¿Hay una aceleración óptima para la primera etapa en LEO?

Sé que todos los trabajos de ingeniería se basan en compromisos, y el diseño de cohetes no es una excepción. Un cohete debe ir lo más rápido posible a gran altura para evitar volar durante mucho tiempo y a gran velocidad en la atmósfera.

Además, el cohete puede acelerar cada vez más a medida que es más ligero mientras quema combustible y los motores siguen siendo los mismos (casi el mismo empuje).

Subir más rápido puede aumentar la Q máxima (alta velocidad a menor altitud).

Acelerar demasiado rápido puede exceder las tolerancias de aceleración de la carga útil.

Acelerar rápidamente requiere motores potentes (y quizás poco combustible o tanques más pequeños para reducir el peso).

Sin conocer todas las restricciones y parámetros para optimizar el lanzamiento de un cohete, me pregunto si existe un perfil de aceleración óptimo para el despegue del lanzador. Como parece amplio, la cuestión se restringe a los primeros minutos de vuelo (más o menos desde el despegue hasta los 150 km de altura) ya los vuelos poniendo carga útil en LEO.

¿Hay alguna primera etapa de cohetes que llegue a LEO?
¿Óptimo para qué métrica? ¿Costo? ¿Hora de orbitar? ¿La luminosidad del fuselaje se debe al calentamiento de la piel?
Tiene que ser el último.
@RussellBorogove Creo que el OP pregunta de buena fe. Si tiene alguna idea, ¿por qué no compartirla con el OP en lugar de hacer una broma a expensas del OP? Cuando alguien está tratando de entender algo, aún no sabe la respuesta. En este caso, la existencia de cualquier óptimo razonable sería una contribución útil, pero mire lo inteligente que soy puede ser confuso para muchos usuarios, por lo tanto, no es útil.
El problema no es que el OP no sepa cuál es la respuesta; el problema es que no sabemos cuál es la pregunta . Mis opciones son hacer una pregunta aclaratoria o votar para cerrar como "poco claro". Mi floritura tiene la intención de llevar a casa la ambigüedad de la pregunta tal como está.
@RussellBorogove, ¿por qué no ir hasta el final y votar para eliminar la respuesta que ya se publicó agregando el comentario "esto no puede ser una respuesta a la pregunta, ya que la pregunta claramente no está clara"? Creo que es una pregunta absolutamente razonable y creo que sería genial si las personas se sintieran bienvenidas aquí para hacer este tipo de preguntas sin la sensación de que están siendo reprendidas. El sitio Math Overflow existe para aquellos demasiado ilustrados para Math SE. ¿Quizás necesitamos un desbordamiento de cohetes para los científicos de cohetes entre nosotros?
Poéticamente, la respuesta (mi respuesta) es básicamente una versión ampliada del comentario de Russell. Aunque soy un científico espacial. Sin embargo, ¿es de esperar que sea útil?

Respuestas (1)

Como parece suponer en su pregunta, la respuesta es "no".

No existe un único perfil de aceleración óptimo. En general, desea estar en la aceleración vertical máxima para reducir las pérdidas de gravedad y elevarse por encima de la atmósfera densa; la aceleración máxima está limitada por cosas como

  • estrés en la carga útil
  • tensión en el fuselaje
  • calefacción aerodinámica
  • costo/disponibilidad de motores con suficiente empuje y capacidad de estrangulamiento

Como señala astutamente el comentario de Russell, el óptimo involucra incluso más factores que eso y depende esencialmente del sistema/situación.

Agreguemos una métrica importante: costo por kg en órbita. Dado que los tanques de combustible grandes y los combustibles son más baratos que los motores potentes, el perfil de aceleración habitual estará muy por debajo del óptimo al menos en la fase inicial del vuelo, lo que resultará en pérdidas por gravedad más altas de lo estrictamente necesario, pero un precio más bajo en la primera etapa, lo que más que hace para el gasto extra de combustible.
@SF "muy por debajo del óptimo" ¿en qué medida?
@RussellBorogove: TWR -> tiempo de vuelo permaneciendo en maxQ -> tiempo para orbitar -> Delta-V.
¿Hay una aceleración óptima para la primera etapa en LEO?
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