Menschen verwenden seit vielen Jahrhunderten kontrollierte Explosionen, um Objekte anzutreiben. Oft genannt Raketen Heutzutage werden diese Geräte häufig als Feuerwerk, Signalfackeln, Kriegswaffen und zur Erforschung des Weltraums verwendet.
Aber wie funktionieren sie tatsächlich? Lassen Sie uns einen kurzen Blick darauf werfen.
Dieser Artikel soll kein umfassender Leitfaden sein, wie es die Raketenwissenschaft schließlich tut. " Raketenwissenschaft . "
Wie genau funktionieren Raketen?
Sie könnten versucht sein, daran zu denken Raketen einfach durch "sich selbst durch die Luft schieben". Da Raketen aber auch im Vakuum des Weltraums perfekt funktionieren können, ist dies nicht wirklich der Fall.
Sie arbeiten, wie bereits erwähnt, nach dem Prinzip des dritten Newtonschen Bewegungsgesetzes, das oft als "für jede Aktion gibt es eine gleiche und entgegengesetzte Reaktion" bezeichnet wird. Raketen arbeiten daher tatsächlich, indem sie den Impuls ausnutzen - dieKraft, die ein sich bewegendes Objekt hat.
Alle Dinge sind gleich, ohne äußere Kräfte, eine Gruppe von Objekten ' Der kombinierte Impuls muss über die Zeit konstant bleiben. . Dies ist in Newtons berühmtem gekapselt Drittes Bewegungsgesetz .
Um dies zu veranschaulichen, stellen Sie sich vor, Sie stehen auf einem Skateboard und halten einen Basketball in den Händen.
Wenn Sie den Basketball in eine Richtung werfen würden, würden Sie und das Skateboard mit der gleichen Kraft in die entgegengesetzte Richtung rollen. Je mehr Kraft beim Werfen des Balls ausgeübt wird, desto mehr Kraft treibt das Skateboard in die Richtungentgegengesetzten Richtung.
Raketen funktionieren ähnlich. Durch das Ausstoßen von heißem Abgas von einem Ende der Rakete wird die Rakete in die entgegengesetzte Richtung geschleudert - genau wie im Beispiel für ein Skateboard.
Auto- oder Flugzeugtriebwerke, einschließlich Düsentriebwerke, benötigen Luft, um zu arbeiten nun, sie benötigen den darin enthaltenen Sauerstoff, und aus diesem Grund können sie nicht im Vakuum des Weltraums arbeiten. Raketen funktionieren dagegen einwandfreiim Weltraum.
Aber wie?
Im Gegensatz zu Verbrennungs- oder Strahltriebwerken Raketen Oxidationsmittel mit sich führen. Genau wie der Kraftstoff können diese entweder in fester, flüssiger oder hybrider Form vorliegen dazu später mehr.
Das Oxidationsmittel und der Kraftstoff werden in der Brennkammer der Rakete gemischt und die Abgase werden mit hoher Geschwindigkeit von der Rückseite der Rakete ausgestoßen. All dies geschieht in Abwesenheit von Luft - im Gegensatz zu Autos und Flugzeugen, Raketenkeine Lufteinlässe haben.
VERBINDUNG: SPINLAUNCH: WER BRAUCHT RAKETEN, WENN SIE RAUMKATAPULTE VERWENDEN KÖNNEN?
Die Moleküle des Raketenabgases sind einzeln sehr klein, aber sie treten sehr schnell aus der Raketendüse aus was ihnen viel Schwung verleiht. Genug, um einem Objekt mit mehreren Tonnen den Impuls zu verleihen, den es zum Entweichen benötigtSchwerkraft der Erde.
Was sind die Hauptteile einer Rakete?
Die meisten modernen Raketen bestehen aus mindestens zwei Stufen . Dies sind Abschnitte der Rakete, die in einer zylindrischen Hülle aka übereinander gestapelt sind. serielle Inszenierung .
Ein Beispiel für diese Form der Raketeninszenierung ist Saturn V-Serie der NASA .
Andere Arten von Raketen verwenden parallele Inszenierung In diesem Fall werden kleinere erste Stufen am Körper einer zentralen "Sustainer" -Rakete befestigt. Raketen wie die Titan III und Delta II der NASA verwenden diese Art der Inszenierung.
Jede Stufe hat ihre eigenen Motoren, deren Anzahl je nach Ausführung variiert. Zum Beispiel die erste Stufe von SpaceX's Falcon 9 hat neun Motoren, während Northrop Grummans Antares Rakete hat zwei.
Die Aufgabe der ersten Stufe besteht darin, die Rakete aus der unteren Atmosphäre herauszuholen. Möglicherweise gibt es auch zusätzliche Seitenverstärker, die helfen können.
Da diese Anfangsphase das Gewicht der gesamten Rakete tragen muss mit Nutzlast und nicht verbrauchtem Treibstoff, ist sie normalerweise der größte und leistungsstärkste Abschnitt.
Wenn die Rakete beschleunigt, tritt zunächst ein Anstieg des Luftwiderstands auf. Wenn sie sich jedoch höher bewegt, wird die Atmosphäre dünner und der Luftwiderstand nimmt ab.
Dies bedeutet, dass die Belastung, die die Rakete während eines typischen Starts erfährt, zunächst auf einen Spitzenwert ansteigt und dann wieder abfällt. Der Spitzendruck ist bekannt als max q .
Für die SpaceX Falcon 9 und die United Launch Alliance Atlas V max q wird normalerweise zwischendurch erlebt 80 und 90 Sekunden eines Starts in einer Höhe zwischen sieben 11 km zu 14,5 km .
Sobald die erste Stufe ihren Dienst beendet hat, lassen Raketen normalerweise diesen Abschnitt fallen und zünden ihre zweite Stufe. Die zweite Stufe hat weniger Arbeit zu erledigen weil sie weniger Masse hat, um sich zu bewegen und hat den Vorteil, dass sie eine dünnere Atmosphäre hat, um sich zu behauptenmit.
Aus diesem Grund besteht die zweite Stufe oft nur aus einem einzigen Motor. Die meisten Raketen werfen auch ihre ab. Verkleidungen auch in diesem Stadium dies ist eine spitze Kappe an der Raketenspitze, die die Nutzlast schützt.
In der Vergangenheit verbrannten weggeworfene untere Teile der Rakete einfach in der Atmosphäre. Aber starten um die 1980er Jahre Ingenieure haben begonnen, diese Abschnitte so zu gestalten, dass sie wiederherstellbar und wiederverwendbar sind.
Private Unternehmen wie SpaceX und Blauer Ursprung haben dieses Prinzip weiterentwickelt und sie so konzipiert, dass sie zur Erde zurückkehren und selbst landen können. Dies ist von Vorteil, da je mehr Teile wiederverwendet werden können, desto billiger können Raketenstarts werden.
Welcher Treibstoff wird in einer Rakete verwendet?
Moderne Raketen verwenden in der Regel entweder flüssige, feste oder hybride Brennstoffe. Flüssige Brennstoffe werden in der Regel als Erdöl wie Kerosin eingestuft. Kryogene wie flüssiger Wasserstoff oder Hypergolika wie Hydrazin .
In einigen Fällen können auch Alkohol, Wasserstoffperoxid oder Distickstoffoxide verwendet werden.
Feste Treibmittel kommen in der Regel in zwei Formen vor: homogen und zusammengesetzt. Beide sind sehr dicht, bei Raumtemperatur stabil und leicht zu lagern.
Ersteres kann entweder a sein einfache Basis wie Nitrocellulose oder eine doppelte Base wie eine Mischung aus Nitrocellulose und Nitroglycerin. Zusammengesetzte feste Treibmittel verwenden andererseits ein kristallisiertes oder fein gemahlenes Mineralsalz als Oxidationsmittel.
In den meisten Fällen basiert der eigentliche Brennstoff auf Aluminium. Der Brennstoff und das Oxidationsmittel werden normalerweise mit einem Polymerbindemittel zusammengehalten, das auch während der Verbrennung verbraucht wird.
Wie funktionieren Raketenstartfelder?
Launchpads sind, wie der Name schon sagt, Plattformen, von denen aus Raketen abgefeuert werden. Sie sind in der Regel Teil eines größeren Komplexes, einer größeren Einrichtung oder eines größeren Raumhafens.
Ein typisches Startfeld besteht aus einem Pad oder einer Starthalterung, bei der es sich normalerweise um eine Metallstruktur handelt, die die Rakete vor dem Absprung in aufrechter Position trägt. Diese Strukturen verfügen über Versorgungskabel, die die Rakete antreiben und vor dem Start Kühlmittel bereitstellen.unter anderem Funktionen.
Sie werden auch dazu neigen Blitzableiter zum Schutz der Rakete bei Gewittern.
Komplexe starten Das Design variiert je nach Raketendesign und den Anforderungen des Bedieners. Beispielsweise hat das Kennedy Space Center der NASA das Space Shuttle so konzipiert, dass es vertikal an einer Rakete befestigt und mit einem massiven panzerartigen Fahrzeug namens auf die Startrampe gebracht werden kannein " Crawler . "
In Russland wurden Raketen zusammengebaut und horizontal transportiert zur Startrampe, bevor sie aufrecht angehoben wird in situ .