Автор: Гена

Американці люблять все перевіряти. У 60-х, в стилі «Руйнівників міфів», був побудований мегаватний реактор з міцного урано-берилівого композиту. З підземного сховища під тиском 25 атмосфери скрізь невеликі отвори реактору продавлювали повітря. На виході отримали гарячий радіоактивний видих, але власної тяги від реактора не було. Проект закрили назавжди.

Вставлю свої п’ять центів: непотрібно було проводити екологічно шкідливі та складні експерименти. Достатньо було пакет з графітових стрижнів помістити у корпус ПРД. ПРД помістити у аеродинамічну трубу, на графіт подати електричний струм. Графіт можна нагріти до 3 000 °C, така температура недосяжна для уранових Твелів. Нарешті, прості штатські можуть прив’язати до себе купу електричних фенів, ввімкнути їх у мережу та чекати коли вони підіймуть їх вище Лаврській дзвіниці.

Те, що «Буревісник» ніколи не буде гордо рєять між океанами та накручувати кола перед американським континентом, було зрозуміло усім притомним, хто знає ази термодинаміки. Але ж гіперзвукова крилата ракета! Її ж і китайці роблять та навіть сам Трамп, начитавшись соцмереж вирішив, що москалі просто вкрали американські досягнення. І які ж вони в американців?

4 травня 2013 року ракета Х-51А «Вершник хвиль» на висоті 18,2 км досягла швидкості в 6100 км/год. Усього Waverider пролетів 426 км і самоліквідувався…
І навіщо? А точно само..?

Тим, хто не любить формули та графіки, можна порадити дороговказ від персонажу совкового фільму «Бумбараш»:

https://www.youtube.com/watch?v=Iav-GtLskcE

Сила опору повітрю дорівнює:

F_опору = (C_d ρ S υ²) / 2,

де C_d — коефіцієнт опору, ρ — густина повітря, S — характеристична площа опору тіла, υ — швидкість тіла.

Сила опору пропорційна добутку густини повітря на квадрат швидкості F_опору ~ ρ∙υ². Збільшення швидкості удвічі збільшує опір повітря у чотири рази. Потужність двигунів є добуток тяги на швидкість: Р ~ ρ∙υ³, тобто добутку густини повітря на куб швидкості. Якщо, на тій ж висоті, літак збільшить швидкість удвічі, то мінімум у 8 разів збільшиться витрата пального. Графік тиску повітря від висоти приведений на малюнку:

Залежність густини повітря від висоти майже ідентична. На висоті 18 км густина повітря вдесятеро менша за нормальну атмосферну. Це не великий бонус враховуючі кубічну залежність потужності від швидкості. Старий добрий SR-71 дозаправляли у повітрі, корпус літака при 3 Мах нагрівався до 230 °С на висоті 20 км, паливо використовували як теплоагент, який охолоджував кабіну літака та виводив тепло через сопло літака. Тобто, немає палива — немає чим виводити тепло. На висотах понад 11 км, при 5 Мах корпус нагріється до 950 °С, а при спуску на Землю, тепловий потік виросте ще у 10 разів, і відповідно ще у десять разів треба збільшити витрати пального, звідки стільки взяти? Кінетична енергія ракети переходить у тепло, яке в основному поглинається корпусом ракети. Якщо не працюють двигуни, то і швидкість ракети стане стрімко падати, а все клятий опір повітря, який є квадрат швидкості помножений на густину повітря. А густина повітря рідної Землі росте, як кохання від зменшення дистанції близькості люблячих людей.

На висоті від 11 до 20 км температура повітря становить мінус 56 °С. Саме на цих висотах вигідніше всього брати надзвукові швидкості. При надзвукових швидкостях коефіцієнт опору C_d збільшується ще у 2…2,5 рази, відповідно у стільки разів збільшується опір повітря. При швидкостях понад 1 Мах корпус літака перегрівається на 50 °С, це не страшно для 11…20 км, а от біля поверхні Землі стає критично для електроніки. Саме тому, крилаті ракети дозвукові, меншій перегрів корпусу, на більшу дальність вистачає пального.

Коли злітає звичайна ракета, то з кожним кілометром висоти падає густина повітря. 30 км — густина повітря падає у 100 разів, 45 км — у 1000 разів, 65 км — у 10 000 разів, 80 км  — у 100 000 разів, на висоті 100 км густина повітря менша у мільйон разів. Чим вище над Землею, тим більша тяга двигунів та менший опір повітря.

(Далі буде)