¿Cuál es la ubicación óptima para lanzar cargas útiles al espacio exterior?

Escenario imaginario : EE. UU., Rusia, China, Europa, India y todas las empresas espaciales privadas en el medio combinan recursos para un programa sostenido de exploración espacial más allá de la Tierra. Pueden elegir cualquier ubicación en la Tierra para el sitio de lanzamiento de su nuevo programa.

Pregunta : En cuanto a la energía, ¿cuál es la ubicación más óptima en la Tierra para lanzar cohetes?

¿Sería una plataforma de lanzamiento en el Monte Chimborazo (1° 28′ 9″ S, 78° 49′ 3″ W), la plataforma de lanzamiento más eficiente en la Tierra en términos de delta-V? ¿O la distancia desde el centro de la Tierra no contribuye mucho a la energía requerida para lanzar una carga útil al espacio?

Nota : Me doy cuenta de que construir una plataforma de lanzamiento en una montaña y enviar cohetes a la montaña no es muy eficiente en sí mismo, pero tengo curiosidad.

Reapertura según los votos de reapertura (desde que envejecieron) y los comentarios (desde que se eliminaron como obsoletos) de que esta pregunta es más que solo sobre la altitud y la resistencia atmosférica discutida en Efecto de la resistencia atmosférica en los lanzamientos de cohetes y beneficios de los sitios de lanzamiento a gran altitud . Está estrechamente relacionado, pero este no es un duplicado del sugerido. Sugeriría una edición de la pregunta para aclarar estos puntos y evitar que se cierre nuevamente en el futuro. ¡Gracias!
Cayambe sería mejor que Chimborazo: la cima de Chimborazo está un poco más alejada del centro de la Tierra, pero la cima de Cayambe está más alejada del eje de la Tierra (debido a su mayor proximidad al ecuador; de hecho, el ecuador atraviesa el flanco sur de Cayambe) que la de Chimborazo, y, por lo tanto, se mueve más rápido a medida que gira la Tierra.

Respuestas (1)

El ecuador disfruta de una ventaja ya que se mueve alrededor de 0,47 km/segundo. Otros puntos de la superficie terrestre se mueven a esta velocidad * cos(latitud). Entonces, por ejemplo, el Centro Espacial Kennedy a 28º grados de latitud se mueve 0,47 km/s * cos(28º) que es 0,42 km/s. Así que el Centro Espacial Ecuatorial de la Guayana Francesa disfruta de una ventaja de 0,05 km/s sobre KSC.

En cuanto a cimas de montañas como Chimborazo:

6,4 kilómetros es aproximadamente 1/1000 del radio de la tierra. Entonces, si elegimos el radio de la tierra como nuestra unidad de longitud, es 1 contra 1.001.

La aceleración de la gravedad es GRAMO METRO / r 2 . 1 / 1.001 2 = .998 . Así que la ventaja de la gravedad es de alrededor del 0,2%.

La llamada fuerza centrífuga es ω 2 r . ω 2 ∗ 1.001 da una ventaja de .1% sobre ω 2 ∗ 1 .

Estas son ventajas insignificantes por un precio enorme.

Un poco más interesante es la atmósfera enrarecida de la cima de la montaña, aproximadamente la mitad del nivel del mar. Todavía no justifica el gasto de construir una plataforma de lanzamiento en la cima de una montaña alta. Necesitas llegar hasta alrededor de 100 km antes de que el aire sea lo suficientemente delgado como para hacer la quemadura principal para alcanzar la velocidad orbital.

También es bueno tener una plataforma de lanzamiento en una costa este para que la etapa de refuerzo no caiga en un área poblada. Desafortunadamente hay gente que vive abajo de Chimborazo.

Somalia está en el ecuador y tiene una costa este. A menudo he pensado que este sería un lugar excelente para un centro espacial. Pero creo que la inestabilidad política es el factor decisivo en este caso.

"Un poco más interesante es la atmósfera enrarecida de la cima de la montaña..." No olvide que los motores están ajustados (típicamente) para una presión particular. Dudo que ajustarlos a las condiciones más enrarecidas en la cima de una montaña haga una mayor diferencia en las ganancias mínimas que citaste, pero vale la pena señalarlo.
@AndrewThompson pero necesitas superar menos arrastre porque ya estás por encima de la mitad de la atmósfera
@AndrewThompson La velocidad de escape de Merlin es de 3 km/s en el vacío y de 2,73 km/s al nivel del mar. Creo que la velocidad de escape estaría en algún lugar entre esos números para media atmósfera.
@brillig, el barco todavía necesita escalar unos 90 kilómetros para hacer la quema principal. La mayor parte de la pérdida de ascenso es pérdida de gravedad durante el ascenso, no de la resistencia atmosférica.
Solo por curiosidad, ¿la pérdida de ascenso debido a la pérdida de gravedad durante el ascenso ocurre porque uno va lento para a) evitar la pérdida por arrastre, o b) evitar el alto estrés mecánico inducido por el arrastre?
@uhoh, no soy un experto, pero creo que el ascenso lento se debe principalmente a la relación empuje-peso. Podríamos aumentar T/W agregando más motores de cohetes, pero eso consumiría más de la muy delgada fracción de masa seca disponible.
@Hohmannfan ¡Gracias por la corrección! Me siento como un idiota cometiendo errores aritméticos estúpidos.
@HopDavid Si está preparado para un desafío, hay una recompensa en esa pregunta de transferencia tangencial nuevamente. Espero que finalmente se pueda solucionar.
Si las potencias globales estuvieran realmente, realmente, realmente, realmente, realmente interesadas en este tipo de programa e igualmente interesadas en la rentabilidad, entonces estoy seguro de que se unirían para "invertir" en una "solución" para la inestabilidad política de Somalia.
La pérdida de gravedad durante el ascenso es una función de la rapidez con la que asciende. No es que los cohetes no puedan tener una relación T/W más alta, es que están diseñados para no hacerlo porque el arrastre y el estrés mecánico debido al arrastre serían demasiado. Tal vez la Boring Company de Elon Musk podría hacer un túnel de tren conveniente hasta la cima de una gran montaña cerca del ecuador. Levantar masa a través de un tren será mucho más barato por kg*m que levantarlo a través de un cohete.
pero probablemente sería más barato y más conveniente hacer un lanzamiento aéreo a la órbita, como SpaceShipOne.
Cuando agregué la contrapresión de la boquilla (efectos ISP atmosféricos) a mi optimizador de trayectoria, inmediatamente comenzó a tratar de mover a Kennedy a una altura de 10,000 m para tratar de superar la mayor parte de la atmósfera antes de clavarlo al nivel del mar y dejar de dar. es cualquier elección en la materia. Basado en eso, me aventuraría a suponer que el Everest vencería a Chimborazo porque al eliminar los 10,000 m inferiores de la sopa atmosférica frente a solo 6,000 m, vencería gravitacionalmente la ventaja increíblemente pequeña que tiene Chimborazo.
@lamont (verificándolo...) Unos 9 km para el Everest. Esa es una atmósfera sustancialmente más delgada. También la latitud es 28º, bastante cerca del ecuador. Entonces se está moviendo .9 la velocidad de Chimborazo. Creo que tienes razón. Everest es mejor que Chimborazo.
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