第 2.11 节 - 方法比较
外观
运输方法可以按性能、状态和成本指标进行分类。以下部分描述了这些指标,并首次尝试对各种方法进行排名。技术在不断进步,因此任何方法的选择都需要用最新的数据或未来规划目的的预测进行更新。
任何通过喷射物质或能量产生推力的推进方法都遵循动量守恒定律,动量守恒定律定义为质量乘以速度。喷射动量等于且与车辆动量变化相反。在喷射物质供应有限的情况下,质量是固定的。因此,速度越高,总动量就越大,因此车辆的性能就越好。喷射速度以米/秒为单位。一些系统,如 72 电离层电流发动机,不使用喷射来进行动量交换,但消耗了物质 - 在这种情况下,用于与电离层接触的等离子体。然后从推力和质量流量率计算出有效喷射速度。
比冲是一个传统的指标,最初用于从地球发射,然后扩展到太空。它定义为每秒消耗的燃料磅数的推力磅数,简化为秒的单位。乘以一个地球重力(9.80665 m/s^2)即可转换为喷射速度,喷射速度是首选的指标,因为它使用的是 SI 单位。
优化车辆
在过去的火箭中,这是通过在火箭的不同阶段使用不同类型的燃料来实现的。在飞行的早期阶段,空气阻力很重要,因此首选高密度燃料。高密度燃料意味着较小的燃料箱,因此产生的阻力面积更小。因此,土星五号使用液氧/煤油,而航天飞机的第一级使用固体火箭,两者都是高密度燃料。两者都使用液氧/液氢作为第二级。这对于化学火箭燃料来说是目前性能最高的燃料。
飞马座火箭使用飞机来飞越大部分大气层。亚音速喷气发动机的性能大约是化学火箭的十倍,主要是因为它不需要携带氧气进行燃烧。
要到达地球轨道及其以外,有许多、许多推进组合是可能的。太空推进设计很大一部分是选择使用哪种方法以及何时从一种方法切换到另一种方法。