosunek mas, w zależności od prędkości gazów wylotowych w i docelowej prędkości, do jakiej chcemy rozpędzić rakietę V. ZADANIE 3 Oblicz stosunek mas potrzebny do uzyskania prędkości koniecznej do wyniesienia satelity na orbitę okołoziemską (Delta-V: 9 km/s), jeśli I sp wynosi 300 s. Załóż, że wystrzeliwujemy pojazd o masie 5 ton (jest to masa docelowa na orbicie okołoziemskiej), możemy przy tym zaniedbać masę zbiorników paliwa, silników itp. Ile wynosiła początkowa masa rakiety? ZADANIE 4 Wyobraź sobie, że wybierasz się podobnym pojazdem, o masie 5 ton, na Księżyc, a później z powrotem na Ziemię. Dla celów tego doświadczenia przyjmijmy, że nasza podróż składałby się z następujących etapów: 1. Najpierw startujemy na niską orbitę parkingową wokół Ziemi. Delta-V potrzebna do tego manewru wynosi, jak wspomniano, ok. 9 km/s. 2. Później, z orbity parkingowej, wystrzeliwujemy nasz pojazd na trajektorię w kierunku Księżyca. Potrzebujemy do tego zmiany prędkości o wartość ok. 3 km/s. 3. Nasz pojazd musi dysponować zapasem prędkości na niezbędne korekty trajektorii i lądowanie na Księżycu. Druga prędkość kosmiczna dla Księżyca wynosi ok. 2,5 km/s. Musimy tą prędkość wyhamować i mieć jeszcze zapas paliwa na bezpieczne lądowanie. Sumarycznie do wykonania tych manewrów potrzebujemy zmiany prędkości o ok. 3 km/s. 4. Następnie musimy wystartować z Księżyca i udać się ku Ziemi. Potrzebujemy także zapasu paliwa na niezbędne korekty trajektorii. W sumie Delta-V na tym etapie wyniesie 3 km/s. 5. Podczas powrotu na Ziemię, nasz statek wchodzi w atmosferę z prędkością ok. 11,2 km/s. Zakładamy, że statek wyposażony jest w osłonę termiczną, tak więc do wyhamowania tej prędkości nie potrzebujemy paliwa, opór atmosfery sam wykona tę prace. W końcowej fazie lotu, statek opada na spadochronach i ląduje na oceanie. Policz, ile wynosi całkowite Delta-V (suma zmian prędkości w trakcie całej podróży), a następnie oblicz masę początkową rakiety (o I sp = 300 s dla wszystkich członów) potrzebną do wystrzelenia naszego statku w taką podróż. Ponownie rozważamy wyidealizowany przypadek, czyli zbiorniki paliwa i kolejne człony rakiety mają zaniedbywalną masę. W przypadku rzeczywistym wyliczone masy byłyby znacznie większe. 6

ZADANIE 5 Wyobraźmy sobie projekt SSTO napędzanego ciekłym wodorem i tlenem (zakładamy podczas całego lotu uśrednione I sp = 400 s). Chcemy, by osiągał on orbitę okołoziemską, a wiec docelowe Delta-V wynosi 9 km/s. Policz, jaką część masy początkowej stanowi masa statku na orbicie? Załóż też, że podczas startu silniki (rozwijające stosunek ciągu do własnego ciężaru równy 60:1) osiągają ciąg równy 1,5 przyspieszenia ziemskiego stąd oblicz niezbędną masę silników. Przyjmij, że masa pustego zbiornika paliwa stanowi 1/30 pełnego. Załóż również, że 1/2 masy końcowej (po osiągnięciu orbity) stanowi ładunek użyteczny. Jaki procent całkowitej masy rakiety podczas startu to ładunek użyteczny? Policz, to zadanie jeszcze raz, tym razem zakładając, że dzięki nowym materiałom, masa pustego zbiornika paliwa stanowi 1/100 pełnego. ZADANIE 6 Załóż, że mamy do dyspozycji podobny prom. Misja naszego promu składa się z następujących etapów: Z orbity parkingowej wystrzeliwujemy nasz pojazd na trajektorię w kierunku Księżyca, Delta-V wynosi więc 3 km/s. Lądujemy na Księżycu, potrzebujemy zmiany prędkości o 3 km/s Startujemy z Księżyca, ponownie potrzebujemy zmiany prędkości o 3 km/s. Powracamy na orbitę okołoziemską, również potrzebujemy zmiany prędkości o 3 km/s. Załóżmy, że mamy statek o masie 5 ton (bez paliwa), napędzany mieszanką ciekłego wodoru z ciekłym tlenem, o I sp = 450 s. Ile wynosi całkowita masa pojazdu razem z paliwem (pomijamy masę zbiorników)? Załóżmy teraz, że nasz statek jest napędzany jądrowym silnikiem rakietowym (I sp = 900 s). Tym razem jednak, ponieważ używamy silnika jądrowego, statek jest cięższy, i waży 10 ton (masa reaktora, osłon itp., masę zbiorników znowu pomijamy). Ile wynosi tym razem całkowita masa pojazdu? Załóżmy teraz, że kurs naszego promu został zaplanowany jako lot w jedną stronę (jest to np. misja dostawcza do stacji księżycowej). Który napęd jest wówczas wydajniejszy (zakładając, że pusty statek z napędem jądrowym ma dwukrotnie większą masę)? 7