Сколько топлива необходимо, чтобы вызвать дельта-v?

Уравнение ракеты Циолковского говорит вам, сколько дельта-V вы получите для заданной скорости истечения и отношения массы полной/пустой на ступень. Как правило, вы захотите разделить общую требуемую скорость 9400 м/с на две (или более) ступени и работать в обратном направлении, начиная с самой верхней ступени. Выберите подходящий двигатель для этапа, решите, сколько сухого бака/структурной массы вам нужно на массу топлива, решите.

Как отмечает Organic Marble, тяга первой ступени должна превышать вес полностью загруженной ракеты, иначе она не взлетит. Обычно отношение тяги к массе начинается где-то между 1,15:1 и 1,5:1. (Верхние ступени могут немного ослабить это ограничение, но обычно они начинаются примерно с 1: 1, чтобы максимизировать количество топлива, которое они приносят.) Выберите двигатель и добавляйте их несколько, пока ваша тяга не станет достаточной!

Дьявол кроется в деталях, конечно. Я предлагаю проверить цифры с существующей ракеты, чтобы убедиться, что вы понимаете принципы, прежде чем пробовать свою собственную.

Вот часть электронной таблицы, которую я использую для быстрых и грязных тестов осуществимости. Сделать его полезным для вас остается в качестве упражнения.

• Масса ступени: общая масса отдельной ступени, полностью загруженной топливом.
• Доля опоры: доля массы ступени, которая является топливом.
• Состав: конструкционная (нетопливная) масса ступени.
• Топливо: масса топлива полностью загруженной ступени.
• Верхний: общая масса всех ступеней выше этой при полной загрузке.
• Балласт: инертная полезная масса, прикрепленная к ступени.
• M0: общая масса ракеты при зажигании ступени.
• М1: полная масса ракеты при выгорании ступени.
• ISP: удельный импульс двигателей ступени.
• Тяга: суммарная тяга двигателей ступени.
• Дельта-v: одноступенчатый вклад дельта-V, суммирующийся с общей дельтой V ниже.
• G0: ускорение при включении ступени, g (эквивалентно TWR).
• G1: ускорение при выгорании ступени.

Массы в метрических тоннах, ISP в секундах, тяга в кН, дельта-V в м/с. Я использую удельный импульс двигателя первой ступени на уровне моря, что дает небольшую заниженную оценку дельта-v, поскольку ISP будет увеличиваться в ходе горения.

Представление значения:

Вид формулы: