No hay aire en el espacio, ¿cómo encendió Chang'e un fuego desde la luna? ¿Cómo se genera el empuje?

La pregunta era sobre "encendido".

"Ignición" en sentido estricto en realidad significa encender combustibles y hacerlos arder. Todos sabemos que la combustión es un reflejo de la intensa liberación de calor químico entre combustibles y oxidantes. Generalmente, no necesitamos agregar oxidantes para encender algunos combustibles en la tierra. Por lo general, podemos consumir directamente oxígeno en el aire como oxidante para la combustión. Esto es lo que hacemos en nuestra vida diaria.

Pero ¿qué pasa si no hay suficientes oxidantes en el aire? Por ejemplo, necesitamos temperaturas más altas para soldar metales y generalmente utilizamos soldadura con oxiacetileno.

Durante el proceso de soldadura con oxiacetileno, el oxígeno del aire no se utiliza como fuente de consumo. El contenido de oxígeno en el aire es solo 21, lo cual no es suficiente.

La soldadura con oxiacetileno requiere oxígeno, por lo que a menudo colocamos una botella de oxígeno y vertimos oxígeno y acetileno en la pistola de soldar.

En la actualidad, estrictamente hablando, la soldadura con oxiacetileno se puede utilizar bajo el agua o en un ambiente de vacío.

De hecho, esto soluciona un problema de suministro de oxígeno. Esto permite que la combustión ocurra en un ambiente sin oxígeno (aire).

Lo mismo ocurre con los Rockets.

Los primeros cohetes almacenaban oxidante (oxígeno líquido, peróxido de hidrógeno, Figura 6 y Figura 7) y combustible (Figura 4), respectivamente. De esta forma, la combustión del motor del cohete es similar a la soldadura con oxiacetileno y no depende del oxígeno proporcionado por el aire exterior.

Más tarde mejoramos el complejo cohete líquido y conseguimos el cohete sólido. En este momento, el combustible y el oxidante se mezclan en la columna de carga sólida del cohete al mismo tiempo. Mientras haya algunas chispas, toda la partícula puede encenderse y proporcionar empuje al cohete. Esto no tiene nada que ver con si hay aire o no.

Por ejemplo, la imagen de arriba muestra un dispositivo de cohete sólido de encendido electrónico, que se basa en el calor emitido entre los electrodos para encender el motor sólido del cohete. La gente tenía todo el combustible y el oxidante, pero en realidad sólo les faltaba un poco de calor.

El encendido eléctrico es un caso del encendido de un motor de cohete, y en realidad existen dispositivos de encendido químico. Por ejemplo, se inyecta undimetilhidrazina en dióxido de nitrógeno.

No requiere ningún proceso de ignición. Los dos líquidos pueden empezar a arder siempre que entren en contacto, sin la participación del aire exterior.

En cuanto a la cuestión de cómo generar empuje sin aire, el empuje de un cohete no depende de la reacción del aire cuando el cohete expulsa gas a gran velocidad. La masa de estos gases es my su velocidad es v.

Cuando el cohete expulsa por la fuerza un flujo de aire con masa m y velocidad v hacia atrás, de acuerdo con la tercera ley de Newton, el cohete también puede obtener la fuerza de reacción correspondiente y la potencia (empuje) del vuelo hacia adelante.

Permítanme hacer una simple divulgación científica.

Cuando una aeronave está en la atmósfera, la generación de empuje o tracción depende de la acción del flujo de aire. Después de salir de la atmósfera y llegar al espacio exterior, no hay flujo de aire y la fuerza aerodinámica es ineficaz, pero lo que aún se puede utilizar eficazmente es la conservación del impulso.

Todo el mundo ha visto en la televisión la escena de los bomberos rociando agua desde las bocas de incendio. Debido al enorme retroceso del agua, una sola persona no puede soportar la enorme fuerza de reacción. Esta fuerza es una especie de impulso, no una fuerza aerodinámica. También hay aventureros volando por el cielo pisando los aspersores en la superficie del agua del parque.

Los cohetes obtienen potencia de vuelo al lanzar material hacia abajo a altas velocidades. Por supuesto, el material salpicado a alta velocidad en este momento es una gran cantidad de combustible. Por eso los cohetes son tan grandes, porque la mayor parte del espacio interior se utiliza como combustible. Y requiere el uso de cohetes de múltiples etapas. Cuando se agota el combustible de la etapa trasera, la carcasa vacía se desecha para reducir la carga y mejorar la eficiencia.

Chang'e 5 fue despegado de la luna utilizando un cohete. El nombre completo del cohete es motor a reacción. Los aviones avanzados de hoy utilizan motores a reacción. La mayor diferencia entre los dos es que el motor a reacción solo transporta combustible y necesita la ayuda del aire para la combustión.

Los motores a reacción de cohetes transportan tanto combustible como oxidante, por lo que los motores a reacción de aire sólo pueden funcionar en el aire, mientras que los motores a reacción de cohetes pueden funcionar en un entorno sin aire.

La cámara de combustión de un cohete puede entenderse como un recipiente con una abertura (boquilla) sólo en un extremo (trasero).

Después de la ignición, el combustible y el oxidante se queman en la cámara de combustión para producir gas a alta temperatura y alta presión. El gas se expande rápidamente y solo puede ser expulsado de la boquilla. Otras direcciones son bloqueadas por la cámara de combustión, generando así una enorme presión. La presión sobre la pared lateral de la cámara de combustión está equilibrada y no cambia el movimiento del cohete. Pero en la dirección de vuelo del cohete, sólo el fondo de la cámara de combustión está bajo presión, por lo que el cohete es empujado a volar en la dirección opuesta al gas inyectado.

Se puede observar que el empuje del vuelo del cohete proviene del gas producido por la combustión del combustible, y nada tiene que ver con la presencia o ausencia de aire en el exterior. No sólo no depende del aire exterior para generar empuje, sino que, al contrario, al no haber aire, el cohete no encontrará resistencia al volar, lo que facilitará su lanzamiento.

Primero vas a Baidu para leer sobre retroceso, impulso, agentes oxidantes y agentes reductores, y duplicas los libros sobre física de la escuela secundaria y física y química de la escuela secundaria.

De hecho, al diseñar estos detectores, la gente esperaba desde hacía mucho tiempo encontrarse con una situación así. Incluso si una sonda en el espacio necesita entrar en órbita, sin la ayuda de otros objetos, sólo puede cambiar la órbita de la sonda quemando el combustible que lleva y expulsando aire.

La sonda Chang'e utiliza motores a reacción de cohetes. Debido a que debe usarse en el espacio, debe traer su propio oxidante, de modo que incluso si no hay oxígeno en el espacio, pueda encenderse y quemarse con su propio oxidante y funcionar normalmente.

Los aviones modernos y avanzados suelen utilizar motores a reacción. Debido a que solo vuelan en la atmósfera y aún pueden usar el oxígeno del aire para encenderse, los aviones solo necesitan transportar combustible.

De hecho, podemos deducir de la segunda ley de Newton que bajo un cierto empuje, la aceleración que un objeto puede producir es inversamente proporcional a su masa, por lo que, por supuesto, cuanto menor sea su propia masa, mejor. Para un avión, si no lleva oxidante, puede reducir mucha masa. Por supuesto, también necesita utilizar oxígeno en el aire.

Pero si quieres lanzar un avión al espacio, necesitas una velocidad muy alta, y habrá decenas de números de Mach en cualquier momento, por lo que es muy difícil encender el motor en el aire. Por lo tanto, estos aviones generalmente necesitan llevar su propio oxidante, es decir, necesitan usar un motor de cohete para funcionar, y solo necesitan usar un motor de cohete para llegar al espacio.

De hecho, los principios de funcionamiento de los motores que utilizan fluido como medio son básicamente los mismos, es decir, según el teorema del impulso, estos fluidos se inyectan en la dirección opuesta a la que estas máquinas necesitan para moverse. Debido a que estos fluidos tienen impulso, la premisa es que estos motores necesitan proporcionar, es decir, proporcionar empuje. Según el principio de acción y fuerza de reacción, estos objetos expulsados ​​darán al motor una fuerza de reacción hacia adelante, formando en última instancia el empuje de estos detectores. El fluido mencionado anteriormente, que puede ser gas o líquido, utiliza básicamente este principio.

De esta manera, para generar un empuje muy grande, se limita la masa de estos gases eyectados, y el avión puede tener tanto como pueda. Una vez que se agota, desaparece.

Así que debemos preocuparnos por la velocidad. Cuando estos chorros de fluido tienen velocidades muy altas, tienen un momento muy grande, lo que por supuesto puede proporcionar un empuje muy grande.

Luego, el combustible y el oxidante del motor a reacción del cohete se pueden quemar en la cámara de combustión. Para que estos gases tengan una alta velocidad de inyección, es necesario generar alta temperatura y alta presión en la cámara de combustión para lograr este propósito.

Además, como el motor a reacción del cohete no necesita obtener oxígeno del aire, sólo necesita dejar una boquilla en el sentido contrario a su movimiento, pudiendo controlar la dirección de vuelo del detector. ajustando la dirección de la boquilla.

En resumen, dado que Chang'e utiliza un motor a reacción de cohete, aprenderá algunos oxidantes para lograr la ignición incluso si no hay aire en el espacio. Funciona según el teorema del impulso. Cuando se expulsa hacia atrás gas con cierto impulso, puede obtener un empuje inverso, impulsando a Chang'e a volar.

Al igual que los motores de automóviles y aeroespaciales, los motores (de cohetes) convierten la energía química del combustible en energía mecánica y energía cinética mediante la combustión. Pero la diferencia es que los coches y aviones sólo necesitan transportar sustancias inflamables, como gasolina, diésel, queroseno de aviación, etc. Los motores de cohetes, además de sustancias combustibles (hidrógeno líquido, queroseno, dimetilhidrazina imparcial, etc.), también necesitan transportar oxidantes (oxígeno líquido, tetróxido de dinitrógeno).

Esto se debe a que no hay oxígeno fuera de la atmósfera terrestre para sustentar la combustión. Además, incluso si hay oxígeno en el entorno circundante, debido a la velocidad de vuelo extremadamente rápida del cohete, no puede obtener suficiente oxígeno del entorno en un período; de tiempo para quemar completamente los combustibles.

Tomemos como ejemplo el 5 de Marcha Larga. El Long March 5 tiene cuatro propulsores, cada uno de los cuales está equipado con dos motores YF-100. El propulsor utilizado es oxígeno líquido y queroseno. La primera etapa del núcleo del Long March 5 está equipada con dos YF-77. El propulsor es oxígeno líquido e hidrógeno líquido. La segunda etapa del núcleo está equipada con dos motores YF-75D y el propulsor es oxígeno líquido e hidrógeno líquido.

Además del oxígeno líquido, el queroseno/hidrógeno líquido, el tetróxido de dinitrógeno y la dimetilhidrazina imparcial también son propulsores de uso común en los motores de cohetes. Por ejemplo, los propulsores del propulsor, el núcleo uno y el núcleo dos del vehículo de lanzamiento Long March 3B son tetróxido de dinitrógeno y dimetilhidrazina imparcial. Sin embargo, estas dos sustancias no son muy amigables para los humanos. Una se convierte en un ácido fuerte cuando se expone al agua y la otra daña el hígado y causa cáncer.

65438 A las 23:10 del 3 de febrero, el motor 3000N del elevador Chang'e-5 desarrollado por la Sexta Academia de Ciencia y Tecnología Aeroespacial comenzó a funcionar y mi país logró el primer despegue. de un objeto extraterrestre. Debido a la gran diferencia de temperatura entre el día y la noche en la superficie lunar y al complicado proceso de encuentro y atraque, el combustible del motor 3000N debería ser tetróxido de dinitrógeno y dimetilhidrazina imparcial (una suposición descabellada).

El principio de propulsión de un cohete se puede explicar mediante el principio de conservación del impulso de la física de la escuela secundaria, como se muestra en la figura:

En términos generales, el propulsor del cohete se quema y se expande y los productos de la reacción de combustión son expulsados ​​a alta velocidad, produciendo empuje. Este proceso también puede verse cuando el cohete empuja los productos de la combustión hacia atrás a alta velocidad, obteniendo así un empuje hacia adelante. Vale la pena señalar que el empuje inverso solo se puede obtener expulsando los productos de combustión. No es necesario que exista una atmósfera (ni ningún otro medio). Por lo tanto, incluso cuando no hay aire en la Luna, el ascendente Chang'e-5 puede generar empuje mediante combustión y encenderse suavemente.

Este combustible también se llama propulsor. Es mixto. Trae su propio oxígeno.

Lao Tie, el contenido de física de segundo grado, retroceso

¿Qué es el fuego? Es un fenómeno en el que una o varias sustancias reaccionan violentamente para elevar la temperatura del sistema hasta un determinado nivel, no necesariamente es necesario utilizar oxígeno. Sin aire, la resistencia es menor y la resistencia por fricción del encendido y el despegue desaparece, por lo que puede elevarse más rápido. El principio de generación de empuje es la conservación del impulso. ¿El interrogador nunca ha estudiado física en la escuela secundaria o en la escuela secundaria?

Aunque no hay aire en el espacio, los motores de Chang'e están llenos de combustible y aceleradores de combustión. Después de encender el motor, el gas se inyectará hacia atrás, de modo que el motor utilizará la fuerza opuesta a la dirección de la inyección de gas como empuje del motor. En ese momento Chang'e puede despegar sin aire.