Об этом отчетливо говорит уже выведенное нами в предыдущей главе соотношение между величиной мощности реактивной струи, тяги двигателя и удельного импульса (или скорости истечения, что все равно):
Действительно, если увеличивать скорость истечения при неизменной тяге, то возрастает и мощность электростанции на ракете, что приводит, естественно, к возрастанию веса конструкции ракеты и уменьшению относительного веса полезного груза (вот этого-то и нет в случае термохимической ракеты!). Графически эта зависимость показана на рис. 147. Если же скорость истечения мала, как, например, в термохимической ракете, то и это также приводит к уменьшению полезного груза (ведь из-за этого-то и загорелся весь сыр-бор с электроракетами!). Очевидно, что эти два противоположно действующих фактора и приводят к тому, что некоторому оптимальному значению скорости истечения соответствует наибольшая величина веса полезного груза.
По известному уравнению Циолковского конечная скорость ракеты (в свободном пространстве, т. е. без атмосферы и гравитации) равна
(если до включения двигателя ракета уже обладала некоторой скоростью, то V есть приращение скорости при работе двигателя). Но начальная масса ракеты (пристарте, т. е. в момент запуска двигателя)
где гпк — масса конструкции ракеты, включающая энергетическую установку (эта так называемая пассивная масса не изменяется в полете), шр — масса рабочего вещества на ракете (в случае термохимической ракеты это — масса топлива), тп — масса полезного груза.
|
Чтобы проиллюстрировать диапазон требующих учета факторов, можно привести пример. В случае применения турбогенераторных преобразователей энергии наличие вращающихся машинных частей (ротора) со значительным моментом инерции сильно усложняет проблему динамической стабилизации летательного аппарата, что может даже исключить возможность применения таких установок, в частности, на космических обсерваториях.
Поскольку именно вес электростанции является основным в общем весе электроракетной двигательной установки, то к. п. д. двигателя может оказаться решающим при выборе типа двигателя для применения на ракете данного назначения.
Кратковременно электротермические двигатели могут развивать еще значительно большие тяги, что может оказаться очень важным при маневрировании.