Войти
Пример помощи при запуске ракетных салазок: предложение НАСА Maglifter для получения более 500 тонн начальная скорость ракеты с горы. A запуск салазок, также известный как система помощи при запуске с земли, помощь при запуске с катапульты и запуск с трамплина - это предлагаемый способ запуска космических транспортных средств. Согласно этой концепции, ракета-носитель поддерживается направляющей на восток или направляющей на магнитной подвеске, которая идет вверх по склону горы, в то время как внешняя сила используется для разгона ракеты-носителя до заданной скорости. Использование приложенной извне силы для начального ускорения снижает количество топлива, которое необходимо нести ракете-носителю для достижения орбиты. Это позволяет ракете-носителю нести большую полезную нагрузку и снижает стоимость выхода на орбиту. Когда величина скорости, добавляемой к ракете-носителю наземным ускорителем, становится достаточно большой, становится возможным одноступенчатый полет на орбиту с многоразовой ракетой-носителем.
Что касается гиперзвуковых исследований в целом, на гусеницах базы ВВС Холломан по состоянию на 2011 год были испытаны небольшие ракетные сани, движущиеся со скоростью до 6453 миль в час (10 385 км / ч; 8,5 Маха).
По сути, небесная рампа сделает самую дорогую, первую ступень ракеты полностью многоразовой, поскольку салазки возвращаются в исходное положение для дозаправки и могут быть повторно использованы в течение нескольких часов после использования. Существующие ракеты-носители имеют ориентированные на производительность затраты тысяч долларов за килограмм сухого веса ; Запуск саней будет направлен на снижение требований к производительности и окупаемость затрат на оборудование при частых и повторяющихся запусках. В конструкции саней с наклонным рельсом для горного базирования часто используются реактивные двигатели или ракеты для ускорения установленного на них космического корабля. Электромагнитные методы (такие как Bantam, Maglifter и StarTram ) - это еще один метод, исследуемый для ускорения ракеты перед запуском, потенциально масштабируемый для больших масс и скоростей ракеты, чем запуск с воздуха.
Ракеты, неся с собой собственное топливо, используют подавляющее большинство его в начале своего полета, ускоряясь вблизи земли, как закреплено в уравнение ракеты. Спейс шаттл израсходовал более трети топлива только для того, чтобы разогнаться до 1000 миль в час (1600 км / ч). Если бы начальная скорость была обеспечена за пределами собственного топлива, у ракеты было бы намного меньше потребности в топливе, и большая часть стартовой массы могла бы приходиться на полезную нагрузку и оборудование.
Из-за факторов, включая экспоненциальный характер уравнения ракеты и более высокий тяговый КПД, чем если бы ракета взлетала с места, НАСА Исследование Maglifter показало, что запуск ракеты ELV со скоростью 270 м / с (600 миль в час) с горного пика на высоте 3000 метров может увеличить полезную нагрузку до LEO на 80% по сравнению с такой же ракетой с обычной стартовой площадки . Горы такой высоты доступны на материковой части США для облегчения логистики или ближе к экватору, чтобы получить немного больше выгоды от вращения Земли. Среди других возможностей более крупная одноступенчатая система вывода на орбиту (SSTO) могла бы быть уменьшена взлетная масса на 35% с помощью такой помощи при запуске, упав до 4 вместо 6 двигателей в одном рассматриваемом случае.
При ожидаемом КПД, близком к 90%, электрическая энергия, потребляемая на запуск 500-тонной ракеты, составит около 30 гигаджоулей (8300 кВтч) (каждый киловатт-час стоит несколько центов при текущей стоимости электричество в США), не считая дополнительных потерь при хранении энергии. Это система с низкими предельными затратами, в которой преобладают первоначальные капитальные затраты. Несмотря на то, что это фиксированная площадка, по оценкам, она обеспечивает существенное увеличение полезной нагрузки для значительной части изменяющихся азимутов запуска, необходимых для различных спутников, с маневрированием ракеты на ранней стадии всплытие после запуска (альтернатива добавлению электродвигателя для последующего изменения наклонения орбиты ). Стоимость направляющих на магнитной подвеске оценивалась в 10–20 миллионов долларов на милю в исследовании 1994 года, в котором предполагалось, что ежегодные затраты на техническое обслуживание магнитолевой системы составляют порядка 1% капитальных затрат.
Запуск салазок помогает транспортному средству набирать высоту, и предложения обычно включают гусеницу, изгибающуюся в гору. Преимущества любой системы запуска, запускаемой с большой высоты, включают уменьшение сопротивления силы тяжести (стоимость подъема топлива в гравитационном колодце). Более разреженный воздух снизит сопротивление воздуха и сделает двигатель более эффективной. Сопла ракеты имеют разные формы (степени расширения), чтобы максимизировать тягу при разном давлении воздуха. (Хотя аэрокосмический двигатель НАСА для Lockheed Martin X-33 был разработан для изменения геометрии, чтобы оставаться эффективным при различных давлениях, аэродинамический двигатель увеличил вес и сложность; Финансирование X-33 было отменено в 2001 году; другие выгоды от помощи при запуске сохранятся, даже если аэроскобовые двигатели дойдут до летных испытаний).
Например, воздух на 39% тоньше на высоте 2500 метров. Более эффективная геометрия факела ракеты и уменьшенное трение в воздухе позволяют двигателю быть на 5% более эффективным в зависимости от количества сожженного топлива.
Еще одно преимущество запусков с большой высоты состоит в том, что они устраняют необходимость дросселировать двигатель, когда достигнут предел max Q. Ракеты, запускаемые в плотной атмосфере, могут лететь с такой скоростью, что сопротивление воздуха может вызвать повреждение конструкции. При достижении максимального Q двигатели отключаются, пока ракета не поднимется достаточно высоко, чтобы они могли возобновить полную мощность. Атлас V 551 является примером этого. Максимальное значение Q достигается на высоте 30 000 футов. Его двигатель снижается до 60% тяги в течение 30 секунд. Это пониженное ускорение увеличивает сопротивление силы тяжести, которое ракета должна преодолеть. Кроме того, двигатели космических кораблей, связанные с max Q, более сложны, поскольку их необходимо дросселировать во время запуска.
При запуске с большой высоты не нужно снижать скорость до максимального значения Q, так как он начинается над самой толстой частью атмосферы Земли.
Дебора А. Грант и Джеймс Л. Рэнд в книге «Система запуска с помощью воздушного шара - большой подъемный шар» писали: «Некоторое время назад было установлено, что ракета, запускаемая с земли, способная достигать 20 км, будет сможет достичь высоты почти 100 км, если он будет запущен с 20 км ». Они предполагают, что небольшие ракеты поднимаются над большей частью атмосферы с помощью воздушного шара, чтобы избежать проблем, описанных выше.
Ракетные сани на полигоне Чайна-Лейк достигли скорости 4 Маха при несущей массе 60 000 кг. Гусеница салазок, обеспечивающая скорость запуска в 2 Маха или выше, могла бы сократить расход топлива на орбиту на 40% или более, помогая при этом компенсировать потерю веса при нацеливании на создание полностью многоразовой ракеты-носителя. Гусеница на высокой горе, расположенная под углом 55 ° к вертикали, могла позволить одной ступени перемещаться по орбите многоразового транспортного средства без каких-либо новых технологий.
