¿Los cohetes lanzados desde tierra podrían usar alas en las etapas?

¿Podría un cohete más lento o más pequeño aprovechar la sustentación si todas las etapas tuvieran alas?

¿Podrían las etapas reducir las fuerzas de impacto del amerizaje mediante el uso de un diseño similar a una vaina giratoria (como se muestra en la imagen a continuación)?

Vainas de semillas girando hacia el suelo Fuente: blog de Keith Blenman
Video de vainas de semillas girando hacia el suelo

SpaceX BFR Fuente: SpaceX a través de Wikimedia , dominio público
![SpaceX BFR

X-37B Fuente: xairforces.net
Dibujo y foto recortada del X-37B

Propulsor flyback Baikal con segunda etapa
El ala flyback se guarda encima y paralela al fuselaje Fuente: Fundación Rusa para Estudios Avanzados (FPI) a través de russianspaceweb
Baikal flyback booster con segunda etapa

¿Después de qué punto las alas no son útiles en el número de etapas, el tamaño o el peso del cohete?

Atribuya amablemente todas las imágenes y citas. ¡Gracias!
El X-37 está debajo de un carenado durante la parte atmosférica del ascenso, y sus alas no lo levantan; hace un reingreso y un aterrizaje deslizantes como el transbordador espacial.
Creo que ese es el módulo orbital del X-37 (propulsión, consumibles, etc.). Es extraño que también tenga alas; Sospecho que la razón para tenerlos (como mucho en torno al X-37) es clasificada. Además, ¿puede proporcionar citas de imágenes?
@AlexHajnal El X-37 es una pieza, no módulos separados; las superficies delanteras son alas, las traseras son una cola en V.
@RussellBorogove Estoy corregido.
¿Cuál es el uso de un ala si el cohete va directamente hacia arriba para salir de la atmósfera más densa para evitar cargas dinámicas y de arrastre debido al vuelo hipersónico?
@Uwe El X-37 es reutilizable. Utiliza esas alas para planear hasta un aterrizaje.
@AlexHajnal et al. Las fotos del X-37 después de aterrizar aquí ayudan a ilustrar que las dos aletas traseras en la parte posterior (abajo en esta vista) no son coplanares, sino que apuntan hacia nosotros, o "fuera de la página" en esta vista. (mi forma incómoda de decir "cola en V")
RLV-TD tenía sus alas y cola en V expuestas durante este lanzamiento de prueba, pero creo que se lanzará dentro de un carenado en el futuro)
El primer enlace de @uhoh también ilustra muy bien las precauciones que se deben tomar con la hidracina.
La nave a Marte de Von Braun tenía que ver con las alas: i.imgur.com/D67k1.jpg
@Hobbes En mi opinión, esta pregunta no es un duplicado. Esta pregunta trata sobre los pros y los contras de usar alas directamente en cohetes por razones aerodinámicas, mientras que esa pregunta trata sobre el uso de aviones alados (implícitamente sin cohetes) como primeras etapas y con fines logísticos.

Respuestas (5)

Aunque parece que nadie ha hecho girar toda la etapa de un cohete para frenarlo, se ha intentado algo similar. La extinta compañía de cohetes rotatorios estaba desarrollando el lanzador a órbita reutilizable de una sola etapa Roton™ que usaría palas similares a las de un helicóptero para reducir la velocidad y aterrizar. Un poco más de información al respecto se puede encontrar en Wikipedia .

refuerzo de rotor
Alan Radecki a través de Wikimedia Commons , GFDL/CC BY-SA 3.0

No presentes en la foto de arriba, las palas del rotor estaban unidas a la cúpula en la parte superior y dobladas contra el fuselaje durante el ascenso. Antes del reingreso, las palas se doblarían a una configuración de baja resistencia. Después del reingreso, las palas se moverían a una orientación horizontal y girarían (creo) usando propulsores en las puntas de las palas (la tapa y las palas girarían y el fuselaje permanecería estacionario). Luego, la nave volaría como un helicóptero (en autorrotación) hasta un aterrizaje controlado.

Hay algunas imágenes mucho mejores aquí (en "Galería de fotos" y "Galería de imágenes") pero no parecen tener licencia para su reutilización.

Hablando ingenuamente, creo que la diæresis encima de ula palabra reüse no ayuda a nadie a pronunciarla correctamente y solo refuerza la impresión de que el cartel puede ser un poco pretencioso hipercorrectiïst™. Pero eso es solo una hipótesis...
@leftaroundabout Ambas formas son igualmente válidas en inglés. Si siento que la diæresis (para usar una ortografía alternativa) juega un papel útil y, por lo tanto, la uso a menudo. Prefiero reservar la separación silábica para ciertas palabras compuestas y similares.
No es útil en absoluto. "Reutilizar" es una palabra inglesa completamente normal, que nadie tiene ninguna dificultad en analizar para que signifique "utilizar de nuevo". La diáresis parece extraña e interrumpe el flujo mientras el lector piensa: "¿Qué hace eso ahí?". Es, en el mejor de los casos, arcaico y, en estos días, al borde del error.
Lo de "reüse" es pura tontería que distrae. Ver aquí , aquí y aquí . No encontrarás diéresis por ningún lado. Del mismo modo "reentrada".
@TJCrowder y OED enumeran la "reutilización" como la única forma aceptable. Haz de eso lo que quieras.
@TJCrowder Si desea, tomaré una foto, la subiré y publicaré un enlace aquí. Entiendo su opinión y ciertamente puede usar cualquiera de las tres grafías. Prefiero usar uno diferente al tuyo y espero que lo respetes. Dicho esto, tendré en cuenta tu argumento en el futuro.
Apoyo totalmente el derecho de Alex a su diæreses. Sí, se ven un poco afectados; pero esa es sin duda su elección? Prefiero gustarme a mí mismo.
¿Quizás la diéresis es una diéresis?
@takintoolong Mismo símbolo, diferente uso. Básicamente, el primero no cambia el significado de una palabra mientras que el segundo sí lo hace. Por ejemplo, en inglés "coöperate" y "cooperate" significan lo mismo. Sin embargo, en alemán, el significado (y la pronunciación) cambia. Por ejemplo, "schön" significa "hermoso", mientras que "schon" significa "ya".
Alex está en buena compañía. La guía de estilo del New Yorker dicta una diéresis en la segunda de dos vocales idénticas , cuando esa vocal comienza una nueva sílaba. Entonces sí para reingresar y reeducar, no para reutilizar.

¿Podría un cohete más lento o más pequeño aprovechar la sustentación si todas las etapas tuvieran alas?

Las alas en la primera etapa pueden ser útiles; el cohete lanzado desde el aire Pegasus tiene alas en su primera etapa que proporcionan cierto impulso.

En la mayoría de los casos, no vale la pena usar alas en lanzadores orbitales; agregan resistencia y peso que generalmente no se compensa con la sustentación. Es muy poco probable que las alas en las etapas superiores sean beneficiosas.

Si lo miras bien, la primera etapa del Pegasus es el L1011, que tiene alas y vuela de regreso a tierra para ser reutilizado. Lo mismo ocurre con el avión de transporte de la (suborbital) Spaceship One and Two.
Para elaborar: según Wikipedia, el propósito de las alas y las superficies de control en Pegasus es principalmente el control de actitud. Además, la primera etapa (cohete) no se recupera. Del artículo vinculado: "El ala delta de 45 grados (de construcción de compuesto de carbono y perfil aerodinámico de doble cuña) ayuda a cabecear y proporciona algo de sustentación. Las aletas traseras proporcionan dirección para el vuelo de primera etapa, ya que el motor Orion 50S no lo hace tener una tobera de vectorización de empuje".
Skylon (que, lo sé, todavía es solo un diseño conceptual) usa alas y motores que respiran aire para llegar a Mach 5 más o menos con relativamente poco combustible. Este es el único ejemplo que conozco donde las alas juegan un papel importante en el ascenso de un concepto de cohete.
Las primeras etapas / aviones de transporte propulsados ​​por chorro no son cohetes , y eso es significativo porque un propulsor de cohetes realmente no se beneficia de las alas durante el impulso, y los cohetes son una mala combinación para algo que sí lo haría. Ahora, si coloca botellas RATO en su avión de transporte para operar desde un campo corto, entonces técnicamente , pero...
@ChrisStratton Los cohetes no se benefician mucho de las alas debido a sus trayectorias, no porque sean cohetes per se. Se ha considerado seriamente el uso de módulos jet en la primera etapa de un lanzador orbital convencional: yarchive.net/space/launchers/jet_first_stage.html
@RussellBorogove: los cohetes no se benefician de las alas específicamente porque son cohetes porque los cohetes pierden más en las trayectorias que podrían beneficiarse de las alas de lo que ganan con la elevación del ala, y para las trayectorias que podrían beneficiarse de las alas, los cohetes son lamentablemente ineficientes en comparación con las alternativas que funcionan bien allí: chorros de aire que respiran, que nuevamente no son cohetes, incluso si están presentes en un vehículo compuesto que también tiene etapas superiores de cohetes.

Los cohetes lanzados verticalmente necesitan empuje (fuerza en la dirección del movimiento), no sustentación (fuerza perpendicular a él). Las alas solo pueden proporcionar sustentación y arrastre (fuerza en contra de la dirección del movimiento), y un cohete lanzado verticalmente no necesita ninguna de esas cosas. Lo que necesita un cohete orbital es velocidad, así que cuanto menos resistencia, mejor.

Solo expandí un poco tu argumento. Siéntase libre de retroceder si lo desea.
Todo lo que esta respuesta hace por mí es hacerme reflexionar sobre la sabiduría de un cohete lanzado horizontalmente, no convencerme de que las alas son imprudentes. Después de todo, ¿no sería realmente genial si nuestro propulsor (dirigido horizontalmente) pudiera cumplir una doble función al acelerarnos a velocidades orbitales y brindarnos una fuente de sustentación para ganar altitud al mismo tiempo?
@DanielWagner, el punto es que si tiene un lanzamiento horizontal, estará en la atmósfera durante mucho más tiempo, lo que significa más arrastre con el tiempo (y, en mucha menor medida, elevación). La razón por la que los cohetes salen de la atmósfera hacia arriba y giran gradualmente a medida que salen es para minimizar el tiempo que pasan en la atmósfera. Al minimizar el tiempo que se pasa en la atmósfera, se minimiza la resistencia al paso del tiempo.
El punto de esta respuesta es que los cohetes son muy inferiores en eficiencia a los jets que respiran aire y generan empuje a velocidades lentas a moderadas durante el período prolongado de tiempo que requiere un ascenso a la altitud con elevación del ala. Si va a construir un propulsor de elevación de ala, le da motores a reacción y guarda los cohetes para las etapas superiores. Si le pones alas a un propulsor de cohete de lanzamiento vertical, son para recuperarse, no para escalar.
@DanielWagner Pero un motor de cohete ya cumple una doble función al proporcionar directamente ganancia de altitud y velocidad.
los cohetes lanzados verticalmente no permanecen verticales por mucho tiempo
@JCRM no, pero gastan una parte muy considerable de su combustible durante el ascenso vertical.

El cohete atraviesa las densas capas de la atmósfera en las primeras decenas de segundos después del lanzamiento. Además, estas alas son ineficaces. Baikal (en renderizado) es un avión cohete reutilizable. La mayor parte del tiempo se encuentra en capas densas de la atmósfera.

Sí, como las etapas inferiores del cohete +1

Suponiendo que el objetivo es la órbita terrestre (el resultado podría ser diferente para Marte), la energía cinética en una órbita baja es de unos 30 MJ/kg. De poco sirve elevar un cohete al nivel de, digamos, 20 km utilizando motores y alas que respiran aire para suministrar 0,2 MJ/kg de energía potencial antes de encender los motores del cohete.

Además, la energía cinética inicial (p. ej., el 1 % para una velocidad inicial del 10 % de la velocidad orbital) ni siquiera compensaría el peso estructural adicional necesario por parte del cohete para aceptar y distribuir la fuerza de sustentación, que es ortogonal a la inercia. fuerza con empuje de cohete. Este aspecto es menos importante para los cohetes pequeños.

Para minimizar el arrastre de la gravedad (aceleración perdida en dirección vertical antes de alcanzar la velocidad orbital), un cohete acelera rápidamente, por lo que pasa solo unos segundos en cualquier rango de velocidad para el que se podrían diseñar las alas. Este aspecto es menos importante para los cohetes tripulados (aceleración limitada).

¿Los cohetes lanzados desde tierra podrían usar alas en las etapas?
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