Re: [鋼彈] 不需要太空梭就可以突破大氣層的機體
作者: DDG114514 (AN/SPY-114514) 2018-06-14 03:02:55
這篇是KSP玩家廢文
如何設計一個60噸重載荷的SSTO
在不考慮空氣動力的前提下
上太空有兩個重點
高度與速度
如果把一個物體移至高處放開
物體會因為重力而掉落至地球表面
如果把物體向前丟則會飛行一段距離後落下
速度越快飛得越遠
地球是圓的
如果一個物體以每秒7.9km的速度前進就不會掉落至地球表面
大氣層在高度超過300km時已經非常稀薄
幾乎沒有空氣阻力減速
所以物體可以長時間待在太空
這也稱為軌道飛行
想將物體加速至軌道飛行則需要進行重力轉向(gravity turn)
火箭發射後先垂直爬升
因為低空空氣阻力大不適合加速
當到達高空後會慢慢轉向成水平方向加速
為了讓火箭有效加速需要進行分節(stage)
將空的燃料箱與重量較重的起飛引擎拋棄
火箭引擎有分大氣層內最佳化的起飛引擎與真空環境最佳化的上面級引擎
兩者主要差異在於噴嘴擴張比率與使用環境的大氣壓力
而SSTO也就是single stage to orbit
單級上軌道、不分級上軌道
也就是太空船(或鋼彈)單機上太空
目前SSTO只有構想還沒有飛行過
最接近實現的設計是 VentureStar 與 Skylon
這兩者設計都有有效載荷偏小的缺點
因為大部分的船內空間都拿去裝燃料
座艙與貨艙空間占船身比例偏小
火箭上太空需要大量燃料與氧化劑
火箭引擎有兩個重要的參數
推重比與比衝
推重比大於1火箭才能起飛
推重比越大則加速越快
比衝則是引擎的燃料效率
比衝越大則最終的加速度(Delta V)越大
火箭加速基於作用力與反作用力的原理
也就是向後排出物質(噴氣)把火箭向前推
常見的燃料選擇包含液氫液氧、煤油液氧
另一種選擇則是離子引擎(ion thruster)
將氣體電離後噴出帶電離子推進
鋼彈的反應爐可以發電但不能推進
因為核燃料只產生熱
必須使用液氫做為推進劑
也就是所謂的熱核火箭(Nuclear thermal rocket)
用反應爐加熱氫氣後排出推進
但是因為鋼彈體積有限
建議使用類似太空梭的外部燃料桶
這樣才有足夠的燃料上軌道
但這樣就不是SSTO了
另一個可能則是超大功率EMDrive電磁推進
只需要電力就能推進
但現在還在研究中
以上大致是如何在KSP上太空
至於如何重返大氣層並平安降落又是另一個問題了
如何設計一個60噸重載荷的SSTO
在不考慮空氣動力的前提下
上太空有兩個重點
高度與速度
如果把一個物體移至高處放開
物體會因為重力而掉落至地球表面
如果把物體向前丟則會飛行一段距離後落下
速度越快飛得越遠
地球是圓的
如果一個物體以每秒7.9km的速度前進就不會掉落至地球表面
大氣層在高度超過300km時已經非常稀薄
幾乎沒有空氣阻力減速
所以物體可以長時間待在太空
這也稱為軌道飛行
想將物體加速至軌道飛行則需要進行重力轉向(gravity turn)
火箭發射後先垂直爬升
因為低空空氣阻力大不適合加速
當到達高空後會慢慢轉向成水平方向加速
為了讓火箭有效加速需要進行分節(stage)
將空的燃料箱與重量較重的起飛引擎拋棄
火箭引擎有分大氣層內最佳化的起飛引擎與真空環境最佳化的上面級引擎
兩者主要差異在於噴嘴擴張比率與使用環境的大氣壓力
而SSTO也就是single stage to orbit
單級上軌道、不分級上軌道
也就是太空船(或鋼彈)單機上太空
目前SSTO只有構想還沒有飛行過
最接近實現的設計是 VentureStar 與 Skylon
這兩者設計都有有效載荷偏小的缺點
因為大部分的船內空間都拿去裝燃料
座艙與貨艙空間占船身比例偏小
火箭上太空需要大量燃料與氧化劑
火箭引擎有兩個重要的參數
推重比與比衝
推重比大於1火箭才能起飛
推重比越大則加速越快
比衝則是引擎的燃料效率
比衝越大則最終的加速度(Delta V)越大
火箭加速基於作用力與反作用力的原理
也就是向後排出物質(噴氣)把火箭向前推
常見的燃料選擇包含液氫液氧、煤油液氧
另一種選擇則是離子引擎(ion thruster)
將氣體電離後噴出帶電離子推進
鋼彈的反應爐可以發電但不能推進
因為核燃料只產生熱
必須使用液氫做為推進劑
也就是所謂的熱核火箭(Nuclear thermal rocket)
用反應爐加熱氫氣後排出推進
但是因為鋼彈體積有限
建議使用類似太空梭的外部燃料桶
這樣才有足夠的燃料上軌道
但這樣就不是SSTO了
另一個可能則是超大功率EMDrive電磁推進
只需要電力就能推進
但現在還在研究中
以上大致是如何在KSP上太空
至於如何重返大氣層並平安降落又是另一個問題了
作者: qsgjnmvb (伊莉亞) 2018-06-14 03:07:00
可以講人話嗎
作者: jary1232003 2018-06-14 03:43:00
看不懂先推再說
作者: kiva321410 (尊哥哥) 2018-06-14 03:50:00
羽娥其實很強
作者: forfanatic (焗烤黑羊潘) 2018-06-14 05:36:00
現在實際上是有算SSTO的載具，SpaceX的Falcon9第一節火箭
作者: spfy (spfy) 2018-06-14 07:30:00
懶人包 三次元不外掛燃料單機上太空hen難 但不是不可能
作者: NT49 (建議售價49元) 2018-06-14 07:31:00
簡單來說就是目前還辦不到
作者: b325019 (望月) 2018-06-14 07:53:00
falcon9不能算SSTO因為第二節目前是無法回收的更重要的是，他還是有分節離子引擎的話主要的問題推力太低跟大氣圈內比衝太低兩點所以無法作為SSTO的引擎
作者: zzro 2018-06-14 10:27:00
EM Drive最近不是有個德國團隊測試後說是假的
