Рабочая масса , также называемая реактивной массой , представляет собой массу , против которой действует система, чтобы создать ускорение . Например, в случае химической ракеты реакционная масса представляет собой продукт сгоревшего топлива, выпущенного назад для обеспечения движения. Любое ускорение требует обмена импульсом , который можно рассматривать как «единицу движения». Импульс связан с массой и скоростью по формуле P = mv, где P — импульс, m — масса, а v — скорость. Скорость тела легко изменить, а массу – нет, что делает ее важной.
В ракетах полное изменение скорости можно рассчитать (используя уравнение ракеты Циолковского ) следующим образом:
Где:
Термин «рабочая масса» используется в основном в аэрокосмической области. В более «приземленных» примерах рабочая масса обычно обеспечивается Землей, которая содержит такой большой импульс по сравнению с большинством транспортных средств, что величину, которую она получает или теряет, можно игнорировать. Однако в случае самолета рабочей массой является воздух, а в случае ракеты — само ракетное топливо. В большинстве ракетных двигателей используется легкое топливо (жидкий водород , кислород или керосин ), разогнанное до сверхзвуковых скоростей. Однако в ионных двигателях в качестве реакционной массы часто используются более тяжелые элементы, такие как ксенон , которые разгоняются до гораздо более высоких скоростей с помощью электрических полей.
Во многих случаях рабочая масса отделена от энергии, используемой для ее ускорения. В автомобиле двигатель передает мощность на колеса, 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 перестают ускоряться, как только у них заканчивается топливо, независимо от наличия у них других источников энергии. Это может стать проблемой для спутников, которые необходимо часто перемещать, поскольку это ограничивает срок их полезного использования. В общем, для обеспечения оптимальной энергоэффективности скорость выхлопа должна быть близка к скорости корабля . Это ограничение ракетных двигателей является одной из основных причин постоянного интереса к технологиям полевых двигательных установок .
