$ I_ {sp} $はいつ推力よりも懸念事項になりますか?

地球からの軌道発射では、打ち上げの初期段階での優先順位は、実際に地面に降りて「重力抗力」と空気抵抗による損失を最小限に抑えるために、高い推力です。
LEOを超えて進めたいと思っているなら、与えられた質量比から最大デルタVを達成するために、最も重要な考慮事項は$ I_ {sp} $
– 本質的に排気速度です。

私はこれらの2つの考慮事項の間の移行がいつ起こるのかを理解しようとすることに興味があります。低推力に切り替える前にどのくらい高速にする必要がありますか(それほど低くはありません
– 化学ロケットではなくイオンまたはlightail)が、高い$ I_ {sp}
$の第2段階は理にかなっています。私は鋭い答えがないことに感謝しますが、オプションの範囲を理解することは興味深いでしょう。

ベストアンサー

理想的には、推力と特定のインパルスは飛行中に徐々に相殺されるが、一般的に達成可能ではない。代わりに、ステージング中に推力とISPの大きな変化が行われます。

第2ステージ(またはコアステージ、固体ブースタ/液体サスペンダ構成の場合)は、推力対重量比が1:1未満で開始するのが一般的です。これは、「Ispは推力よりも重要です」という優れたプロキシのように思えます。あなたは、燃費向上のためにあなたがすでに達成した垂直スピードを、文字通り諦めています。ロケットは推進薬を急速に投げ捨てているので、推力対重量比は長く前に回復し、病期はIspが段階の間で異なっていても有利ですが、依然として有意で、研究が容易な標識です。

ケース:サターンV

サターンVのために、最初の病期分類は、421〜423秒の周りに特定のインパルス水素-LOX
J-2エンジンに304秒の真空ISPと巨大灯油-LOX
F-1エンジンから切り替えます。第1段階のカットオフは、高度約70kmの飛行に約162秒で行われます。動的大気圧は、ほぼ34
kPaの最大Qピークから約450
Paまで低下します。ほとんど空気が残っていません。ロケットの速度は約2.65km/sであり、マッハ8に近い。垂直速度成分は約900m/sである。第二段階が開始されると、それは約0.8推力対重量で焼成’S、及び垂直速度が大幅に低下し始めるが、それは既に軌道高度への道の38%です。その時点から実際には垂直速度は上昇しません。

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具体的なインパルスは、ここからの推力よりもはるかに重要です。エンジンは第2ステージの終了に向けてより多くの燃料を含む混合物に切り替わり、特定のインパルスをわずかに増加させるために推力の25%を427秒に抑える。

ケース:スペースシャトル

飛行に2分、高推力、低Isp固体ロケットブースターが燃え尽きる。これは土星Vよりも低い高度で、70kmではなく約50kmです –
大気抵抗はまだ約2kPaのどこかです。この時点での主エンジンは、約452秒の特定のインパルスで約0.9:1の推力対重量を生成しています。後でメインエンジンの燃焼では、乗員の快適性と積載物の安全性を約3gまで維持するために、エンジンは意図的に絞られています。垂直速度が決して負にならない土星Vとは異なり、スペースシャトルは火傷の後半にある高度をあきらめています。

ケース:アリアン5

アリアン5はもう一つの固体ブースター/水素サステイナーロケットです。ブースタのカットオフ時に、サステイナは432秒のIspで約0.8:1の推力を提供しています。これは約3gで終了し、上部ステージは446s
Ispでわずか0.25:1の推力から始まります。その小型エンジンでは、ロケットは軌道に乗るのにかなりの時間がかかり、

が実質的な高度を失ってからそうです。

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