超级军网航天器返回,可不必隔热!
来源：百度文库 编辑：超级军网 时间：2024/05/03 14:41:51
齐奥尔科夫斯基的公式是航天最基本最重要的知识:
V/W=ln(M0/MK)
M0/MK称为火箭的质量比,M0为开始质量,MK为熄火的质量
V是火箭速度=10公里/秒(比第一宇宙速度7公里/秒大是因为上升时有空气阻力)
W为发动机喷流速度,氢氧发动机的喷流速度是4.4公里/秒也是化学发动机里速度最大的
故质量比=e(10/4.4)=10
这就说明了,单级入轨的难度
但齐氏公式是上升段(有重力因素)时用的,这时不能用动量守恒定律来计算质量比。
返回时,航天器的飞行是近真空近失重的,所以可以用动量守恒来算质量比
航天器返回的受热问题,我有一个想法:
受热是因为返回的速度很大与大气层摩擦造成的,我们可以用火箭反推使得航天器以很小的速度慢慢返回大气层(0.2公里/秒),这样温度就不高了.
根据v1m1+v2m2=vm
设燃料质量为X,航天器有效载荷为2T,有
(7+4.5)X+0.2*2=7*(2+X) =>11.5X+0.4=14+7X =>4.5X=13.6 => X=136/45=3.2T
但要注意,这里没有考虑在航天器返回时,地球引力对其的加速作用,但可以用阻力伞来解决.
故,最后,要携带的燃料质量在4-5T左右就足够了.齐奥尔科夫斯基的公式是航天最基本最重要的知识:
V/W=ln(M0/MK)
M0/MK称为火箭的质量比,M0为开始质量,MK为熄火的质量
V是火箭速度=10公里/秒(比第一宇宙速度7公里/秒大是因为上升时有空气阻力)
W为发动机喷流速度,氢氧发动机的喷流速度是4.4公里/秒也是化学发动机里速度最大的
故质量比=e(10/4.4)=10
这就说明了,单级入轨的难度
但齐氏公式是上升段(有重力因素)时用的,这时不能用动量守恒定律来计算质量比。
返回时,航天器的飞行是近真空近失重的,所以可以用动量守恒来算质量比
航天器返回的受热问题,我有一个想法:
受热是因为返回的速度很大与大气层摩擦造成的,我们可以用火箭反推使得航天器以很小的速度慢慢返回大气层(0.2公里/秒),这样温度就不高了.
根据v1m1+v2m2=vm
设燃料质量为X,航天器有效载荷为2T,有
(7+4.5)X+0.2*2=7*(2+X) =>11.5X+0.4=14+7X =>4.5X=13.6 => X=136/45=3.2T
但要注意,这里没有考虑在航天器返回时,地球引力对其的加速作用,但可以用阻力伞来解决.
故,最后,要携带的燃料质量在4-5T左右就足够了.
V/W=ln(M0/MK)
M0/MK称为火箭的质量比,M0为开始质量,MK为熄火的质量
V是火箭速度=10公里/秒(比第一宇宙速度7公里/秒大是因为上升时有空气阻力)
W为发动机喷流速度,氢氧发动机的喷流速度是4.4公里/秒也是化学发动机里速度最大的
故质量比=e(10/4.4)=10
这就说明了,单级入轨的难度
但齐氏公式是上升段(有重力因素)时用的,这时不能用动量守恒定律来计算质量比。
返回时,航天器的飞行是近真空近失重的,所以可以用动量守恒来算质量比
航天器返回的受热问题,我有一个想法:
受热是因为返回的速度很大与大气层摩擦造成的,我们可以用火箭反推使得航天器以很小的速度慢慢返回大气层(0.2公里/秒),这样温度就不高了.
根据v1m1+v2m2=vm
设燃料质量为X,航天器有效载荷为2T,有
(7+4.5)X+0.2*2=7*(2+X) =>11.5X+0.4=14+7X =>4.5X=13.6 => X=136/45=3.2T
但要注意,这里没有考虑在航天器返回时,地球引力对其的加速作用,但可以用阻力伞来解决.
故,最后,要携带的燃料质量在4-5T左右就足够了.齐奥尔科夫斯基的公式是航天最基本最重要的知识:
V/W=ln(M0/MK)
M0/MK称为火箭的质量比,M0为开始质量,MK为熄火的质量
V是火箭速度=10公里/秒(比第一宇宙速度7公里/秒大是因为上升时有空气阻力)
W为发动机喷流速度,氢氧发动机的喷流速度是4.4公里/秒也是化学发动机里速度最大的
故质量比=e(10/4.4)=10
这就说明了,单级入轨的难度
但齐氏公式是上升段(有重力因素)时用的,这时不能用动量守恒定律来计算质量比。
返回时,航天器的飞行是近真空近失重的,所以可以用动量守恒来算质量比
航天器返回的受热问题,我有一个想法:
受热是因为返回的速度很大与大气层摩擦造成的,我们可以用火箭反推使得航天器以很小的速度慢慢返回大气层(0.2公里/秒),这样温度就不高了.
根据v1m1+v2m2=vm
设燃料质量为X,航天器有效载荷为2T,有
(7+4.5)X+0.2*2=7*(2+X) =>11.5X+0.4=14+7X =>4.5X=13.6 => X=136/45=3.2T
但要注意,这里没有考虑在航天器返回时,地球引力对其的加速作用,但可以用阻力伞来解决.
故,最后,要携带的燃料质量在4-5T左右就足够了.
晕晕~~~~~~
航天器在轨速度极大（7.9公里/秒），返回时怎么可能“以很小的速度慢慢返回大气层(0.2公里/秒)”！！！
噢~~~~~我明白了，楼主是以为飞船在太空是静止的。
哎，楼主再琢磨琢磨吧~别搞出象JC那个名帖的笑话来~~~~
航天器在轨速度极大（7.9公里/秒），返回时怎么可能“以很小的速度慢慢返回大气层(0.2公里/秒)”！！！
噢~~~~~我明白了，楼主是以为飞船在太空是静止的。
哎，楼主再琢磨琢磨吧~别搞出象JC那个名帖的笑话来~~~~
[此贴子已经被作者于2003-10-23 16:29:57编辑过]
呵呵。不错不错。虽然错了。可是精神可嘉啊。都这么爱思考就好了。
我自己先给点意见吧:
1.不划算,燃料大于有效载荷的2-3倍;
2.液氢和液氧不容易保存,若采用其他或固体燃料,燃料质量就更大了
1.不划算,燃料大于有效载荷的2-3倍;
2.液氢和液氧不容易保存,若采用其他或固体燃料,燃料质量就更大了
哎呀，真是越用什么专业术语越让人迷糊~~~怕怕
关键是你的方法不可行。
返回仓的初速极高，减速是要时间的，返回仓与空气摩擦生热的过程就是减速的过程。你用反推火箭，降落的速度也只能是7.9→7.8→......→0.8→0.7，那么在最初的7-----1公里/秒时，摩擦生热还是很厉害的。
因此，你的不用隔热的方法是不行的。
关键是你的方法不可行。
返回仓的初速极高，减速是要时间的，返回仓与空气摩擦生热的过程就是减速的过程。你用反推火箭，降落的速度也只能是7.9→7.8→......→0.8→0.7，那么在最初的7-----1公里/秒时，摩擦生热还是很厉害的。
因此，你的不用隔热的方法是不行的。
以下是引用aspman在2003-10-23 16:41:00的发言：
哎呀，真是越用什么专业术语越让人迷糊~~~怕怕
关键是你的方法不可行。
返回仓的初速极高，减速是要时间的，返回仓与空气摩擦生热的过程就是减速的过程。你用反推火箭，降落的速度也只能是7.9→7.8→......→0.8→0.7，那么在最初的7-----1公里/秒时，摩擦生热还是很厉害的。
因此，你的不用隔热的方法是不行的。
短时间内减速确实是个问题,需要新型发动机,能在短时间内将大量液氢液氧燃烧后喷射出去!实际上就是(超)大推力的液氢液氧发动机!!!
同时,这种(超)大推力的液氢液氧发动机的重量不能太大,否则有效载荷重量又要减少!
一、如果你在100-200公里高度完成了减速（不考虑减速时产生的加速度对人怎样，估计远>9），出现的问题将是返回舱以近似自由落体下落，势能将变为动能，气动加热并不能被减少多少！
二、如果在下落过程中使用反推，呵呵，现在还没有这么先进的发动机来完成，还不如用降落伞呢！
二、如果在下落过程中使用反推，呵呵，现在还没有这么先进的发动机来完成，还不如用降落伞呢！
以下是引用songfq在2003-10-23 17:23:00的发言：
[quote]以下是引用aspman在2003-10-23 16:41:00的发言：
哎呀，真是越用什么专业术语越让人迷糊~~~怕怕
关键是你的方法不可行。
返回仓的初速极高，减速是要时间的，返回仓与空气摩擦生热的过程就是减速的过程。你用反推火箭，降落的速度也只能是7.9→7.8→......→0.8→0.7，那么在最初的7-----1公里/秒时，摩擦生热还是很厉害的。
因此，你的不用隔热的方法是不行的。
短时间内减速确实是个问题,需要新型发动机,能在短时间内将大量液氢液氧燃烧后喷射出去!实际上就是(超)大推力的液氢液氧发动机!!!
[/quote]
哎呀~~~~~~~~如果短时间内急刹车，那过载~~~[em03][em03][em03]
航天员非脑充血不可！！！
以下是引用zpchen在2003-10-23 19:53:00的发言：
一、如果你在100-200公里高度完成了减速（不考虑减速时产生的加速度对人怎样，估计远>9），出现的问题将是返回舱以近似自由落体下落，势能将变为动能，气动加热并不能被减少多少！
二、如果在下落过程中使用反推，呵呵，现在还没有这么先进的发动机来完成，还不如用降落伞呢！
如果在100公里高度,降低速度为200-400米,并打开降落伞怎么样?
航天器一般运行在300-400公里的近地轨道,在返回时从300/400公里下降到100-150公里高度的过程中用火箭反推,应该不能算短时间吧,这样就不存在过载问题了,也不需要超大推力的发动机了,在100-150公里高度速度降至1马赫(300米/秒)左右,打开降落伞,这样是不是就解决了返回时的高温问题呢,欢迎大家讨论!!!
多发射1kg的东西上轨道，火箭推力、燃料的增加就不是1kg！！！
即使你的方案理论可行，但航天器要多背多少东西上天啊（比如你的大型减速火箭）
太不划算了，还不如给航天器加保温层呢
而且，100－150公里高度上打开降落伞没有什么用，空气太稀薄，没什么减速作用。
即使你的方案理论可行，但航天器要多背多少东西上天啊（比如你的大型减速火箭）
太不划算了，还不如给航天器加保温层呢
而且，100－150公里高度上打开降落伞没有什么用，空气太稀薄，没什么减速作用。
你说反推要浪费掉4-5T的燃料重量，那要反推岂不是自找麻烦？也没有实用价值。
楼主勇气可嘉
拉楼主做试验去！
楼主是不是以为飞船是有一只手托在太空中的啊，“使得航天器以很小的速度慢慢返回大气层0.2公里/秒”，飞船还没降到这样的速度早都被地球引力吸回来了
支持楼主独立思考的勇气,虽然有点问题,不过网络本来就是讨论的地方嘛.
根据能量守恒定律，物体送到地球外需要多少能量，回到地球就需要释放多少能量。同等技术条件下发射、返回能量效率可以看作一致的。那么，可以这样假设：
a，只考虑发射（理想状态）
飞船重1吨，发射系统重9吨，那么整个系统效率为1/10。
b，只考虑回收（理想状态）
则飞船状态和上面应该一致，就是飞船＋发射系统＝10吨，正好0速度回到地面。
c，考虑发射回收（理想状态）
由于同等技术条件效率一致，则整个系统的重量应该是 (1+9)/(1/10)=100吨。
d，复杂因素
有利因素：由于进入稠密大气时的速度较低，可以不必完全使用火箭获得反推力－－－例如近地采用降落伞，这样回收系统的实际重量可以小于10吨。
不利因素：1/10是考虑多级火箭的高效情况，但是回收系统必须是作为整体发射的，无法获得发射时的高效，因此实际回收系统的重量将大于10吨。
单级入轨：这时必须将火箭发射的无效重量算到回收系统中，这将进一步降低回收的效率。
总之，从理论上说，不采用隔热，而使用火箭减速是可行的，这是的发射效率大约在采用隔热降落的系统的平方左右。
假定神州的重量为6吨，现有发射火箭和载荷为300吨，则需要15000吨的火箭才能让神州以火箭减速的方法回收。
由于现有的火箭载荷/系统效率很低，例如长征是在1/40-1/50左右，因此这个方案恐怕不现实，至少是经济上效率太低。
不过也有类似的成功典范，例如阿波罗登月舱，就是依靠火箭减速降落到月球，再依靠火箭返回近月轨道。主要是因为月球引力小，火箭载荷/系统效率高，经济上尚可承受。
我查啦一下，似乎目前美俄和其他国家好像都没有类似研究项目，所有的在研航天项目返回时都是以空气摩擦消耗能量的方法。
a，只考虑发射（理想状态）
飞船重1吨，发射系统重9吨，那么整个系统效率为1/10。
b，只考虑回收（理想状态）
则飞船状态和上面应该一致，就是飞船＋发射系统＝10吨，正好0速度回到地面。
c，考虑发射回收（理想状态）
由于同等技术条件效率一致，则整个系统的重量应该是 (1+9)/(1/10)=100吨。
d，复杂因素
有利因素：由于进入稠密大气时的速度较低，可以不必完全使用火箭获得反推力－－－例如近地采用降落伞，这样回收系统的实际重量可以小于10吨。
不利因素：1/10是考虑多级火箭的高效情况，但是回收系统必须是作为整体发射的，无法获得发射时的高效，因此实际回收系统的重量将大于10吨。
单级入轨：这时必须将火箭发射的无效重量算到回收系统中，这将进一步降低回收的效率。
总之，从理论上说，不采用隔热，而使用火箭减速是可行的，这是的发射效率大约在采用隔热降落的系统的平方左右。
假定神州的重量为6吨，现有发射火箭和载荷为300吨，则需要15000吨的火箭才能让神州以火箭减速的方法回收。
由于现有的火箭载荷/系统效率很低，例如长征是在1/40-1/50左右，因此这个方案恐怕不现实，至少是经济上效率太低。
不过也有类似的成功典范，例如阿波罗登月舱，就是依靠火箭减速降落到月球，再依靠火箭返回近月轨道。主要是因为月球引力小，火箭载荷/系统效率高，经济上尚可承受。
我查啦一下，似乎目前美俄和其他国家好像都没有类似研究项目，所有的在研航天项目返回时都是以空气摩擦消耗能量的方法。
常识问题，晕
还有补充一下，阿波罗登月，反作用火箭是在落地时再把速度减小到0，中间速度还是很大，要是在80公里就把速度减到很小，所要的用来抵消重力的推力要大很多，而且下降时间也要长很多。
再补充一下，靠空气减速不一定要靠摩擦，还可以靠阻力和升力，从动量的观点看就是把再入体的动量传递给空气。