lanzar un cohete como una bala de un rifle de aire/vapor?

He incluido una imagen que muestra cómo se puede recuperar la energía de escape del lanzamiento de un cohete convirtiéndolo en una olla a presión a gran escala mediante el uso de algún tipo de plataforma = sabot (gracias @SolomonsSlow ) . ¿Podría esto funcionar? Y lo que es más importante, ¿ahorraría una cantidad valiosa de energía/combustible en, por ejemplo, el lanzamiento de un Falcon 9?

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Los tiempos se basan en un lanzamiento Starlink de Falcon 9. Supongo que los motores no se aceleran en el lanzamiento, pero dado que el tiempo de combustión total de la etapa 1 es de 170 s, esto podría ahorrar un aproximado del 3 % de combustible, suponiendo que obtenga la misma velocidad después de 12 s = 200 m, pero con los propulsores funcionando a un ritmo utópico 200% de eficiencia. Desafortunadamente, no sé lo suficiente sobre lanzamientos de cohetes para hacer un cálculo significativo.

Además, uno podría idear fácilmente otras formas de impulsar un cohete de una manera independiente del combustible del cohete (por ejemplo, volcar la energía del volante en un mecanismo de propulsión similar a un cañón de riel) que acelere aún más el cohete. ¿Por qué la gente no está haciendo esto? ¿Son tales esfuerzos simplemente no lo suficientemente eficientes como para perseguirlos?

No puedo responder, pero FYI: Su "plataforma" se parece un poco a lo que la industria de las armas de fuego llama sabot . Es decir, un "portador" liviano que se sella contra el interior del cañón del arma y que se desprende del proyectil poco después de salir del cañón. "Sabot" (suena como "sah*bow") es una antigua palabra francesa que significa "zapato".
Gracias @SolomonSlow ¡Editaré la publicación!
Suponiendo que se pueda modificar un cohete para que esto realmente funcione sin ninguna penalización de masa adicional (no es una suposición realista) y que en realidad podría lograr ese 3% de ahorro de propulsor para un Falcon 9 modificado, eso equivale a alrededor de $ 9000 en propulsor . El propulsor es literalmente más barato que la tierra, lo que complica las cosas y agregar infraestructura para ahorrar propulsor es generalmente una operación perdedora.
Diferente pregunta, misma respuesta: ¿ Por qué los cohetes no se lanzan en movimiento?
@ChristopherJamesHuff ¿Por qué habría una sanción masiva? En cualquier caso, el argumento del propulsor me parece inválido, ya que podría reemplazarlo más o menos con carga útil, lo que equivaldría a un valor mucho, mucho más alto que $ 9K, ¿verdad?
No olvide que los motores de los cohetes están diseñados para funcionar de manera óptima en el fluido en el que vuelan, ya sea en el aire o en el espacio; de esa manera se acumulan diferencias sustanciales en el rendimiento. Un motor que tiene que operar en un modo de alta presión probablemente perdería un rendimiento significativo en comparación con la presión a nivel del mar.
@PDiracDelta, la base del cohete no está construida para resistir las fuerzas que estarías ejerciendo sobre él. El cohete en su conjunto solo está construido para ser propulsado por el empuje de los motores. Evitar que emerja del tubo como una gran bola de fuego costará una masa estructural adicional. Y no, no puedes simplemente reemplazar el propulsor con carga útil. La carga útil se transporta hasta la órbita, la mayor parte del propulsor se gasta en los primeros minutos de vuelo. Además, pocos vuelos están cerca del límite de masa, y si fuera un problema, sería más barato hacer un cohete un poco más grande.
@MikeBrockington en este caso es aún peor porque los motores Merlin usan turbobombas que expulsan al aire libre. Presionar la base para levantar el cohete básicamente significaría tapar sus tubos de escape, lo que, si no los destruyera, interferiría con el bombeo del propulsor. Necesitaría agregar tuberías para que puedan escapar al aire a presión ambiental y seguir bombeando propulsores a las cámaras de combustión.

Respuestas (2)

Su método de lanzamiento destruiría un cohete no modificado por el calor y la presión del escape. Los rociadores de agua reducirían un poco el calor, pero no la presión.

El efecto sería muy, muy pequeño. El cohete tiene que alcanzar una altura de 400 km y una velocidad de 8 km/s. Si se hacen 100 m de altura en 8 segundos, la velocidad media es de solo 12,5 m/s, un poco más de una milésima parte de los 8000 m/s necesarios. Una milésima de velocidad equivale a una millonésima de energía.

Es como intentar acelerar un coche de carreras (con el motor en marcha) arrancando a presión durante los primeros metros.

OK, entonces entiendo que en realidad esto: a) no destruiría el cohete pero proporcionaría un valor agregado bajo, o b) tendría suficiente energía para hacerlo ir al menos algo rápido, cubriendo los 200 m en mucho menos de 12 s, pero también probablemente destruyendo el cohete. Entonces, en conclusión: para que esto funcione, los motores de los cohetes deben modificarse para soportar la enorme presión, lo que resulta en una gran aceleración, que hace que el cohete se dispare como una bala de un arma. Supongo que esto impone restricciones innecesariamente estrictas al motor, ya que después de 200 m la presión externa vuelve a ser atmosférica -> ineficiente. ¿Correcto?
@PDiracDelta, su pensamiento está en la línea de lanzar un cohete desde un avión, es decir, usar otro dispositivo para ahorrar los requisitos de energía de lanzamiento. Generalmente conocido en el lenguaje de los cohetes como "la primera etapa".
@PDiracDelta Los grandes tanques del cohete para combustible y oxígeno líquido son mucho más sensibles a la presión externa y al calor que el motor del cohete. Si los 200 m se recorren en 1 s en lugar de 10 s, obtienes 200 m/s en lugar de 20 m/s, pero aún necesitas 8000 m/s, es decir, 2,5 % en lugar de 0,25 %.

¿Ahorraría una cantidad valiosa de energía/combustible en, por ejemplo, un lanzamiento de Falcon 9?

¿Tal y como está? No. Necesitaría una primera etapa completamente nueva capaz de sobrevivir al calor y la presión del lanzamiento (que levante la mano ahora, ¿a quién le gusta la idea de tanques de combustible líquido para cohetes a la parrilla y posiblemente bastante frío?), así como motores que puedan operar de manera eficiente . en un ambiente muy caliente y de alta presión.

Más importante aún, necesitaría construir un conjunto completamente nuevo de instalaciones de lanzamiento, improvisar algunos prototipos, hacer estallar un montón de ellos, hacer que algunos funcionen y luego vender la capacidad de lanzamiento con un descuento para animar a las personas a usar su nuevo no probado y arriesgado. lanzador, etc

En ese sentido, el hecho de que ahorre o no un pequeño porcentaje de combustible se ve contrarrestado por el enorme costo inicial y el riesgo. No es una gran compensación.

Además, uno podría idear fácilmente otras formas de impulsar un cohete de una manera independiente del combustible del cohete (por ejemplo, volcar la energía del volante en un mecanismo de propulsión similar a un cañón de riel) que acelere aún más el cohete. ¿Por qué la gente no está haciendo esto? ¿Son tales esfuerzos simplemente no lo suficientemente eficientes como para perseguirlos?

Ya hay cohetes lanzados desde el aire de varios colores y sabores... el primero que me viene a la mente que se utiliza para poner en órbita cargas reales útiles es el Pegasus . Hay cosas suborbitales más famosas como SpaceShipOne , por supuesto, y también el misil antisatélite ASM-135 , que nunca se usó.

Los sistemas de asistencia de lanzamiento basados ​​en tierra parecen ser ejercicios académicos perpetuos, pero tal vez algún día obtengamos algún tipo de primera etapa de levitación magnética . La idea de MagLifter surgió en 1994. También existen pistas de prueba que no son de levitación magnética .

La cosa es que los aburridos cohetes de combustible líquido de la vieja escuela funcionan . Tienen un precio razonable y son razonablemente confiables. Todavía no hay suficientes incentivos para jugar con alternativas.

Sin embargo , para algo que se parece un poco a lo que está pensando, puede buscar un estilo de cohete popular pero afortunadamente poco usado: el misil balístico lanzado desde submarino.

Para citar el proceso de lanzamiento de Titan II descrito aquí :

Los misiles TRIDENT se lanzan desde el submarino mediante un sistema generador de vapor. Se enciende un pequeño generador fijo de gas de grano sólido y su escape se dirige a través del agua de refrigeración hacia la base del tubo de lanzamiento. El misil es expulsado del tubo, a través del agua y hacia la superficie. En ese momento, el motor cohete de primera etapa del misil se enciende y envía el misil en su camino.

Tenga en cuenta que el generador de gas no es parte del cohete en sí; eso ahorra un poco de masa y complejidad de puesta en escena adicional.

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