로켓 과학이란 무엇입니까?

로켓 과학은 로켓 추진력을 사용하여 불꽃 놀이에서 유인 우주선으로 이동하는 것입니다.

로켓의 중심에는 Isaac Newton의 세 번째 운동 법칙이 있으며,이 법칙은 300 년 넘게 설립되었습니다. 모든 행동은 동등하고 반대 반응을 가지고 있다고 말합니다. 벽 앞에 서서 세게 밀면 뒤로 움직일 것입니다.

마찬가지로, 스케이트 보드에 서서 가능한 한 열심히 무거운 물건을 던지면 (집에서 시도하지 마십시오) 반대 방향으로 굴러 갈 수 있습니다. 물체를 앞으로 밀면 물체가 같은 양의 힘으로 당신을 뒤로 밀어냅니다.

로켓에서 밀고있는 '물체'는 연소 연료의 최종 산물이며, 연료가 화상을 입을 때 로켓의 뒷면에서 튀어 나와 로켓이 반대 방향으로 움직 이도록 강요합니다.

로켓 과학이 복잡합니까?

별말씀을요. 작업하는 로켓에는 세 가지 기본 요구 사항이 있습니다. 이들 각각은 뉴턴의 날 이후로 알려진 물리학에 달려 있습니다.

빈 공간의 로메이드는 쉽지만 지구상에서는 지구의 중력을 극복해야합니다. 로켓이 대포보다 훨씬 나은 곳입니다. 공상 과학 작가 Jules Verne은 후자를 사용하여 19 세기에 달에 3 명의 승객을 포함하는 껍질을 발사하기 위해 제안했습니다.

그러나 대포는 지구의 중력을 남기는 데 필요한 속도 (탈출 속도)가 배럴을 떠날 때까지 페이로드를 가져와야합니다. 그 후에 작용하는 유일한 힘은 중력과 공기 저항이기 때문에 둘 다 느려집니다.

Verne의 껍질을 초당 11.2km로 가져 오는 가속은 승객을 낭비합니다. 그러나 로켓은 연료가 지속되는 한 더 부드럽게 가속화되어 지구의 중력에서 점차 등반됩니다.

코스를 플로팅 할 때, 다시 한번, 우리가 필요한 것은 뉴턴의 물리학입니다.이를 통해 비행 경로가 지구의 중력, 태양과 달의 중력에 의해 영향을받는 방법을 이해할 수 있습니다 (다른 행성에는 영향을 미치지 만 현지 비행에서는 작습니다), 그리고 로켓 엔진의 '화상'.

성공적인 로트 트리를 어렵게 만드는 것은 엔지니어링만큼 과학이 아닙니다. 로켓에는 복잡한 기술이 너무 많아서 모든 것이 작동하는지 확인하기가 매우 어렵습니다.

그래서 로켓 과학은‘로켓 과학’?

아니요, 그러나 모든 사람이 물리학의 기초를 파악할 수있는 것은 아닙니다.

1920 년 미국 로켓 개척자 Robert H Goddard는 지구의 로켓이 달에 도달 할 수 있다고 말했을 때, New York Times 로켓의 작동 방식을 분명히 이해하지 못했습니다.

신문의 사설은 다음과 같이 말했습니다 :“클라크 칼리지의 '의장'과 스미소니언 기관의 카운테닝과 함께 고다드 교수는 반응과의 행동의 관계를 알지 못하고 반응하는 진공 청소기보다 더 나은 무언가를 가져야 할 필요성을 알지 못합니다. 물론 그는 고등학교에서 매일 지식이 부족한 것 같습니다.”

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편집이 놓친 것은 로켓이 대기를 밀어 붙이지 않는다는 것입니다. 그것은 등에서 튀어 나오는 불타는 연료로 밀려납니다.

이 신문은 1969 년 아폴로 11이 달로 향했을 때 '교정'을 발표했지만 뉴턴의 물리 법칙과 고다드의 명성을 망칠에 대해 사과하지 않았습니다.

로켓은 어떻게 작동합니까?

모든 로켓은 로켓을 앞으로 밀기 위해 뒷면에서 무언가를 던지는 원칙에 따라 작동하지만 '무언가'가 무엇인지 정확히 다를 수 있습니다.

로켓 추진력을 사용하는 가장 오래된 알려진 장치 중 하나는 AEOLIPILE으로, 1 세기 Alexandria의 영웅이 설계 한 Aeolipile이었습니다. 그것은 튜브에서 나오는 증기를 사용하여 금속 볼을 회전 시켰습니다.

대부분의 로켓은 가연성 물질을 사용하며 스러스트를 제공하는 에너지 배기 가스입니다. 원래 이러한 로켓은 화약으로 구동되었지만 더 현대적인 디자인은 전문 고체 연료 또는 수소와 같은 가스를 사용하여 액화되어 운반 할 수있는 양을 최대화합니다.

우주 로켓은 공기없이 작업 할 수 있어야하므로 대기에서 산소의 역할을 수행하려면 산화제가 필요합니다. 이것은 액체 산소 또는 다른 물질 일 수 있습니다.

최신 로켓 기술은 이온 드라이브 또는 스러스터입니다. 이것은 전기 전력 로켓으로, 하전 입자 (이온)가 전기장에 의해 가속되어 로켓의 뒷면에서 쏘아냅니다.

스러 스터는 매우 정확하지만 매우 약하기 때문에 스티어링 로켓에 가장 일반적으로 사용됩니다. 그러나 그들은 깊은 공간에서 사용하도록 설계된 로켓의 주요 추진을 제공 할 수 있습니다.

로켓 과학은 어떻게 시작 되었습니까?

그리스 증기 로켓 외에도 가장 빠른 로켓은 불꽃 놀이와 중국의 무기로 생산되었으며, 그곳에서 최소한 13 세기로 거슬러 올라갑니다.

무기의 금속 로켓은 19 세기 서쪽에서 사용되기 시작했습니다. 그들은 목표를 달성하기가 어려웠지만 효과적인 테러 무기를 제공했으며 로켓이 반동이 없기 때문에 선박에서 사용하도록 인기를 얻었습니다.

미국 국립 애국가의 저자 인 프랜시스 스콧 키 (Francis Scott Key)가“로켓의 붉은 눈부심”을 언급했을 때 염두에 두었던 것은 이런 종류의 사용입니다.

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우주 여행에 관해서, 로켓은 실용적이기 전에 수십 년 전에 이야기에 나타났습니다.

미국 시설이 1930 년대에 처음으로 로켓 작업을 시작했을 때, 군대는 공상 과학 소설과 같은 전체 개념을 발견 한 것으로 알려져 있기 때문에 캘리포니아 패서 디나의 개발 기반은 제트기 추진 연구소라고 불렀습니다.

마찬가지로, 항공기가 짧은 활주로에서 이륙하는 데 사용되는 로켓 팩은‘r’단어를 피하기 위해‘Jato’(제트 보조 이륙)을 가지고 있다고합니다.

미국과 소련의 제 2 차 세계 대전 우주 로켓은 처음에 독일 V-2 무기에서 영감을 받았습니다. 개발자 인 Wernher von Braun은 갈등에 관심이 거의 없었지만 우주 여행 꿈을 현실로 만드는 방법으로 그의 작품을 보았습니다.

전쟁이 끝난 후, 둘 다 V-2에서 미사일을 개발했으며 Atlas Rockets는 최초의 미국 우주 비행사를 우주로 데려 오는 데 사용되었습니다. 원래 대륙간 탄도 미사일로 설계되었습니다. 아폴로 프로그램에 사용 된 토성 v 로켓조차도 목성 시리즈를 통해 레드 스톤 미사일로 돌아가는 계보가있었습니다.

로켓은 대기에서 산소를 사용할 수 있습니까?

우주 로켓은 산소 또는 과산화수소와 같은 산화제를 운반하여 공간에서 연료를 연소시킬 수 있습니다. 그러나 출시의 첫 번째이자 가장 어려운 부분의 경우 대기를 여행하고 있습니다.

그들이 갈 때 산소를 집어 들면 이륙 중량이 크게 줄어 듭니다. 따라서 대기 산소를 사용할 수있는 동안 사용하는 것이 큰 이점이 될 것입니다.

문제는 그것이 큰 기술적 인 도전이라는 것입니다.

수소/산소 로켓에서, NASA가 사용하는 많은 것들과 마찬가지로, 산소는 수소와 혼합되기 전에 약 -140 ℃로 압축되어 냉각되어야하며, 이는 공기의 습기에서 얼음 막힘을 피하면서 약 1/10 초에 발생해야한다.

이것은 영국 회사 반응 엔진에 의해 구축 된 세이버 추진 시스템에서 달성되었습니다. 희망은 곧 Skylon Space Plane 용으로 설계된 로켓 모터에서 곧 사용될 것입니다.

큰 로켓에 여러 단계가있는 이유는 무엇입니까?

초기 공상 과학 소설의 로켓과 사람들을 우주로 데려 간 실제 로켓의 가장 큰 차이점 중 하나는 실제 로켓이 지구를 떠날 때 여러 단계가 떨어 졌다는 것입니다.

이 아이디어는 러시아 교사와 로켓 개척자 인 Konstantin Tsiolkovsky가 1903 년 초에 처음 개발했습니다.

이 단계는 로켓이 지구의 중력 당김을 피할 수 있도록 많은 연료를 운반해야 할 필요성을 반영합니다. 연료 탱크가 비어 있으면 가속 해야하는 여분의 질량 일뿐입니다.

연료가 배출 될 때 (또는 우주 왕복선과 같은 일회용 외부 탱크를 갖는) 단계를 떨어 뜨려 나머지 공예는 훨씬 가벼워서 가속화를 위해 연료가 적습니다.

Tsiolkovsky는 이론가였으며 최초의 실용적인 다단장 실험 로켓을 건설 한 것은 Goddard였습니다.

지구로 돌아 오는 우주선은 공기 저항, 날개 (특히 우주 왕복선) 및 낙하산의 조합을 사용하여 로켓 전력으로 천천히 착륙하는 공상 과학 소설의 대부분의 우주선과 달리 재입국으로 선박을 늦추십시오.

로켓은 달과 같이 공기가없는 곳과 상대적으로 중력이없는 착륙에 사용되지만 배는 지구상에 부드러운 착륙을 위해 충분한 연료를 운반 할 수 없습니다. 처음에는 대부분의 연료가 도망 갈 수 있습니다.

로켓으로 지구로 돌아가려면 우주에서 어떤 형태의 급유 능력이 필요합니다.

로켓은 어디에서 사용 되었습니까?

우리는 불꽃 놀이와 우주 차량의 로켓에 익숙하지만 군대는 금속 병 로켓 이상의 초기 장치에서 현대 미사일과 로켓 프로펠러 펠로 된 수류탄에 이르기까지 오랫동안 전쟁에서 로켓 기술을 사용해 왔습니다.

다른 곳에서, 로켓은 구조 플레어에서 생명을 구하는 데 사용되었으며, 윈치가 좌초 된 선원들에게 안전을 위해 선박들과 군용 비행기의 이젝터 좌석 사이를 선을 얻는 방법으로.

James Bond Film Thunderball 에 사용 된 제트 팩 로켓 팩은 더 정확하게 로켓 팩이었고 로켓은 속도를 기록하기 위해 자동차와 썰매에 전원을 공급했습니다. 비교적 짧은 시간 동안 많은 추력을 원한다면 로켓이 종종 최상의 솔루션입니다.

우리는 항상 로켓을 사용합니까?

이온 드라이브와 같은 일부 로켓은 항상 유용 할 것입니다. 그러나 우리가 로켓을 대체 할 수 있다면 지구에서 벗어나 외부 태양계 또는 다른 별으로 여행하는 데 필요한 장기 가속도를 위해 이상적입니다.

로켓의 대안 중 하나는 우주 엘리베이터입니다.

여기에는 위성에서 지구 표면까지 매우 긴 케이블을 실행하는 것이 포함됩니다. 그런 다음 기계 장치를 사용하여 위로 올라가서 페이로드를 우주로 운반합니다. 로켓보다 훨씬 저렴하고 연료를 운반 할 필요가 없기 때문에 훌륭한 개념입니다.

그러나 우리는 지구에서 우주 엘리베이터를 건설 할만 큼 강한 재료가 없습니다.

케이블의 길이는 거의 38,000km이어야합니다. 약 50 톤을 지원할 수있는이 길이의 전형적인 28mm 강철 케이블은 무게가 115,000 톤입니다. 그러나 원칙적으로, 우리는 달에 우주 엘리베이터를 만들 정도로 강한 재료를 가지고 있습니다.

깊은 공간에 관해서는 로켓에 대한 일부 요구 사항을 태양 항해로 대체 할 수 있습니다. 태양 광 돛으로 대체 할 수 있습니다. 태양 광선의 압력을 사용하여 선박이나 대량 운전자를 가속화하는 대량 운전자는 배를 밀어 넣는 외부 스러스터와 같습니다.

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그러나 1958 년에 꿈꾸는 가장 극적인 대안은 충격파를 타고 작은 핵 혐의를 폭발시켜 배를 추진하는 것입니다.

오리지널 프로젝트 인 오리온 (Orion)은“1966 년에 화성, 1970 년 토성”의 모토를 가졌다. 지구에서 이륙하기 위해 이러한 핵 혐의를 사용하려는 원래의 아이디어는 가장 적고 비현실적이라고 말하기 때문에 부분적으로는 건설되지 않았습니다.

그러나 아이디어는 이후 개념 우주선에서 재검토되었습니다. 핵연료의 큰 장점은 그것이 특정 질량으로 훨씬 더 많은 에너지를 압축하지만 지금까지 첨부 된 위험으로 인해이 접근법이 비현실적으로 만들어 졌다는 것입니다.

• 이 기사는 BBC Science Focus 의 287 호에 처음 등장했습니다. - 여기에서 구독하는 방법을 알아보십시오

전문 용어 버스터

대륙간 탄도 미사일 (ICBM) - 현대 우주 로켓은 주로 전 세계의 핵 미사일을 보내도록 설계된 로켓에서 개발되었습니다.

이온 - ‘스러 스터’또는‘이온 드라이브’는 이온을 반응 질량으로 사용합니다. 이온은 전자가 제거되거나 첨가 된 원자이며, 결과적으로 전하가 전기 전하를 가지고 있습니다. 이는 전기장에 의해 추진 될 수 있습니다.

meganewtons (Mn) - Newtons (N)는 표준 힘 단위입니다. 1N은 초당 1kg에서 1m를 가속하는 데 필요한 힘입니다. 지구의 중력으로 인한 1kg의 하향 힘은 9.81n입니다. Meganewton은 백만 개의 Newtons입니다.

반응 질량 - 로켓의 뒷면에서 던져져 앞으로 밀어 넣었습니다. 전통적인 화학 로켓에서 이것은 연료를 태우는 배기 가스입니다.

추력 - 로켓 모터에 의해 생성되는 힘과 같은 차량을 앞으로 밀기 위해 엔진에 의해 생성 된 힘의 양