Foguete
Foguete , qualquer tipo de dispositivo de propulsão a jato transportando propelentes sólidos ou líquidos que fornecem o combustível e o oxidante necessários para a combustão. O termo é comumente aplicado a qualquer um dos vários veículos, incluindo fogos de artifício, mísseis guiados e veículos de lançamento usados em voos espaciais, acionados por qualquer dispositivo de propulsão que seja independente do atmosfera .
Motores de foguete do veículo de lançamento soviético que foi usado para colocar a espaçonave tripulada Vostok em órbita. Baseado no míssil balístico intercontinental R-7, o lançador tinha quatro propulsores de propelente líquido em torno do foguete central de propelente líquido. Agência de Imprensa Novosti
Características gerais e princípios de operação
O foguete é diferente do turbojato e outros motores de respiração aérea, em que todo o jato de exaustão consiste em produtos de combustão gasosa de propelentes transportados a bordo. Como o motor turbojato, o foguete desenvolve impulso pela ejeção de massa para trás em alta velocidade.
Foguete de teste Ares I-X; Programa Constelação O foguete de teste Ares I-X do programa Constelação decolando do Complexo de Lançamento 39-B no Centro Espacial Kennedy da NASA em Cape Canaveral, Flórida, 28 de outubro de 2009. NASA
O princípio físico fundamental envolvido na propulsão do foguete foi formulado por Sir Isaac Newton . De acordo com sua terceira lei do movimento, o foguete experimenta um aumento na impulso proporcional ao impulso levado pelo escapamento, 
Onde M é a massa do foguete, Δ v Ré o aumento da velocidade do foguete em um curto intervalo de tempo, Δ t , m ° é a taxa de descarga de massa na exaustão, v é é a velocidade de escape efetiva (quase igual à velocidade do jato e tomada em relação ao foguete), e F é força . A quantidade m ° v é é a força propulsora, ou empuxo, produzida no foguete ao exaurir o propelente, 
Lançamento do foguete AC-6 Atlas-Centaur de Cape Canaveral, Flórida, 11 de agosto de 1965, que colocou um modelo dinâmico da espaçonave Surveyor em uma órbita de transferência lunar simulada. NASA
Evidentemente, o empuxo pode ser ampliado usando uma alta taxa de descarga de massa ou alta velocidade de escape. Empregando alta m ° esgota o suprimento de propelente rapidamente (ou requer um grande suprimento), e por isso é preferível buscar altos valores de v é . O valor de v é é limitado por considerações práticas, determinadas por como a exaustão é acelerada no bico supersônico e qual fornecimento de energia está disponível para o aquecimento do propelente.
A maioria dos foguetes obtém sua energia na forma térmica pela combustão de propelentes de fase condensada a pressão elevada. Os produtos gasosos da combustão são exauridos através do bico que converte a maior parte da energia térmica em energia cinética . A quantidade máxima de energia disponível é limitada àquela fornecida pela combustão ou por considerações práticas impostas pela alta temperatura envolvida. Energias mais altas são possíveis se outras fontes de energia (por exemplo, aquecimento elétrico ou de micro-ondas) são usadas em conjunto com os propelentes químicos a bordo dos foguetes, e energias extremamente altas são alcançáveis quando a exaustão é acelerada por eletromagnético meios.
A velocidade de escape efetiva é a figura de mérito para a propulsão do foguete, pois é uma medida de empuxo por unidade de massa de propelente consumido, ou seja, 
Valores de v é estão na faixa de 2.000 a 5.000 metros (6.500 a 16.400 pés) por segundo para propelentes químicos, enquanto os valores duas ou três vezes são reivindicados para propelentes aquecidos eletricamente. Valores acima de 40.000 metros (131.000 pés) por segundo são previstos para sistemas que usam aceleração eletromagnética. Nos círculos de engenharia, principalmente no Estados Unidos , a velocidade de exaustão efetiva é amplamente expressa em unidades de segundos, o que é conhecido como impulso específico. Os valores em segundos são obtidos dividindo as velocidades de exaustão efetivas pelo fator constante de 9,81 metros por segundo ao quadrado (32,2 pés por segundo ao quadrado).
Em uma missão típica de foguete químico, algo em torno de 50 a 95 por cento ou mais da massa de decolagem é propelente. Isso pode ser colocado em perspectiva pela equação para a velocidade de burnout (assumindo gravidade - voo livre e sem arrasto), 
Nesta expressão, M s / M p é a razão entre o sistema de propulsão e a massa da estrutura para a massa do propelente, com um valor típico de 0,09 (o símbolo ln representa natural logaritmo ) M p / M ou é a razão entre a massa do propelente e a massa total de decolagem, com um valor típico de 0,90. Um valor típico para v é para hidrogênio - oxigênio sistema é 3.536 metros (11.601 pés) por segundo. A partir da equação acima, a relação entre a massa da carga útil e a massa de decolagem ( M pagar/ M ou ) pode ser calculado. Por um baixo terra orbita, v b é de cerca de 7.544 metros (24.751 pés) por segundo, o que exigiria M pagar/ M ou para ser 0,0374. Em outras palavras, seria necessário um sistema de decolagem de 1.337.000 kg (2.948.000 libras) para colocar 50.000 kg (110.000 libras) em uma órbita baixa ao redor da Terra. Este é um cálculo otimista porque a equação ( 4 ) não leva em consideração o efeito da gravidade, arrasto ou correções direcionais durante a subida, o que aumentaria visivelmente a massa de decolagem. Da equação ( 4 ), é evidente que há uma compensação direta entre M s e M pagar, de modo que todo esforço é feito para projetar para baixa massa estrutural, e M s / M p é uma segunda figura de mérito para o sistema de propulsão. Embora as várias proporções de massa escolhidas dependam fortemente da missão, as cargas úteis do foguete geralmente representam uma pequena parte da massa de decolagem.
Uma técnica chamada de preparo múltiplo é usada em muitas missões para minimizar o tamanho do veículo de decolagem. Um veículo de lançamento carrega um segundo foguete como carga útil, a ser disparado após o esgotamento do primeiro estágio (que é deixado para trás). Dessa forma, os componentes inertes do primeiro estágio não são transportados para a velocidade final, com o empuxo do segundo estágio sendo aplicado de forma mais eficaz à carga útil. A maioria dos voos espaciais usa pelo menos dois estágios. A estratégia é estendida a mais estágios em missões que exigem velocidades muito altas. As missões lunares tripuladas da Apollo dos EUA usaram um total de seis estágios.
O segundo estágio (à direita) do foguete Orbital Sciences Pegasus XL pronto para ser acoplado ao primeiro estágio (à esquerda) para o lançamento da espaçonave Aeronomia de Gelo na Mesosfera (AIM) da NASA. NASA
Os recursos exclusivos dos foguetes que os tornam úteis incluem o seguinte:
1. Os foguetes podem operar no espaço, bem como no atmosfera da Terra.
2. Eles podem ser construídos para oferecer um empuxo muito alto (um amplificador espacial pesado moderno tem um empuxo de decolagem de 3.800 quilonewtons (850.000 libras).
3. O sistema de propulsão pode ser relativamente simples.
4. O sistema de propulsão pode ser mantido pronto para disparar (importante em sistemas militares).
5. Pequenos foguetes podem ser disparados de uma variedade de plataformas de lançamento, variando de caixas de embalagem a lançadores de ombro a aeronaves (não há recuo).
Esses recursos explicam não só porque todos os recordes de velocidade e distância são estabelecidos por sistemas de foguetes (ar, terra, espaço), mas também porque os foguetes são os exclusivo escolha para voos espaciais. Eles também levaram a uma transformação da guerra, tanto estratégica quanto tática. Na verdade, o surgimento e o avanço do foguete moderno tecnologia pode ser rastreada até o desenvolvimento de armas durante e desde a Segunda Guerra Mundial, com uma parte substancial sendo financiada por agências espaciais iniciativas como o Ariane, Apollo e programas de ônibus espaciais.
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