Vozdushni Start, rakétákat indít a levegőből - Eureka
Daniel Marín blogja
Az űrrakéták repülőgépről történő indításának gondolata meglehetősen régi. Az elmúlt évtizedekben több tucat olyan projekt készült, amely képes műholdak orbitális pályára állítására a légi indítórendszerek segítségével, de csak az észak-amerikai Orbital vállalat Pegasus XL-jének sikerült megvilágosodnia. És miért ez a megszállottság ez a kíváncsi módszer? Nagyon egyszerű, mert a légcseppek elég elegáns módszerek a hordozórakéta energiaveszteségének minimalizálására. Nézzük meg röviden, hogyan.
Amikor rakétát indítunk az űrbe, számos tényező hátráltatja a jármű teljesítményét. A legfontosabb a gravitációs veszteségeknek köszönhető, vagyis annak az energiának, amelyet a rakétának kell befektetnie a Föld gravitációs kútjának elhagyásába. Minél több időt töltünk a rakéta keringési sebességre gyorsításával, annál nagyobbak a veszteségek, ezért a korai szakaszban nagyobb tolóerővel rendelkező indító rendszerek hatékonyabbak. Általában egy rakéta 1–1,5 km/s sebességet veszít a Föld gravitációjával szemben, ezért sokkal több üzemanyagot kell szállítania, mint amire szüksége lenne, ha nulláról gyorsulna el a gravitációs kútnál. Ennek a tényezőnek a csökkentése érdekében az lenne az ideális megoldás, ha a rakéta a lehető legrövidebb ideig függőleges úton maradna, és vízszintes helyzetbe kerülne, amint felszáll, de ez a követelmény ütközik egy másik tényezővel, például a légköri súrlódással.
És ez az, hogy a légköri súrlódás egy másik probléma, amelyet figyelembe kell venni, bár az a furcsa körülmény fordul elő, hogy a nagyobb rakéták kevésbé érintettek, mint a kicsiek (a súrlódás a felszíntől függ, de a rakéta tömege a térfogattól függ). Annak ellenére, hogy a légköri súrlódás nem okoz nagyon komoly energiaveszteséget (kb. 150 m/s), a hordozórakétákat úgy kell megtervezni, hogy azok ellenálljanak a hőnek és a feszültségeknek, amelyek a maximális hőmérsékleten való áthaladás során jelentkeznek. dinamikus nyomás (Max Q), követelmények, amelyek a rendszer végtömegének növekedését eredményezik. A súrlódás miatti energiaveszteség csökkentése érdekében a rakéták függőleges pályát követnek, amíg el nem hagyják a Föld légkörének nagy részét, és csak ezután változtatják meg a pályájukat, amíg el nem érik a vízszintes szintet, hatékonyabban minimalizálják a Föld gravitációs kútja által okozott veszteségeket.
Az energiahatékonyság csökkenésének harmadik tényezője az, hogy rakétát indított el az Egyenlítőtől eltérő szélességi fokon lévő bázisról. A pályaindítás ideális az, ha a Föld forgását a lehető legjobban kihasználjuk a jármű hasznos terhelésének növelése érdekében (hacsak nem akarunk eljutni egy poláris pályára). És ha geostacionárius pályára akarunk jutni (itt van a műholdas indító üzlet), akkor rendkívül érdekeltek vagyunk, hogy kihasználjuk ezt a kis extra lökést, amelyet a Föld nyújt számunkra. Ha felszállunk az Egyenlítőből, további 300-400 m/s sebességet adhatunk rakétánknak.
Ezért, ha egy szubszonikus síkból 10 kilométeres magasságban rakétát indítunk, mindezeket a veszteségeket jelentősen csökkenthetjük. A nagyobb indítási magasság kisebb gravitációs veszteségeket jelent, és az alacsonyabb légköri sűrűség drámai módon csökkenti a súrlódást (az alacsony sűrűség további további előnye, hogy az első fokozatú motorok fúvókái hatékonyabban megtervezhetők). Ezenkívül a repülőgép akár az Egyenlítőtől is elindíthatja a rakétát, ha szeretnénk, bár valójában ki is használhatjuk az esetleges pályákat. Ebben az esetben a korlátozások a földi infrastruktúrára összpontosulnak (megfigyelő állomások, biztonsági előírások, indulási repülőterek stb.).