Cum funcționează rachetele

Primul ce a pus bazele stiintei in domeniul propulsiei in domeniul propulsiei si rachetelor a fost Isaac Newton. Acestea trebuie sa se conformeze celor 3 legi ale sale:

1. Prima lege a lui Newton

Toate obiectele in repaos vor ramane in aceasta stare daca nu se actioneaza asupra lor cu o forta oarecare. Deci este necesara o forta pentru ca o racheta sa fie propulsata. Acest lucru se porduce datorita motoarelor si fortei de impingere a acestora.

2. A doua lege a lui Newton

Aceasta a doua lege determina puterea fortei de impingere necesara. Cu cat mai mult combustibil este ars, cu atat forta de propulsare va fi mai mare iar racheta se va inalta mai repede si mai sus.

3. A treia lege a lui Newton

Aceasta lege spune ca pentru fiecare actiune exista o reactie, egala si de sens opus. Acesta este principiul de baza al functionarii rachetelor. Toate ejecteaza particule de gaz intr-o directie, rezultatul fiind deplasarea in directia opusa.

Pentru a demostra principiul pe care se bazeaza propulsarea rachetelor, este de ajuns sa umflati un balon. Aerul din interior se va afla sub presiune si va impinge in peretii balonului egal in toate directiile. Daca eliberam capatul balonului, gazele vor scapa si se vor raspandi, iar presiunea din interior va scadea. Acest lucru va impinge balonul in fata, insa traseul acestuia va fi haotic deoarece nu exista sistem de ghidare, o forma precisa sau un control al eliminarii gazelor.

Tipuri de combustibili

Omul de stiinta american Robert Goddard a descoperit, la inceputul anilor '20, principiul de propulsie a rachetelor folosind combustibil lichid, care combinat cu oxigen de asemenea lichid intr-o camera de combustie, ofera o forta mult mai mare de propulsare.

In 1926, in Massachusetts, el a lansat cu succes prima racheta de acest tip. Rudimentara dupa standardele actuale, reprezinta totusi ideea de baza folosita in lansarile vehiculelor spatiale in prezent.

Un alt tip de racheta, folosit in special in domeniul militar, este cea cu combustibil solid. Datorita puterii reduse oferite, mult timp acesta nu a prezentat interes. Abia cand a fost descoperita metoda folosirii polimerilor pentru a furniza oxigenul necesar arderii, s-au reluat cercetarile in domeniu.

PROPULSIA

Indiferent de ce tip de combustibil este folosit, rachetele sunt propulsate de gazul eliminat rezultat din combustie. Forta ce determina deplasarea rachetei reprezinta propulsia.

Cu cat forta este mai mare, pentru o cantitate data, va fi obtinuta o viteza mai mare pana la terminarea combustibilului. Astfel viteza devine un factor critic.

Vitezele necesare pentru misiunile spatiale au fost calculate cu mult inainte ca acestea sa aiba efectiv loc. Pentru a plasa un obiect pe orbita Pamantului, este necesara o viteza de minim 8 km/s, in functie de inaltimea dorita a orbitei; aceasta este viteza orbitala. Pentru a invinge gravitatia Pamantului, este necesara o viteza de minim 11 km/s; aceasta este viteza de evadare.

La inceputurile erei spatiale, s-a preferat trimiterea in spatiu a unor obiecte cat mai mici, propulsate de combustibili cat mai usori. Explorer 1, primul satelit artificial american, cantarea doar 14 kg. In prezent exista rachete mult mai puternice: Delta IV genereaza 8,7 mil. newtoni, Saturn V (NASA) a generat 33 mil. newtoni, iar Space Shuttle genereaza in jur de 28 mil. newtoni. Insa pentru diferite nevoi se lanseaza inca sateliti mici si foarte mici; un "picosatelit" construit de Aerospace Corporation cantareste doar 0,275 kg.

Pentru a atinge viteze tot mai mari, pentru o anume masa data, trebuie folosita o tot mai mare cantitate de combustibil, care sa degajeze o cantitate mai mare de gaz, pe o perioada mai lunga de timp. Principiile fizicii ne spun ca, cu cat mai lunga este perioada de timp de eliminare a gazului, cu atat mai repede va merge racheta. De exemplu, daca masa nu se schimba, iar vehiculul porneste din starea de repaos cu o propulsie constanta, dupa 100 de secunde se va deplasa de 100 de ori mai repede. Mai mult, pentru rachete, masa nu ramane aceeasi, ea descreste. Cu fiecare kilogram de combustibil stransformat in gaz si ejectat, aceasta devine mai usoara.

Pentru a obtine un efect maxim, s-a aplicat principiul treptelor. Daca masa combustibilului se micsoreaza, deci si volumul acestuia, sunt ejectate si compartimentele ce-l contin, pentru a nu adauga o greutate suplimentara.

In ceea ce priveste lansarile vehiculelor spatiale, exista si alti factori determinanti. Unul dintre acestia este grosimea atmosferei, care determina gradul de frecare.

Tipuri de propulsie

PROPULSIA CHIMICA. Rachetele bazate pe propulsia chimica din prezent folosesc reactia hidrogen-oxigen. Exista nenumarate alte reactii ce dezvolta o putere mai mare, insa rezultatul acestora trebuie sa fie un gaz, care, eliberat de sub presiune, sa imprime viteza rachetei respective.