क्या मैं अपने अंतरिक्ष यान में कूद सकता हूं और पृथ्वी छोड़ सकता हूं?

पुन: प्रयोज्य लॉन्च वाहनों के आगमन के बाद, अंतरिक्ष अधिक सुलभ हो जाता है। लेकिन उत्साही लोगों का मुख्य सपना अभी भी अवास्तविक है। क्या आपने कभी अपने घर के लॉन पर अपना खुद का स्पेसशिप पार्क करना चाहा है? ताकि, बाएं पैर की एड़ी के आदेश के अनुसार, कक्षा में उड़ना, शून्य गुरुत्वाकर्षण में मांसपेशियों को फैलाना, अंतरिक्ष और पृथ्वी के विचारों की प्रशंसा करना संभव होगा, शायद कुछ लौकिक वेश्यालय होटल भी जाएं - सामान्य रूप से, कुछ ऐसा करें जो कल्पना के लिए पर्याप्त हो। और जब थक गए, तो कक्षा को बंद कर लें और कहीं आस-पास न उतरें, जहाज को अलार्म पर रखना न भूलें। क्या यह संभव है? विषय की कम से कम थोड़ी समझ रखने वाला व्यक्ति तुरंत उत्तर सं। के साथ आता है, लेकिन आइए जल्दबाजी में निष्कर्ष न निकालें और इसका पता लगाने की कोशिश करें।

पहले आपको पृथ्वी की कक्षा में प्रवेश करने के लिए अंतरिक्ष यान द्वारा आवश्यक विशेषता गति (इसके बाद neededV) का पता लगाना होगा। तुरंत अपने कार्य को सरल बनाएं और मान लें कि हम फ्लोरिडा में रहते हैं और 200x200 किमी ऊंची गोलाकार कक्षा में पूर्वी दिशा में सख्ती से उड़ते हैं। तब आवश्यक theV 9.4 किमी / सेकंड होगा। इस आंकड़े में आवश्यक 7.8 किमी / कक्षीय गति और वायुगतिकीय, गुरुत्वाकर्षण, नियंत्रण और पर काबू पाने के दोनों सेट शामिल हैं, जो आगे की गणनाओं के लिए विशेष रूप से सुविधाजनक होंगे, बैकप्रेशर लॉस (समुद्र तल पर रॉकेट इंजन कम कुशलता से काम करते हैं) शून्य से)।

क्या इंजन हमारे अंतरिक्ष यान पर स्थापित करने के लिए? ऑर्बिट में लॉन्च करने के एकमात्र साधन पर विचार करें, जिसे इस समय महारत हासिल है - रासायनिक रॉकेट इंजन। जमीन से शुरू, आरएस -68 A हाइड्रोजन-ऑक्सीजन इंजन में वैक्यूम में एक विशिष्ट आवेग होता है (बाद में इसे केवल II के रूप में संदर्भित किया जाता है) 409 सेकंड में। लेकिन दहन कक्ष में दबाव रिकॉर्ड से दूर है। इसे बढ़ाकर 200 atm कर दिया। और उच्चतर, यह संभव है कि आप यू.आई. 430 एस (RS-25 और RD-0120 में 453-455 s की भविष्य कहनेवाला शक्ति है, लेकिन वे एक निर्वात के तहत अधिक संभावित रूप से तेज होते हैं और बैकस्पेस के लिए उनके अधिक नुकसान होंगे)। Tsiolkovsky सूत्र के अनुसार $$$V = 430 * 9.81 * ln (M1 / M2)$ यह पता चला है कि इस तरह के इंजन के साथ एकल-चरण रॉकेट को कक्षा में प्रवेश करने के लिए 10 से 1 के बड़े पैमाने पर अनुपात की आवश्यकता होती है, अर्थात। कार्गो सहित जहाज के प्रत्येक 1 किलोग्राम सूखे वजन के लिए, 9 किलोग्राम हाइड्रोजन-ऑक्सीजन ईंधन का हिसाब होना चाहिए। क्रायोजेनिक ईंधन के लिए संयुक्त टैंकों में हालिया प्रगति को देखते हुए मुश्किल, लेकिन असंभव नहीं। लेकिन एक छोटी सी समस्या है। हाइड्रोजन-ऑक्सीजन ईंधन जोड़ी का घनत्व बहुत कम है - केवल 0.3155 ग्राम / सेमी ³ । इस स्थिति में, अंतरिक्ष यान का आकार बहुत बड़ा होगा, आप इसे घर के पिछवाड़े में पार्क नहीं कर सकते। लेकिन क्या आकार इष्टतम होगा?


रद्द किए गए वेंचरस्टार सिंगल-स्टेज स्पेसक्राफ्ट प्रोजेक्ट को 20 टन कम ऑर्बिट में रखा जाना था, जो तुलनात्मक आयामों के साथ शटल से लगभग एक तिहाई कम था।

आगे की सभी गणनाओं को सरल बनाने के लिए, आइए कल्पना करें कि अंतरिक्ष यान अंतरिक्ष यान ऑर्बिटर के आकार में होना चाहिए। हां, ऑर्बिटर व्यक्तिगत परिवहन के लिए थोड़ा बड़ा है और 7-8 लोगों को ले जा सकता है, न कि एक व्यक्ति को, लेकिन अंतरिक्ष में उड़ान भरने वाले दोस्तों और रिश्तेदारों की कंपनी में बहुत अधिक मज़ा है, और आकार व्यापार जेट के लिए काफी मानक हैं। चूंकि हमें केवल माल ढोने की जरूरत नहीं है, केवल चालक दल, हम इसके पूरे कार्गो डिब्बे को 300 मीटर ³ की मात्रा में रॉकेट ईंधन के साथ भरेंगे और देखेंगे कि क्या यह कक्षा में प्रवेश कर सकता है।


इस तस्वीर में, आप अच्छी तरह से कक्षीय के आकार का अनुमान लगा सकते हैं - बड़े, लेकिन विशाल नहीं

भार के बिना परिक्रमा का द्रव्यमान, लेकिन शंटिंग इंजन के लिए ईंधन के साथ, लगभग 90 टन है। जब हाइड्रोजन-ऑक्सीजन वाष्प से भरा होता है तो बोर्ड पर 94.65 टन ईंधन निकलता है। जब यू। 430 एस में। हम सूत्र द्वारा प्राप्त करते हैं $$$NV = 430 * 9.81 * ln (184.65 / 90) = $ 303$ एम / एस कक्षा में प्रवेश करने के लिए, आपको 3 गुना अधिक की आवश्यकता है! क्या हम सघन ईंधन की कोशिश कर सकते हैं? 1.036 ग्राम / सेमी ³ और यू के घनत्व पर केरोसिन-ऑक्सीजन की एक जोड़ी। 337 पी। (जैसा कि RD-170/180/190 परिवार में होगा) $$$LV = 337 * 9.81 * ln$$$$(400.8 / 90) = $ 493$ m / s, 1.185 ग्राम / सेमी ³ और यू के घनत्व पर UDMH-AT की एक जोड़ी। 318 पी। (जैसे RD-264) देगा $$$LV = 318 * 9.81 * ln (445.5 / 90) = $ 498$ एम / एस IsV की कमी अभी भी लगभग दोगुनी है!

लेकिन क्या बहुत अधिक घनत्व और बेहतर यूआई के साथ कोई ईंधन वाष्प है? हां, और इसे फ्लोरीन हाइड्राजीन कहा जाता है - घन पर 1.344 ग्राम / सेमी ³ का घनत्व। जितना 402 s! उसकी शटल कक्षा भरें और प्राप्त करें $$$LV = 402 * 9.81 * ln (484.2 / 90) = 6634$ एम / एस! काश, सभी एक ही कमी एक तिहाई के लिए। तो क्या एक कॉम्पैक्ट कक्षीय अंतरिक्ष यान असंभव है और मूल उत्तर सही था?


फ्लोरीन-अमोनिया RD-301 कभी नहीं उड़ा, लेकिन परीक्षणों में साबित हुआ कि फ्लोरीन ऑक्सीडाइज़र वाले रॉकेट इंजन संभव हैं

सौभाग्य से, पिछली गणना में एक धारणा है - परिक्रमा का द्रव्यमान 90 टन है। लेकिन यार्ड 1970 के दशक से बहुत दूर है, कार्बन फाइबर के साथ एल्यूमीनियम को बदलना संभव है, पंखों के आकार को कम करें, क्योंकि हमें 2,000 किमी की क्षैतिज पैंतरेबाज़ी की आवश्यकता नहीं है, और स्पेस शटल का ऑन-बोर्ड कंप्यूटर अब आपकी पैंट की जेब में फिट हो सकता है, अगर कलाई घड़ी में नहीं। उपरोक्त सभी संशोधनों को लागू करने के बाद, हम ऑर्बिटर द्रव्यमान को आधे से घटाकर 45 टन कर देते हैं। यह काफी संभव है, जिन लोगों को संदेह है कि यह याद रखने योग्य है कि फाल्कन 9FT दो-चरण केरोसीन रॉकेट, जिसे 2010 में डिज़ाइन किया गया था, 1970 के दशक में डिज़ाइन किए गए जेनिथ के दो-चरण केरोसीन रॉकेट की तुलना में प्रति यूनिट द्रव्यमान का आधा द्रव्यमान ईंधन है। हम पढ़ते हैं और प्राप्त करते हैं $$$LV = 402 * 9.81 * ln (439.2 / 45) = 8982$ m / s, जिसे हम सुरक्षित रूप से 9 किमी / सेकंड के लिए गोल कर सकते हैं। केवल 400 मीटर / सेकंड की कमी!

लेकिन जैसा कि आप जानते हैं, "लगभग" नहीं माना जाता है। हमें आवश्यक 400 मीटर / सेकंड कैसे मिलता है? आप याद कर सकते हैं कि शटल में ai के साथ shunting इंजन हैं। 316 में। और stillV 300 मीटर / सेकंड, लेकिन यह अभी भी पर्याप्त नहीं है, और आपको अंतरिक्ष में पैंतरेबाज़ी करने की आवश्यकता है। लेकिन कार्गो कम्पार्टमेंट में 29.5 टन के साथ शटल के लिए ये 300 मीटर / सेकंड दिए गए हैं! उनके बिना, सिर्फ 400 मीटर / सेकंड होगा - आप कक्षा में जा सकते हैं, लेकिन युद्धाभ्यास के लिए आरक्षित किए बिना। हम पैंतरेबाज़ी इंजन को एक ही मानक के साथ फ्लोरीन-हाइड्राजीन के लघु संस्करण के साथ बदलते हैं और, वॉयला, हमें 500 मी / से मिलता है - और हमने पैंतरेबाज़ी के लिए कक्षा और 100 मीटर / सेकंड में प्रवेश किया।


कभी मत कहो , यह असंभव है!

इन सभी लंबी गणनाओं के परिणामस्वरूप, कोई भी निश्चित रूप से कह सकता है कि, भौतिकी के दृष्टिकोण से, एक कॉम्पैक्ट कक्षीय परिक्रमा अंतरिक्ष यान है! एक और बात यह है कि फ्लोरीन-हाइड्रेंजाइन इंजन के विकास और संचालन के दृष्टिकोण से यह एक बुरा सपना होगा, साथ ही पारिस्थितिकी के दृष्टिकोण से भी, लेकिन यह भौतिक व्यवहार्यता के प्रश्न के दायरे से परे है, जिसे मैं इस लेख के ढांचे में प्रदर्शित करना चाहता था।