✖


Jump to content

Неракетный космический запуск

«космическая башня» перенаправляется сюда. Чтобы узнать об испанском небоскребе, см. Space Tower . Чтобы узнать о других значениях, см. Sky Tower (значения) .
Часть серии о
Космический полет
История
Приложения
Космический корабль
Космический запуск
Типы космических полетов
Список космических организаций
Портал космических полетов

Неракетный космический запуск относится к теоретическим концепциям запуска в космос , где большая часть скорости и высоты, необходимых для достижения орбиты, обеспечивается с помощью метода движения, который не подпадает под ограничения ракетного уравнения . [1] Хотя на сегодняшний день все космические запуски осуществлялись с помощью ракет, был предложен ряд альтернатив ракетам. [2] В некоторых системах, таких как комбинированная система запуска, Skyhook , запуск на ракетных санях , Rockoon или воздушный запуск , часть общей дельта-v может быть обеспечена, прямо или косвенно, за счет использования ракетной тяги.

Сегодняшние затраты на запуск очень высоки – от 2500 до 25 000 долларов за килограмм с Земли на низкую околоземную орбиту (НОО). В результате затраты на запуск составляют значительную часть стоимости всех космических проектов. Если запуск можно будет удешевить, общая стоимость космических миссий снизится. Из-за экспоненциального характера уравнения ракеты обеспечение даже небольшой скорости на околоземной орбите другими способами может значительно снизить стоимость выхода на орбиту.

Затраты на запуск в сотни долларов за килограмм сделают возможными многие предложенные крупномасштабные космические проекты, такие как колонизация космоса , солнечная энергетика в космосе. [3] и терраформирование Марса . [4]

Сравнение способов космического запуска

[ редактировать ]
Метод [а] Год публикации Ориентировочная стоимость сборки
(млрд США ) долларов [б] 		Масса полезной нагрузки (кг) Ориентировочная стоимость для LEO (долл. США/кг) [б] Производительность ( т /год) Уровень готовности технологий
Расходная ракета [5] 1903 [6] 225 – 130,000 1,500 – 30,000 [7] н/д 9
Космический лифт 1895 [8] 2
Невращающийся скайхук 1990 < 1 2
Гиперзвуковой скайхук [9] 1993 < 1 [с] 1,500 [д] 30 [и] 2
Ротатор [10] 1977 2
Орбитальный запуск гиперзвукового самолета в космосе [11] [12] (ХАСТОЛ) 2000 15,000 [ф] 2
Космический фонтан 1980-е годы
Орбитальное кольцо [13] 1980 15 2 × 10 11 < 0,05 4 × 10 10 2
Пусковая петля (маленькая) [ нужна ссылка ] 1985 10 5,000 300 40,000 2 +
Пусковая петля (большая) [ нужна ссылка ] 1985 30 5,000 3 6,000,000 2 +
КИТ пусковая установка [14] 2005 2
СтарТрамвай [15] 2001 20 [г] 35,000 43 150,000 2
Космическая пушка [16] 1865 [час] 0.5 450 200 [18] 6
Космическая взлетно-посадочная полоса 1979 [19] 1-2 [20] 0.25 [21] -250 [20]
Рам-ускоритель [ нужна ссылка ] 2004 6
СпинЛаунч [22] 2022 6
Слингатрон [23] [24] 1998 [25] 100 от 2 до 4
  1. ^ Ссылки в этом столбце относятся ко всей строке, если они не заменены специально.
  2. ^ Jump up to: а б Все денежные значения выражены в долларах без инфляции на дату базовой публикации, если не указано иное.
  3. ^ Оценка за 2008 год на основе описания в справочной системе 1993 года.
  4. ^ Требуется первая ступень до ~ 5 км/с.
  5. ^ Подлежит очень быстрому увеличению за счет начальной загрузки.
  6. ^ Требуется предложенная Boeing первая ступень корабля DF-9 до ~ 4 км/с.
  7. ^ На основе эталонного дизайна Gen-1, версия 2010 года .
  8. ^ Жюля Верна Роман «С Земли на Луну» . Пушечное ядро ​​Ньютона в книге 1728 года «Трактат о системе мира» считалось мысленным экспериментом. [17]

Статические структуры

[ редактировать ]

В этом случае термин «статический» призван передать понимание того, что структурная часть системы не имеет внутренних движущихся частей.

Космическая башня

[ редактировать ]

Космическая башня — это башня, которая достигнет космического пространства . Чтобы избежать немедленной необходимости запуска космического аппарата с орбитальной скоростью для поднятия перигея , башня должна была бы возвышаться над краем космоса (выше 100-километровой линии Кармана ), [26] но гораздо меньшая высота башни могла бы уменьшить потери атмосферного сопротивления во время подъема. Если бы башня полностью вышла на геостационарную орбиту на высоте примерно 35 999 километров (22 369 миль), объекты, выпущенные на такой высоте, могли бы затем улететь с минимальной мощностью и оказаться на круговой орбите. Идея структуры, выходящей на геостационарную орбиту, была впервые предложена Константином Циолковским . [27] Первоначальная концепция Циолковского представляла собой компрессионную структуру. Создание компрессионной конструкции с нуля оказалось нереальной задачей, поскольку не существовало материала с достаточной прочностью на сжатие, чтобы выдержать собственный вес в таких условиях. [28] Другие идеи используют очень высокие сжимающие башни, чтобы снизить требования к ракетам-носителям. Аппарат «поднимается» на башню, которая может возвышаться над атмосферой , и запускается сверху. Такая высокая башня для доступа к высотам около 20 км (12 миль) предлагалась различными исследователями. [29] [30]

Натяжные конструкции

[ редактировать ]
Основная статья: Тросовая двигательная установка

Натяжные конструкции для неракетных космических запусков представляют собой предложения по использованию длинных и очень прочных тросов (известных как тросы ) для подъема полезного груза в космос. Тросы также можно использовать для изменения орбиты в космосе.

Орбитальные тросы могут быть с приливной фиксацией ( скайхук ) или вращающимися (ротоваторы). Они могут быть спроектированы (теоретически) для захвата полезной нагрузки, когда полезная нагрузка неподвижна или когда полезная нагрузка является гиперзвуковой (имеет высокую, но не орбитальную скорость). [ нужна ссылка ]

Внутриатмосферные тросы могут использоваться для передачи кинетики (энергии и импульса) между большими обычными самолетами (дозвуковыми или низкими сверхзвуковыми) или другой движущей силой и меньшими аэродинамическими транспортными средствами, разгоняя их до гиперзвуковых скоростей без экзотических двигательных систем. [ нужна ссылка ]

Скайхук

[ редактировать ]
Основная статья: Скайхук (структура)
Вращающиеся и невращающиеся скайхуки на орбите.

Скайхук . — это теоретический класс орбитальных тросовых двигателей, предназначенных для подъема полезных грузов на большие высоты и скорости [31] [32] Предложения по созданию небесных крюков включают в себя конструкции, в которых используются тросы, вращающиеся на гиперзвуковой скорости, для захвата высокоскоростных полезных грузов или высотных самолетов и вывода их на орбиту. [33]

Космический лифт

[ редактировать ]
Основная статья: Космический лифт
Схема космического лифта. Внизу высокой диаграммы изображена Земля, если смотреть с высоты над Северным полюсом. Примерно в шести радиусах Земли над Землей нарисована дуга с тем же центром, что и Земля. Дуга изображает уровень геостационарной орбиты. Примерно в два раза выше дуги и прямо над центром Земли противовес изображен небольшим квадратом. Линия, изображающая трос космического лифта, соединяет противовес с экватором прямо под ним. Центр масс системы описывается как расположенный над уровнем геостационарной орбиты. Показано, что центр масс находится примерно на четверти расстояния от геосинхронной дуги до противовеса. Нижняя часть кабеля должна быть закреплена на экваторе. Альпинист изображается небольшим закругленным квадратом. Альпинист поднимается по тросу примерно на треть пути от земли до дуги. Другое примечание указывает на то, что кабель вращается вместе с суточным вращением Земли и остается вертикальным.
Космический лифт будет состоять из кабеля, прикрепленного к поверхности Земли и идущего в космос .

Космический лифт — это предлагаемый тип космической транспортной системы. [34] Его основным компонентом является ленточный кабель (также называемый тросом ), прикрепленный к поверхности и выходящий в космос над уровнем геостационарной орбиты. Когда планета вращается, центробежная сила на верхнем конце троса противодействует гравитации и удерживает трос натянутым. Затем транспортные средства смогут подняться по тросу и выйти на орбиту без использования ракетных двигателей.

Такой кабель можно было бы сделать из любого материала, способного выдерживать натяжение, достаточно быстро уменьшая диаметр кабеля по мере его приближения к поверхности Земли. На Земле , с ее относительно сильной гравитацией, современные материалы недостаточно прочны и легки . При использовании обычных материалов коэффициент конусности должен быть очень большим, что приведет к увеличению общей стартовой массы до финансово неоправданной степени. Однако материалы на основе углеродных нанотрубок или нанотрубок нитрида бора были предложены в качестве растягивающего элемента в конструкции троса. Их измеренная прочность высока по сравнению с их линейной плотностью. Они обещают стать материалами для создания космического лифта на Земле. [35]

Лэндис и Кафарелли предположили, что структура растяжения («космический лифт»), простирающаяся вниз от геостационарной орбиты, может быть объединена со структурой сжатия («башня Циолковского»), простирающейся вверх от поверхности, образуя комбинированную структуру, достигающую геостационарной орбиты с поверхности, и иметь структурные преимущества перед каждым из них в отдельности. [28]

Концепция космического лифта применима и к другим планетам и небесным телам . Для мест в Солнечной системе с более слабой гравитацией, чем у Земли (например, Луна или Марс ), требования к соотношению прочности к плотности не так велики для материалов троса. Доступные в настоящее время материалы (такие как кевлар ) могут служить там в качестве материала для тросов для лифтов.

Эндоатмосферные привязи

[ редактировать ]
KITE Launcher — передача импульса транспортному средству.

Внутриатмосферный трос использует длинный кабель внутри атмосферы, чтобы обеспечить некоторую или всю скорость, необходимую для достижения орбиты. Трос используется для передачи кинетики (энергии и импульса) от массивного, медленного конца (обычно большого дозвукового или низкого сверхзвукового самолета) к гиперзвуковому концу посредством аэродинамики или центростремительного действия. Пусковая установка Kinetics Interchange TEther (KITE) — это один из предлагаемых внутриатмосферных тросов. [14]

Динамические структуры

[ редактировать ]

Космический фонтан

[ редактировать ]
Основная статья: Космический фонтан
Космический фонтан Hyde Design.

Космический фонтан — это предлагаемая форма космического лифта , которая не требует нахождения конструкции на геостационарной орбите и не опирается на прочность на растяжение в качестве поддержки. В отличие от оригинальной конструкции космического лифта ( привязанного спутника ), космический фонтан представляет собой чрезвычайно высокую башню , возвышающуюся над землей . Поскольку такая высокая башня не могла выдержать собственный вес с использованием традиционных материалов, массивные гранулы выбрасываются вверх из нижней части башни и перенаправляются обратно вниз, как только достигают вершины, так что сила перенаправления удерживает вершину башни вверх. [36]

Орбитальное кольцо

[ редактировать ]
Основная статья: Орбитальное кольцо
Орбитальное кольцо.

Орбитальное кольцо — это концепция гигантского искусственно созданного кольца, висящего на низкой околоземной орбите , которое могло бы вращаться со скоростью, немного превышающей орбитальную, и иметь фиксированные тросы, свисающие с земли. [37]

В серии статей 1982 года, опубликованных в Журнале Британского межпланетного общества , [13] Пол Берч представил концепцию орбитальных кольцевых систем. Он предложил вращающийся кабель, размещенный на низкой околоземной орбите, вращающийся со скоростью, немного превышающей орбитальную. Не на орбите, а по этому кольцу, электромагнитно поддерживаемые сверхпроводящими магнитами, находятся кольцевые станции, которые остаются в одном месте над определенной точкой на Земле. С этих кольцевых станций свисают короткие космические лифты, сделанные из кабелей с высоким соотношением прочности на разрыв и массы. Берч утверждал, что кольцевые станции, помимо удержания троса, могут ускорять орбитальное кольцо на восток, заставляя его прецессировать вокруг Земли.

В 1982 году белорусский изобретатель Анатолий Юницкий также предложил электромагнитную дорожку, опоясывающую Землю, которую он назвал «Струнной транспортной системой». Когда скорость струны превысит 10 км/сек, центробежные силы оторвут струну от поверхности Земли и поднимут кольцо в космос. [38]

Запустить цикл

[ редактировать ]
Основная статья: Цикл запуска
Запустить цикл.

Пусковая петля или петля Лофстрома — это конструкция ленточным приводом подвеске с системы на магнитной орбитальной стартовой , длина которой составит около 2000 км и будет поддерживаться на высоте до 80 километров (50 миль). Транспортные средства весом 5 метрических тонн будут ускоряться с помощью электромагнитного поля на тросе, образующем ускорительную дорожку, с которой они будут выбрасываться на околоземную орбиту или даже за ее пределы. Для поддержания конструкции на месте постоянно потребуется около 200 МВт электроэнергии. [ нужна ссылка ]

Система предназначена для запуска людей в целях космического туризма , исследования космоса и колонизации космоса с максимальным ускорением 3 g. [39]

Пневматическая отдельно стоящая башня

[ редактировать ]

Одна из предлагаемых конструкций представляет собой отдельно стоящую башню, состоящую из трубчатых колонн из высокопрочного материала (например, кевлара ), надутых газовой смесью низкой плотности, и с системами динамической стабилизации, включая гироскопы и «балансировку давления». [40] Предлагаемые преимущества по сравнению с другими конструкциями космических лифтов включают отказ от работы с конструкциями большой длины, используемыми в некоторых других конструкциях, строительство с земли, а не с орбиты, а также функциональный доступ ко всему диапазону высот в пределах практической досягаемости конструкции. Представленный проект расположен «на высоте 5 км и простирается до 20 км над уровнем моря», и авторы предполагают, что «подход может быть дополнительно масштабирован для обеспечения прямого доступа к высотам выше 200 км».

Основная трудность такой башни — коробление, поскольку это длинная и тонкая конструкция.

Пусковые установки для снарядов

[ редактировать ]

Любая из этих пусковых установок обеспечивает высокую скорость на уровне земли или вблизи нее. Чтобы достичь орбиты, снаряду необходимо придать достаточную дополнительную скорость, чтобы пробить атмосферу, если только он не включает дополнительную двигательную установку (например, ракету). Кроме того, снаряду необходимы либо внутренние, либо внешние средства для вывода на орбиту . Приведенные ниже конструкции делятся на три категории: с электрическим приводом, с химическим приводом и с механическим приводом.

Электромагнитное ускорение

[ редактировать ]

Электрические системы запуска включают массовые приводы, рельсотроны и койлганы . Все эти системы используют концепцию стационарной стартовой траектории, в которой для ускорения снаряда используется линейный электродвигатель той или иной формы.

Массовый драйвер

[ редактировать ]
Основная статья: Массовый водитель
Массовый драйвер запуска Луны (задумка художника).
Электродинамические взаимодействия в рельсотроне.

По сути, двигатель массы представляет собой очень длинную и в основном горизонтально расположенную стартовую трассу или туннель для разгона полезных нагрузок до орбитальных или суборбитальных скоростей. Концепция была предложена Артуром Кларком в 1950 году. [41] и был более детально разработан Джерардом К. О'Нилом , работающим с Институтом космических исследований , с упором на использование массового двигателя для запуска материала с Луны.

Массовый драйвер использует своего рода отталкивание, чтобы удерживать полезную нагрузку отдельно от пути или стен. Затем он использует линейный двигатель (двигатель переменного тока, например, в катушке, или униполярный двигатель , как в рельсотроне) для ускорения полезной нагрузки до высоких скоростей. После ухода с траектории запуска полезная нагрузка будет иметь стартовую скорость.

СтарТрамвай

[ редактировать ]
Основная статья: СтарТрам

StarTram — это предложение запускать аппараты прямо в космос, разгоняя их массовым драйвером. Транспортные средства будут плавать за счет отталкивания магнитной подвески между сверхпроводящими магнитами на транспортном средстве и алюминиевыми стенками туннеля, в то время как они ускоряются магнитным приводом переменного тока от алюминиевых катушек. Требуемая мощность, вероятно, будет обеспечиваться сверхпроводящими накопителями энергии, расположенными вдоль туннеля. Транспортные средства могли достигать низкой или даже геосинхронной орбитальной высоты; тогда потребуется запуск небольшого ракетного двигателя, чтобы сделать орбиту круговой.

Системы поколения 1, предназначенные только для грузовых автомобилей, будут ускоряться со скоростью 10–20 G и покидать вершину горы. Хотя они и не подходят для пассажиров, они могут вывести груз на орбиту по цене 40 долларов за килограмм, что в 100 раз дешевле, чем ракеты.

Системы поколения 2, способные перевозить пассажиров, будут ускоряться на гораздо большее расстояние со скоростью 2 G. Аппараты войдут в атмосферу на высоте 20 км из вакуумированного туннеля, удерживаемого кевларовыми тросами и поддерживаемого магнитным отталкиванием между сверхпроводящими кабелями в туннеле и на земле. В обеих системах поколений 1–2 горловина трубки будет открыта во время ускорения автомобиля, а воздух не попадет внутрь за счет магнитогидродинамической накачки. [15] [42] [43]

Химическая

[ редактировать ]

Космическая пушка

[ редактировать ]
Основная статья: Космическая пушка
Проект HARP , прототип космической пушки.

Космическая пушка — это предлагаемый метод запуска объекта в пространство помощью большой пушки с космическое . писатель-фантаст Жюль Верн Такой способ запуска предложил в «С Земли на Луну» , а в 1902 году был экранизирован фильм « Путешествие на Луну ».

Однако даже если « ствол пушки » пройдет через земную кору и тропосферу , перегрузки, необходимые для создания скорости отрыва, все равно будут больше, чем то, что терпит человек. Таким образом, космическая пушка будет ограничена грузовыми и прочными спутниками. Кроме того, снаряду необходимы либо внутренние, либо внешние средства для стабилизации на орбите.

В концепциях запуска пушек не всегда используется горение. В системах пневматического запуска снаряд ускоряется в длинной трубе давлением воздуха, создаваемым наземными турбинами или другими средствами. В газовой пушке давлением является газ с легкой молекулярной массой, чтобы максимизировать скорость звука в газе.

Джон Хантер из Green Launch предлагает использовать «Водородную пушку» для запуска беспилотных полезных нагрузок на орбиту за меньшую цену, чем обычные затраты на запуск.

Рам-ускоритель

[ редактировать ]
Основная статья: Ускоритель Ram

Прямоточный ускоритель также использует химическую энергию, как и космическая пушка , но он совершенно отличается тем, что он основан на двигательном цикле, подобном реактивному двигателю, с использованием прямоточного воздушно -реактивного двигателя и/или прямоточного воздушно-реактивного двигателя процессов сгорания для разгона снаряда до чрезвычайно высоких скоростей. Это длинная трубка, наполненная смесью горючих газов, с хрупкой диафрагмой на обоих концах, удерживающей газы. Снаряд, имеющий форму сердечника прямоточного реактивного двигателя, выстреливается другим средством (например, из космической пушки, о которой говорилось выше) на сверхзвуковой скорости через первую диафрагму в конец трубы. Затем он сжигает газы в качестве топлива, ускоряясь по трубе под действием реактивного движения. Другая физика вступает в игру при более высоких скоростях.

Ускоритель взрывной волны

[ редактировать ]

Ускоритель взрывной волны похож на космическую пушку , но отличается тем, что кольца взрывчатки по длине ствола взрываются последовательно, чтобы поддерживать высокое ускорение. Кроме того, вместо того, чтобы просто полагаться на давление позади снаряда, ускоритель взрывной волны специально рассчитывает время взрыва, чтобы сжать хвостовой конус снаряда, как можно выстрелить в тыквенное семя, сжимая конический конец.

Механический

[ редактировать ]

Слингатрон

[ редактировать ]

В слингатроне [23] [44] Снаряды ускоряются по жесткой трубе или дорожке, которая обычно имеет круговые или спиральные повороты или комбинации этих геометрий в двух или трех измерениях. Снаряд ускоряется в изогнутой трубке, приводя всю трубку в круговое движение малой амплитуды с постоянной или возрастающей частотой без изменения ориентации трубки, т. е. вся трубка вращается, но не вращается. Повседневным примером этого движения является перемешивание напитка, когда вы держите контейнер и перемещаете его небольшими горизонтальными кругами, заставляя содержимое вращаться, без вращения самого контейнера.

Это вращение постоянно смещает трубку с некоторой составляющей в направлении центростремительной силы, действующей на снаряд, так что работа над снарядом постоянно совершается по мере его продвижения через машину. Центростремительная сила, испытываемая снарядом, является ускоряющей силой и пропорциональна массе снаряда и обратно пропорциональна радиусу кривизны траектории.

Слингатрон способен развивать гораздо более высокие скорости, чем аналогичная круглая пусковая установка, основанная на вращающемся тросе, изготовленном из доступных в настоящее время материалов (например, Dyneema ). Максимальная скорость кончика вращающегося троса, независимо от его абсолютного масштаба, ограничена соотношением прочности и веса его материалов, поскольку трос должен поддерживать свою собственную массу под действием центростремительного ускорения, а также массу снаряда. В слингатроне центробежная сила снаряда вместо этого преобразуется в невращающуюся конструкцию, которая может быть настолько массивной, насколько это необходимо.

На самом деле приложение этой силы между направляющей трубкой и сверхбыстрым снарядом является одной из главных технических проблем слингатрона. В своей первоначальной статье доктор Дерек А. Тидман, изобретатель слингатрона, предположил, что для устранения трения снаряд должен поддерживаться за счет магнитной левитации в вакуумированной трубе. Позже Тидман вместо этого предположил, что снаряды с абляционной поверхностью могут скользить прямо по стенке направляющей трубки. На высоких скоростях испаренная поверхность снаряда будет образовывать газовую подушку, по которой снаряд будет двигаться, сводя к минимуму трение. Он предсказал, что большая часть энергии, теряемой на трение, пойдет на испарение аблятора, а не на эрозию направляющей трубки, что позволит слингатрону выгодно сравниться с легкими газовыми пушками с точки зрения износа ствола.

Именно это трение и определяет минимальный размер слингатрона при заданной массе снаряда и скорости запуска. При заданной скорости гусеница меньшего размера заставит снаряд испытывать большее центростремительное ускорение, сильнее прижимая его к гусенице и увеличивая трение. Если трение слишком велико, снаряд не сможет ускориться. Амплитуда вращательного движения гусеницы также не может быть увеличена для компенсации, поскольку она страдает от того же ограничения скорости кончика, что и простой вращающийся трос. Но, согласно анализу Тидмана, слингатрон, запускающий снаряды массой 1 фунт (454 г) со скоростью 6 км/с (около 80% орбитальной скорости), может иметь диаметр всего 11,2 метра. [45] хотя при скорости вращения более 10 000 об / мин такая пусковая установка должна иметь более высокую скорость вращения, чем некоторые жесткие диски.

Во всех более поздних конструкциях слингатрона Тидмана используется спираль , а не круговая дорожка. Снаряд стартует посередине и ускоряется за несколько оборотов по мере движения наружу, в то время как гусеница вращается с постоянной скоростью. Это не только удерживает снаряд в фазе, но и, при наличии достаточной мощности его двигателей, позволяет машине работать в скорострельном режиме, запуская снаряд с частотой один раз за оборот. Тидман умер в 2019 году. [46]

СпинЛаунч

[ редактировать ]

Американская аэрокосмическая компания SpinLaunch разрабатывает систему запуска на кинетической энергии , которая ускоряет полезную нагрузку на рычаге вакуумной центрифуги до такой степени, чтобы отправить ее в космос со скоростью до 4700 миль в час (7500 км/ч; 2,1 км/с). Затем ракета запускает свои двигатели на высоте примерно 200 000 футов (60 км) и достигает орбитальной скорости 17 150 миль в час (27 600 км/ч; 7,666 км/с) с полезной нагрузкой до 200 кг. По состоянию на 2023 год SpinLaunch провела несколько успешных пусковых испытаний прототипа масштаба в одну треть.

Воздушный запуск

[ редактировать ]
Основная статья: Воздушный старт

При воздушном запуске самолет-носитель поднимает космический корабль на большую высоту и скорость перед запуском. Эта технология использовалась на суборбитальных кораблях X-15 и SpaceshipOne , а также на орбитальной ракете-носителе Pegasus .

Основные недостатки заключаются в том, что самолет-носитель имеет тенденцию быть довольно большим, а разделение воздушного потока на сверхзвуковых скоростях никогда не демонстрировалось, поскольку придаваемое ускорение относительно скромное.

Космические самолеты

[ редактировать ]
Основная статья: Космический самолет
Художественная концепция гиперзвукового самолета НАСА X-43A с прямоточным воздушно-реактивным двигателем, прикрепленным к нижней части.

Космоплан — это летательный аппарат, предназначенный для преодоления границ космоса . Он сочетает в себе некоторые характеристики самолета с некоторыми характеристиками космического корабля . Обычно он представляет собой космический корабль, оснащенный аэродинамическими поверхностями , одним или несколькими ракетными двигателями, а иногда дополнительными воздушно-реактивными двигателями и .

Первые космические самолеты использовались для изучения гиперзвукового полета (например, X-15 ). [47]

Некоторые конструкции на основе воздушно-реактивных двигателей (см. X-30 ), такие как самолеты на основе прямоточных воздушно-реактивных двигателей или импульсно-детонационных двигателей, потенциально могут достичь орбитальной скорости или пойти другим полезным путем для достижения этой цели; однако эти конструкции все равно должны выполнить последний запуск ракеты в апогее, чтобы сделать траекторию круговой и избежать возврата в атмосферу. Другие многоразовые конструкции, подобные турбореактивным двигателям, такие как Skylon , в которых используются предварительно охлажденные реактивные двигатели со скоростью до 5,5 Маха перед запуском ракет для выхода на орбиту, по-видимому, имеют массовый бюджет, который позволяет использовать большую полезную нагрузку, чем чистые ракеты, при этом достигая ее за одну ступень.

Воздушный шар

[ редактировать ]

Воздушные шары могут поднять начальную высоту ракет. Однако воздушные шары имеют относительно низкую полезную нагрузку (хотя см. проект Sky Cat , где приведен пример воздушного шара-тяжеловеса, предназначенного для использования в нижних слоях атмосферы), и она еще больше уменьшается с увеличением высоты.

Подъемным газом может быть гелий или водород . Гелий не только дорог в больших количествах, но и является невозобновляемым ресурсом . Это делает воздушные шары дорогостоящим средством помощи при запуске. Можно использовать водород, поскольку его преимуществом является то, что он дешевле и легче гелия, но его недостатком является то, что он легко воспламеняется. Ракеты, запускаемые с воздушных шаров, известных как « роконы », были продемонстрированы, но на сегодняшний день только для суборбитальных («зондирующих ракет») миссий. Размер воздушного шара, который потребуется для поднятия орбитальной ракеты-носителя, будет чрезвычайно большим.

Один прототип платформы для запуска воздушного шара был изготовлен компанией JP Aerospace под названием «Проект Тандем». [48] хотя он не использовался в качестве ракеты-носителя. JP Aerospace также предлагает гиперзвуковую верхнюю ступень, легче воздуха. Испанская компания Zero2infinity официально разрабатывает систему запуска под названием Bloostar, основанную на концепции Rockoon , которая, как ожидается, будет введена в эксплуатацию к 2018 году. [49] [ нужно обновить ]

Джерард К. О'Нил предположил, что с помощью очень больших воздушных шаров можно будет построить космический порт в стратосфере . С него можно было бы запускать ракеты, а массовый двигатель мог бы ускорять полезную нагрузку на орбиту. [50] Преимущество этого метода заключается в том, что большая часть (около 90%) атмосферы находится под космопортом.SpaceShaft — это предлагаемая версия плавучей в атмосфере конструкции, которая будет служить системой для подъема грузов на околокосмические высоты , с платформами, расположенными на нескольких высотах , которые обеспечат жилые помещения для долгосрочных операций человека в средней атмосфере и ближней . Космические высоты. [51] [52] [53] При космическом запуске он будет служить неракетной первой ступенью для ракет, запускаемых сверху. [52]

Гибридные пусковые системы

[ редактировать ]
НАСА разрабатывает концепцию, сочетающую в себе три технологии: электромагнитный запуск с гипотетической трассы длиной 2 мили (3,2 км) в Космическом центре Кеннеди , прямоточный воздушно-реактивный самолет и ракету, предназначенную для использования после того, как воздушный запуск достигнет орбиты.

Отдельные технологии могут быть объединены. В 2010 году НАСА предположило, что будущий самолет с ГПВРД можно будет разогнать до 300 м/с (решение проблемы, связанной с невозможностью прямоточных воздушно-реактивных двигателей запуска при нулевой скорости воздушного потока) с помощью электромагнитных или других средств запуска салазок , в свою очередь запуская второй самолет с воздуха. Двухступенчатая ракета, доставляющая спутник на орбиту. [54]

Все формы пусковых установок снарядов представляют собой, по крайней мере частично, гибридные системы при запуске на низкую околоземную орбиту из-за требования к круговой орбите , что, как минимум, влечет за собой примерно 1,5 процента от общей дельта-v для поднятия перигея (например, горение крошечной ракеты), или, в некоторых концепциях, нечто большее, от ракетного двигателя для облегчения разработки наземного ускорителя. [15]

Некоторые технологии могут иметь экспоненциальное масштабирование, если используются изолированно, в результате чего эффект от комбинаций может оказаться нелогичным. Например, 270 м/с — это менее 4% скорости низкой околоземной орбиты , но исследование НАСА показало, что запуск салазок Maglifter с такой скоростью может увеличить полезную нагрузку обычной ELV ракеты на 80% при одновременном подъеме гусеницы. 3000-метровая гора. [55]

Формы наземного запуска, ограниченные заданным максимальным ускорением (например, из-за допусков перегрузки человека , если они предназначены для перевозки пассажиров), имеют соответствующий масштаб минимальной длины пусковой установки не линейно, а с квадратом скорости. [56] Тетеры могут иметь еще более нелинейное, экспоненциальное масштабирование. троса к массе полезной нагрузки Отношение массы космического троса будет около 1:1 при скорости кончика, равной 60% от его характеристической скорости , но станет более 1000:1 при скорости кончика, равной 240% от его характеристической скорости . Например, для ожидаемой практичности и умеренного соотношения масс с современными материалами концепция HASTOL предполагает, что первая половина (4 км/с) скорости выхода на орбиту будет обеспечиваться другими средствами, кроме самого троса. [11]

Предложение использовать гибридную систему, сочетающую в себе двигатель массы для первоначального подъема с последующей аддитивной тягой с помощью серии наземных лазеров, последовательно расположенных в зависимости от длины волны, было предложено Машаллом Сэвиджем в книге « Проект Тысячелетия» в качестве одного из основных тезисов книги. , но эта идея не получила сколько-нибудь заметного развития. Конкретные предложения Сэвиджа оказались неосуществимыми как с инженерной, так и с политической точки зрения, и хотя трудности можно было преодолеть, группа, основанная Сэвиджем и теперь называемая Фондом «Живая Вселенная» , не смогла собрать значительные средства для исследований.

Объединение нескольких технологий само по себе приведет к увеличению сложности и проблем разработки, но снижение требований к производительности данной подсистемы может позволить снизить ее индивидуальную сложность или стоимость. Например, количество деталей в жидкостном ракетном двигателе может быть на два порядка меньше, если он питается под давлением, а не насосом , если его требования к перепаду оборотов достаточно ограничены, чтобы сделать такое снижение веса практическим вариантом. , или высокоскоростная наземная пусковая установка может использовать на своем снаряде относительно умеренные характеристики и недорогой твердотопливный или гибридный небольшой двигатель. [57] Помощь неракетными методами может компенсировать потерю веса орбитальной , связанную с созданием многоразовой ракеты . Несмотря на то был суборбитальным , первым частным космическим кораблем с экипажем, , что SpaceShipOne у него были снижены требования к характеристикам ракеты, поскольку он представлял собой комбинированную систему с воздушным запуском . [58]

См. также

[ редактировать ]

Ссылки

[ редактировать ]
  1. ^ «Нет ракет? Нет проблем!» . Популярная механика . 05.10.2010 . Проверено 23 января 2017 г.
  2. ^ Георгий Дворский (30 декабря 2014 г.). «Как человечество покорит космос без ракет» . ио9 .
  3. ^ «Свежий взгляд на космическую солнечную энергию: новые архитектуры, концепции и технологии. Джон К. Мэнкинс. Международная астронавтическая федерация IAF-97-R.2.03. 12 страниц» (PDF) . Архивировано из оригинала (PDF) 26 октября 2017 г. Проверено 28 апреля 2012 г.
  4. ^ Роберт М. Зубрин (Пионер космонавтики); Кристофер П. Маккей. Исследовательский центр НАСА Эймса (ок. 1993 г.). «Технологические требования терраформирования Марса» .
  5. ^ SpaceCast 2020 — Отчет начальнику штаба ВВС (PDF) , 22 июня 1994 г., заархивировано (PDF) из оригинала 17 июля 2020 г.
  6. ^ Tsiolkovsky. "Исследование мировых пространств реактивными приборами" [The Exploration of Cosmic Space by Means of Reaction Devices] (in Russian).
  7. ^ https://aerospace.csis.org/data/space-launch-to-low-earth-orbit-how-much-does-it-cost/
  8. ^ Хиршфельд, Боб (31 января 2002 г.). «Космический лифт поднимается» . ТехТВ . G4 Media, Inc. Архивировано из оригинала 8 июня 2005 г. Проверено 13 сентября 2007 г. Впервые понятие было описано в 1895 году русским писателем К.Э. Циолковским в его «Рассуждениях о Земле и Небе и о Весте».
  9. ^ «Гиперзвуковой Скайхук». Аналоговая научная фантастика/научный факт . 113 (11): 60–70. Сентябрь 1993 года.
  10. ^ Ганс П. Моравец (октябрь – декабрь 1977 г.). «Несинхронный орбитальный Skyhook». Журнал астронавтических наук . 25 : 307. Бибкод : 1977JAnSc..25..307M .
  11. ^ Jump up to: а б Хойт, Роберт (24 июля 2000 г.). «Проектирование и моделирование тросовых средств для архитектуры орбитального запуска гиперзвукового самолета с космическим тросом (HASTOL)». 36-я совместная конференция и выставка AIAA/ASME/SAE/ASEE по двигательной технике . Рестон, Вирджиния: Американский институт аэронавтики и астронавтики. дои : 10.2514/6.2000-3615 .
  12. ^ Грант, Джон; Вилленберг, Харви; Тиллотсон, Брайан; Стемлер, Джозеф; Бангэм, Михал; Нападающий, Роберт (19 сентября 2000 г.). «Гиперзвуковой самолет космического тросового орбитального запуска - HASTOL - Двухступенчатая коммерческая система запуска». Конференция и выставка «Космос 2000» . Рестон, Вирджиния: Американский институт аэронавтики и астронавтики. дои : 10.2514/6.2000-5353 .
  13. ^ Jump up to: а б «Системы орбитальных колец и лестницы Иакова – I-III» , Дж. Бр. Интерпланета. Соц. , 1982, заархивировано из оригинала 5 апреля 2003 г.
  14. ^ Jump up to: а б США 6913224 , Дана Р. Йохансен, «Метод и система ускорения объекта», опубликовано 5 июля 2005 г.  
  15. ^ Jump up to: а б с «Проект Startram». Архивировано 27 июля 2017 г. на Wayback Machine : Запуск на магнитной подвеске: сверхнизкий сверх/большой объем доступа в космос для грузов и людей , Джеймс Пауэлл, Джордж Мейс и Джон Разер. Представлено для презентации на Международном форуме космических, двигательных и энергетических наук ППЭСИФ-2010. 23, 26 февраля 2010 г.
  16. ^ "Quicklaunch Inc." Архивировано 12 февраля 2010 года в Wayback Machine.
  17. ^ Грег Гебель (01.11.2019). «[4.0] Космические пушки» . Векторы .
  18. ^ «Дом – Зеленый старт» . Проверено 29 декабря 2023 г.
  19. ^ Арнольд, Р.; Кингсбери, Д. (1979). Космодром, часть I. Том. 99. Новый колледж Калифорнии. Аналоговая научная фантастика/научный факт. стр. 48–67.
  20. ^ Jump up to: а б «Сверхскоростная посадочная дорожка — Викиверситет» . ru.wikiversity.org . Проверено 25 ноября 2023 г.
  21. ^ «Можно ли вывести космический корабль на околоземную орбиту с помощью линейного вихретокового торможения на орбитальной взлетно-посадочной полосе?» . Обмен стеками по исследованию космоса . Проверено 25 ноября 2023 г.
  22. ^ «СпинЛаунч» . 04.11.2022 . Проверено 4 ноября 2022 г.
  23. ^ Jump up to: а б «Добро пожаловать на Slingatron.com» . 10 августа 2007 г. Архивировано из оригинала 10 августа 2007 года . Проверено 13 декабря 2021 г.
  24. ^ Слингатрон: строительство железной дороги в космос
  25. ^ Дерек А. Тидман (1998). «Массовые пусковые установки Слингатрон» . Журнал движения и мощности . 14 (4): 537–544. дои : 10.2514/2.5311 .
  26. ^ Кеннет Гатланд. Иллюстрированная энциклопедия космической техники .
  27. ^ Хиршфельд, Боб (31 января 2002 г.). «Космический лифт поднимается» . ТехТВ . G4 Media, Inc. Архивировано из оригинала 8 июня 2005 г. Проверено 13 сентября 2007 г. Впервые понятие было описано в 1895 году русским писателем К. Э. Циолковским в его «Рассуждениях о Земле и Небе и о Весте».
  28. ^ Jump up to: а б Лэндис, Джеффри А. и Кафарелли, Крейг (1999). «Пересмотр башни Циолковского». Журнал Британского межпланетного общества . 52 . Представлено в виде документа IAF-95-V.4.07, 46-й Конгресс Международной федерации астронавтики, Осло, Норвегия, 2–6 октября 1995 г.: 175–180. Бибкод : 1999JBIS...52..175L .
  29. ^ Лэндис, Джеффри (1998). «Сжимающие конструкции для запуска на Землю». 34-я совместная конференция и выставка AIAA/ASME/SAE/ASEE по двигательной технике . дои : 10.2514/6.1998-3737 .
  30. ↑ Хьельмстад, Кейт, «Структурный проект высокой башни» , Иероглиф , 30.11.2013. (получено 1 сентября 2015 г.)
  31. ^ Смитерман, Д.В. (август 2000 г.). Космические лифты. Передовая земно-космическая инфраструктура для нового тысячелетия (PDF) (Отчет). НАСА. CP-2000-210429.
  32. ^ Сармонт, Э., «Доступный для индивидуального космического полета» , доступный Spaceflight.com , заархивировано из оригинала 13 февраля 2007 г. {{citation}}: CS1 maint: неподходящий URL ( ссылка )
  33. ^ Богар, Томас; Бангэм, Михал; Нападающий, Роберт; Льюис, Марк (1999). «Система орбитального запуска гиперзвукового самолета в космическом пространстве (HASTOL) - результаты промежуточных исследований». 9-я Международная конференция «Космические самолеты, гиперзвуковые системы и технологии» . Рестон, Вирджиния: Американский институт аэронавтики и астронавтики. дои : 10.2514/6.1999-4802 .
  34. ^ «Что такое космический лифт?» . Архивировано из оригинала 26 марта 2017 г. Проверено 29 июня 2012 г.
  35. ^ Эдвардс, Брэдли Карл. Программа космических лифтов NIAC . Институт перспективных концепций НАСА
  36. ^ Нападающий, Роберт Л. (1995). «Бобовые стебли». Неотличимо от магии . п. 79. ИСБН  0-671-87686-4 .
  37. ^ Лил, Грегори (1 сентября 2018 г.), «Орбитальные кольца: настоящий Грааль мегаструктур» , Орбитальные кольца и построение планет: прелюдия к колонизации Солнечной системы
  38. ^ Юницкий, Анатолий, Выход в космос: общепланетарный аппарат SpaceWay , Струнные технологии Юницкого
  39. ^ Кейт Лофстром (25 мая 2002 г.). Энергетика, экономика и космический транспорт — Как оценить систему космического запуска (PDF) . Международная конференция по космическому развитию. Архивировано из оригинала (PDF) 26 февраля 2009 г.
  40. ^ Куайн, Б.М.; Сет, РК; Чжу, ZH (19 апреля 2009 г.). «Отдельностоящая конструкция космического лифта: практическая альтернатива космическому тросу». Акта Астронавтика . 65 (3–4): 365–375. Бибкод : 2009AcAau..65..365Q . CiteSeerX   10.1.1.550.4359 . дои : 10.1016/j.actaastro.2009.02.018 . hdl : 10315/2587 . (стр. 7.)
  41. ^ Кларк, Артур К., «Электромагнитный запуск как основной вклад в космические полеты», J. British Interplanetary Soc., 9 , № 6 (1950), стр. 261–267. Перепечатано в книге Артура Кларка, «Восхождение на орбиту: научная автобиография» , John Wiley & Sons, Нью-Йорк, 1984.
  42. ^ Пауэлл, Джеймс; Мейс, Джордж; Пеллегрино, Чарльз (23 октября 2013 г.). StarTram: Новая гонка в космос . Издательство «Обувная коробка». ISBN  978-1493577576 .
  43. ^ «Стартрам» .
  44. ^ Тидман, Дерек (2007). Слингатрон: механический сверхскоростной ускоритель массы . Трубкозуб Глобал. ISBN  978-1-4276-2658-5 . OCLC   247544118 .
  45. ^ Тидман, Дерек (12 июня 2005 г.), «Обзор слингатрона» (PDF) , Брифинг по концепциям будущего ВВС : 36 , получено 6 апреля 2024 г.
  46. ^ «Некролог Дерека Тидмана» , Washington Post , 31 мая 2019 г. , получено 6 апреля 2024 г.
  47. ^ Касманн, Фердинанд CW (1999). Мировой рекорд скорости самолета — Самые быстрые реактивные самолеты в мире (на немецком языке). Кольпингринг, Германия: Aviatic Verlag. п. 105. ИСБН  978-3-925505-26-3 .
  48. ^ «Тандем летит на высоту 95 085 футов!» . (по состоянию на 4 января 2015 г.)
  49. ^ Рейес, Тим (17 октября 2014 г.). «Пусковая установка Zero2Infinity направляет взгляд на звезды» . Вселенная сегодня . Проверено 9 июля 2015 г.
  50. ^ Джерард К. О'Нил (1981). 2081 год: обнадеживающий взгляд на будущее человечества . Саймон и Шустер. ISBN  9780671242572 .
  51. ^ «Космический вал: Или история, которая была бы немного прекраснее, если бы только кто-то знал…» Найт научной журналистики, Массачусетский технологический институт . Архивировано из оригинала 13 августа 2011 года . Проверено 21 апреля 2011 г.
  52. ^ Jump up to: а б «Космический вал» . www.spaceshaft.org. Архивировано из оригинала 27 августа 2011 года . Проверено 21 апреля 2011 г.
  53. ^ «3-я Международная конференция по космическим лифтам, конструкции тросов CNT и проблемам лунной индустриализации» (PDF) . Люксембург: EuroSpaceWard. 5–6 декабря 2009 г. Проверено 21 апреля 2011 г.
  54. ^ НАСА . «Новые технологии могут способствовать созданию революционной ракеты-носителя» . Проверено 24 мая 2011 г.
  55. ^ «Маглифтер: передовая концепция использования электромагнитной тяги для снижения стоимости космических запусков» . НАСА . Проверено 24 мая 2011 г.
  56. ^ «Постоянное ускорение» . Проверено 24 мая 2011 г.
  57. ^ Отчет об исследованиях ВВС США №. AU ARI 93-8: LEO по дешевке . Проверено 29 апреля 2011 г.
  58. ^ «СпейсШипУан» . Энциклопедия астронавтики. Архивировано из оригинала 23 января 2013 года . Проверено 25 мая 2011 г.
[ редактировать ]
Викискладе есть медиафайлы по теме неракетного космического запуска .
Retrieved from "https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Non-rocket_spacelaunch&oldid=1234200298"
Arc.Ask3.Ru: конец переведенного документа.
Arc.Ask3.Ru
Номер скриншота №: 341b0c509c4cb4df68f1ab2479ee9588__1720829400
URL1:https://arc.ask3.ru/arc/aa/34/88/341b0c509c4cb4df68f1ab2479ee9588.html
Заголовок, (Title) документа по адресу, URL1:
Non-rocket spacelaunch - Wikipedia
Данный printscreen веб страницы (снимок веб страницы, скриншот веб страницы), визуально-программная копия документа расположенного по адресу URL1 и сохраненная в файл, имеет: квалифицированную, усовершенствованную (подтверждены: метки времени, валидность сертификата), открепленную ЭЦП (приложена к данному файлу), что может быть использовано для подтверждения содержания и факта существования документа в этот момент времени. Права на данный скриншот принадлежат администрации Ask3.ru, использование в качестве доказательства только с письменного разрешения правообладателя скриншота. Администрация Ask3.ru не несет ответственности за информацию размещенную на данном скриншоте. Права на прочие зарегистрированные элементы любого права, изображенные на снимках принадлежат их владельцам. Качество перевода предоставляется как есть. Любые претензии, иски не могут быть предъявлены. Если вы не согласны с любым пунктом перечисленным выше, вы не можете использовать данный сайт и информация размещенную на нем (сайте/странице), немедленно покиньте данный сайт. В случае нарушения любого пункта перечисленного выше, штраф 55! (Пятьдесят пять факториал, Денежную единицу (имеющую самостоятельную стоимость) можете выбрать самостоятельно, выплаичвается товарами в течение 7 дней с момента нарушения.)