Молекулы газа в камере двигателя налетают на стенку и отскакивают от неё, передавая импульс и создавая давление. Чем быстрее и тяжелее каждая молекула, тем больший импульс она передаст стенке. А ещё — чем быстрее молекулы, тем больше их при прочих равных столкнется со стенкой за секунду. Тем больше суммарный переданный импульс, который нас интересует.
Отскочив, молекулы покидают двигатель через отсутствующую четвертую стену. Чем быстрее и тяжелее молекулы, тем больше секундный расход массы. Который хотелось бы минимизировать.
Одно «тяжелее» в плюс, одно «тяжелее» в минус. Неважно. Одно «быстрее» в минус, два «быстрее» в плюс. Важно. Нужны быстрые молекулы.
E=mv²/2. Быстрая молекула — молекула с большой энергией. Особенно если тяжелая. А энергии всегда мало там, где надо, и непонятно куда её девать там, где не надо.
Энергии мало, потому что калорийность топлива ограничена — и ограничена весьма фундаментально, если оно химическое. Каких-то прорывных открытий тут можно ожидать примерно с тем же успехом, что и в таблице умножения. Химия вообще очень близка к математике. Это наука о поведении атомов, имеющих N положительно заряженных протонов в ядре и N же электронов на орбиталях вокруг — и химия совершенно точно перебрала все N от одного до сотни и немного дальше и ни одного не потеряла. Несколько раз перепроверили. К сожалению, надежды на более калорийных топливах сродни фантазиям об обнаружении нового целого числа между 6 и 7.
Энергию некуда девать, потому что сталкивающиеся со стенкой молекулы передают ей не только импульс, но и энергию тоже, и рано или поздно энергии у молекул стенки может стать столько же. И тут возникает крайне неприятный вопрос — если в продукты сгорания вложена максимальная энергия химической связи, которую мы смогли найти, то какая же тогда химическая связь сможет удержать молекулы с этой же энергией в стенке? Обнаружение нового целого числа между 8 и 9 тоже маловероятно. У жаростойкости материалов и температуры их испарения тоже есть довольно фундаментальный предел.
(Возможно, кстати, в какой-то вселенной, где химические связи не столь изощренно разнообразны, самым жаростойким материалом являются продукты сгорания самого калорийного топлива. Маловероятно, впрочем, что в такой вселенной есть структуры достаточно сложные, чтобы этим заинтересоваться и оценить символизм).
В общем, энергию быстрой молекуле лучше бы иметь поменьше. Во-первых, из топлива её неоткуда брать. Во-вторых, если всё-таки откуда-то возьмем со стороны, то испарим двигатель.
А значит, молекулам надо быть легкими.
Последствия этого вывода оказываются чудовищно неудобными (привет, жидкий водород с плотностью 90 г/м³, привет, жидкий кислород, а это жидкий фтор, если не говорить ему «привет», есть небольшой шанс, что он нас не заметит…), но особого выбора нет. Скорость покидающих двигатель молекул очень важна. Экспонента ракетного уравнения компромиссы не ценит.
* * *
…добавь 10 секунд удельного импульса, и конструктор согласен на всякую модификацию, при 20 секундах он становится оживлённым, при 50 секундах положительно готов сломать себе голову, при 100 секундах попирает все экологические нормы, при 300 секундах нет такой токсичности топлива, с которой он не смирился бы.
Молекулы газа в камере двигателя налетают на стенку и отскакивают от неё, передавая импульс и создавая давление. Чем быстрее и тяжелее каждая молекула, тем больший импульс она передаст стенке. А ещё — чем быстрее молекулы, тем больше их при прочих равных столкнется со стенкой за секунду. Тем больше суммарный переданный импульс, который нас интересует.
Отскочив, молекулы покидают двигатель через отсутствующую четвертую стену. Чем быстрее и тяжелее молекулы, тем больше секундный расход массы. Который хотелось бы минимизировать.
Одно «тяжелее» в плюс, одно «тяжелее» в минус. Неважно. Одно «быстрее» в минус, два «быстрее» в плюс. Важно. Нужны быстрые молекулы.
E=mv²/2. Быстрая молекула — молекула с большой энергией. Особенно если тяжелая. А энергии всегда мало там, где надо, и непонятно куда её девать там, где не надо.
Энергии мало, потому что калорийность топлива ограничена — и ограничена весьма фундаментально, если оно химическое. Каких-то прорывных открытий тут можно ожидать примерно с тем же успехом, что и в таблице умножения. Химия вообще очень близка к математике. Это наука о поведении атомов, имеющих N положительно заряженных протонов в ядре и N же электронов на орбиталях вокруг — и химия совершенно точно перебрала все N от одного до сотни и немного дальше и ни одного не потеряла. Несколько раз перепроверили. К сожалению, надежды на более калорийных топливах сродни фантазиям об обнаружении нового целого числа между 6 и 7.
Энергию некуда девать, потому что сталкивающиеся со стенкой молекулы передают ей не только импульс, но и энергию тоже, и рано или поздно энергии у молекул стенки может стать столько же. И тут возникает крайне неприятный вопрос — если в продукты сгорания вложена максимальная энергия химической связи, которую мы смогли найти, то какая же тогда химическая связь сможет удержать молекулы с этой же энергией в стенке? Обнаружение нового целого числа между 8 и 9 тоже маловероятно. У жаростойкости материалов и температуры их испарения тоже есть довольно фундаментальный предел.
(Возможно, кстати, в какой-то вселенной, где химические связи не столь изощренно разнообразны, самым жаростойким материалом являются продукты сгорания самого калорийного топлива. Маловероятно, впрочем, что в такой вселенной есть структуры достаточно сложные, чтобы этим заинтересоваться и оценить символизм).
В общем, энергию быстрой молекуле лучше бы иметь поменьше. Во-первых, из топлива её неоткуда брать. Во-вторых, если всё-таки откуда-то возьмем со стороны, то испарим двигатель.
А значит, молекулам надо быть легкими.
Последствия этого вывода оказываются чудовищно неудобными (привет, жидкий водород с плотностью 90 г/м³, привет, жидкий кислород, а это жидкий фтор, если не говорить ему «привет», есть небольшой шанс, что он нас не заметит…), но особого выбора нет. Скорость покидающих двигатель молекул очень важна. Экспонента ракетного уравнения компромиссы не ценит.
* * *
…добавь 10 секунд удельного импульса, и конструктор согласен на всякую модификацию, при 20 секундах он становится оживлённым, при 50 секундах положительно готов сломать себе голову, при 100 секундах попирает все экологические нормы, при 300 секундах нет такой токсичности топлива, с которой он не смирился бы.
