Las razones por las que se utilizan cohetes de múltiples etapas para lanzar naves espaciales
En 1903, el científico ruso Tsiolkovsky propuso la famosa fórmula de velocidad ideal del cohete Tsiolkovsky en su artículo "Explorando el universo con propulsores de cohetes". La fórmula se puede expresar como:
VK=Pb g0 Ln [(GT+GJ)/GJ]
En la fórmula: VK——la velocidad terminal del cohete; ——el empuje específico (impulso específico); g0 - la aceleración gravitacional del suelo; GT - la masa del propulsor cuando el cohete despega; GJ - la masa estructural del cohete, incluida la carga útil;
La llamada velocidad ideal significa que en esta fórmula se ignoran muchos factores, como la pérdida causada por la resistencia aerodinámica y la gravedad terrestre, el cambio de g0 con la altura y otros factores. La velocidad calculada según esta fórmula es mayor que el valor real, por lo que se denomina velocidad ideal. Sin embargo, esta fórmula sigue siendo suficiente para explicar la relación entre velocidad, empuje específico y relación de masa. A medida que los humanos ingresan gradualmente en la exploración del espacio profundo y aumentan las funciones de los vehículos espaciales, se requiere que los cohetes tengan una mayor capacidad de carga, por lo que han surgido los cohetes de múltiples etapas. En pocas palabras, un cohete de múltiples etapas se forma conectando varios cohetes de una sola etapa. Uno de los cohetes funciona primero y, una vez completado el trabajo, se separa de los otros cohetes y luego el segundo cohete continúa funcionando. etcétera. Un cohete compuesto por varios cohetes se denomina cohete de varias etapas, como un cohete de dos etapas, un cohete de tres etapas, etc. Cabe señalar que si varios cohetes funcionan al mismo tiempo, solo pueden contar como una etapa. La ventaja de los cohetes de múltiples etapas es que la estructura que ya no es útil se descarta después de un período de tiempo, y no hay necesidad de gastar propulsor para transportarla y la carga útil con ella. Por lo tanto, siempre que el cohete se divida adecuadamente en varias etapas y al mismo tiempo se aumente la masa del propulsor, el cohete podrá eventualmente alcanzar una capacidad de carga suficiente. Cabe señalar que bajo una determinada masa de despegue (GT+GJ), cuantas más etapas tenga el cohete, mejor, porque además del tanque de almacenamiento, cada etapa del cohete debe tener al menos un sistema de potencia, un sistema de control. , un servomecanismo y conexiones entre todas las etapas, estructura de conexión de cohetes, etc. Cada nivel adicional aumenta uno de estos componentes. Demasiadas etapas no sólo aumentarán el costo y reducirán la confiabilidad, sino que el rendimiento del cohete también se deteriorará debido al aumento de la masa estructural. Porque bajo la premisa de que la masa de despegue permanece sin cambios, el aumento de la masa estructural inevitablemente reducirá el propulsor. Desde el principio de conservación de energía, se puede ver que su capacidad de carga disminuirá inevitablemente. En definitiva, para mejorar la capacidad de carga del cohete es una buena idea utilizar cohetes multietapa, pero cuantas más etapas mejor, existe una cierta correspondencia entre este y la masa de despegue.