Рабочая масса , также называемая реактивной массой , — это масса , против которой система действует, чтобы произвести ускорение . Например, в случае химической ракеты реактивная масса — это продукт сгоревшего топлива, выстреленного назад для обеспечения тяги. Любое ускорение требует обмена импульсом , который можно рассматривать как «единицу движения». Импульс связан с массой и скоростью, как указано в формуле P = mv, где P — импульс, m — масса, а v — скорость. Скорость тела легко изменить, но в большинстве случаев масса — нет, что делает ее важной.
В ракетах полное изменение скорости можно рассчитать (используя уравнение Циолковского ) следующим образом:
Где:
Термин рабочая масса используется в основном в аэрокосмической области. В более «приземленных» примерах рабочая масса обычно обеспечивается Землей, которая содержит так много импульса по сравнению с большинством транспортных средств, что количество, которое она приобретает или теряет, можно игнорировать. Однако в случае самолета рабочей массой является воздух, а в случае ракеты — само ракетное топливо. Большинство ракетных двигателей используют легкое топливо (жидкий водород , кислород или керосин ), разогнанное до сверхзвуковых скоростей. Однако ионные двигатели часто используют более тяжелые элементы, такие как ксенон, в качестве реакционной массы, разогнанной до гораздо более высоких скоростей с помощью электрических полей.
Во многих случаях рабочая масса отделена от энергии, используемой для ее ускорения. В автомобиле двигатель обеспечивает питание колес, которые затем ускоряют Землю назад, заставляя автомобиль двигаться вперед. Однако это не относится к большинству ракет, где ракетное топливо является рабочей массой, а также источником энергии. Это означает, что ракеты прекращают ускоряться, как только у них заканчивается топливо, независимо от других источников энергии, которые у них могут быть. Это может быть проблемой для спутников, которые необходимо часто менять положение, поскольку это ограничивает их полезный срок службы. В целом, скорость истечения должна быть близка к скорости корабля для оптимальной энергоэффективности . Это ограничение ракетного движения является одной из основных мотиваций постоянного интереса к технологии полевого движения .
