¿Los métodos de lanzamiento espacial sin cohetes más eficientes y factibles hacia el futuro?

Estoy escribiendo una novela que tiene lugar en un futuro en el que recién comenzamos a volvernos interestelares, pero los costos aún son bastante altos y el propósito es definitivamente el estudio científico, la exploración, etc. FTL no es una opción. Dentro del sistema solar estamos bastante avanzados en el sentido de que hemos colonizado Marte, Venus, un buen número de asteroides, varias lunas de Júpiter, Saturno. . . . no ha pasado mucho tiempo (unos cuantos siglos como máximo; aún trabajando en los detalles), por lo que la terraformación se encuentra en etapas muy tempranas o no se intenta en absoluto; pero la minería de asteroides es extremadamente lucrativa y, en general, la humanidad está muy bien establecida en términos de colonias orbitales, viajes espaciales y demás.

No estoy seguro de que todos esos antecedentes sean útiles, pero quería dar una idea general. Mi pregunta es ¿qué métodos de lanzamiento espacial sin cohetes serán los más destacados en las diversas etapas del avance humano? Investigué un poco y parece que, con el tipo de recursos que le doy a mi civilización, un anillo orbital podría ser una opción muy buena. . . . aumentado, por supuesto, por lanzadores de proyectiles individuales y otras cosas utilizadas por corporaciones individuales, etc. . . . pero voy tras el método más eficiente en general, aquí. No he encontrado nada que compare los costos de construcción exactos y las capacidades de carga útil y demás. ¿Alguien tiene un enlace? Si no, ¿alguna idea?

A medida que la humanidad avanza, por supuesto, tenemos que asumir cierto grado de innovación tecnológica. Entonces, un ascensor espacial podría ser inviable hoy en día en parte debido a las limitaciones tecnológicas; pero en el futuro debo asumir que será posible? Probablemente, al menos EVENTUALMENTE. Entonces, ¿en qué momento en el futuro estas cosas serán lo suficientemente posibles como para que sean más rentables que, digamos, un método menos avanzado que podría ser más realista a corto plazo? ¿Sería inviable algo como un anillo orbital durante tanto tiempo que los trenes de arranque, los impulsores de masa, las armas o lo que fuera predominaran primero? ¿Es mi impresión que serían más fáciles correctos o totalmente equivocados?

¿Tiene sentido mi pregunta? Además, estoy preguntando particularmente sobre la Tierra aquí, pero cualquier pensamiento aleatorio sobre otros asuntos, como la atmósfera más ligera de Marte que hace que un ascensor espacial sea más realista, sería bienvenido. ¡Gracias!

¿De qué tamaño estamos hablando? Hay una diferencia entre construir un sistema basado en ataduras (que técnicamente podríamos hacer hoy), un ascensor espacial (que podremos hacer pronto) y un anillo orbital completo (que llevará bastante tiempo todavía)
en.wikipedia.org/wiki/Non-rocket_spacelaunch Hay una buena descripción general de los sistemas más populares aquí.
Múltiples conjuntos de láseres disparados al propulsor para sobrecalentar el agua y generar sustentación... muy divertido pero el costo hace que parezca poco práctico.
Alt+F12, Establecer órbita
Para cuerpos más pequeños y/o cuerpos sin atmósfera, conceptos como un ascensor espacial o lanzadores de proyectiles son mucho más fáciles de realizar. En la Tierra, un motor de cohete que respira aire sería un gran paso adelante (piense en un avión de pasajeros pero en LEO).
@ user6760 ¿No sigue siendo un cohete? Estás lanzando masa de reacción para generar empuje...
Trebuchet nuclear, donde una explosión de alcance inferior al kilotón se contiene de forma segura dentro de un cilindro masivamente fuerte, girando un brazo largo y una honda para lanzar la carga útil...
pistola de bobina gigante? gran primavera? tirachinas literal? ¿aire comprimido? ¿alguna tecnología ondulada a mano? de todos modos, esas son solo mis ideas que suenan interesantes, pero una vez que piensas en ellas nunca funcionan.
@ user6760 el agua en realidad le daría un peor rendimiento que un cohete hidrolox. Preferiría que su propulsor principal fuera hidrógeno, por las mismas razones por las que desea hidrógeno para cohetes térmicos nucleares. Tal vez mezclar aire en la Tierra, pero como dijiste, hay problemas de practicidad con el uso de este enfoque en la Tierra.

Respuestas (7)

Realmente solo tienes tres opciones principales para ponerte en órbita:

  1. Cohetes / empuje continuo
  2. Ascensor espacial
  3. Como proyectil de un "Big Gun" (Toda tu velocidad adquirida a la vez)

Los ascensores espaciales han sido discutidos hasta la saciedad y viceversa. Son el estándar de oro para el acceso económico al espacio, pero son, con mucho, los más difíciles de construir y mantener. Sin mencionar que serían un gran punto de falla para que cualquier grupo hostil ataque.

Desea alejar los cohetes, por lo que lo siguiente que debe considerar son los lanzamientos basados ​​​​en "proyectiles". El concepto general es que tu carga útil orbital se acelera en tierra.
El problema con la aceleración de su carga útil en el espacio a velocidades orbitales dentro de una atmósfera es la atmósfera... y la aceleración. Las fuerzas G causadas solo por la resistencia probablemente estarían más allá de la supervivencia humana (si se lanzan desde el nivel del mar).

Podría hacer que un buque no tripulado se lance desde un cañón de riel masivo de varias millas de largo dentro de un tubo de vacío, instalado a la mayor altura posible para mitigar esos desafíos. Incluso entonces necesitarás quemar un cohete para corregir tu órbita en algo estable.

Un enfoque interesante es una forma de cohetes llamada propulsión por ablación láser ( https://en.wikipedia.org/wiki/Laser_propulsion ) en la que tiene un sistema láser basado en tierra que vaporiza una placa en la parte inferior de su vehículo de lanzamiento y la presión de la columna de plasma te aleja.

Siendo realistas, el futuro probablemente combinará múltiples enfoques en lugar de depender completamente de uno solo.

Imagine una enorme pista de acelerador magnético circular que lleva gradualmente un vehículo de lanzamiento tripulado a velocidades "bastante rápidas pero sobrevivientes". Eso lanza y gana algo de velocidad adicional desde un sistema láser basado en tierra. Luego usa cohetes químicos para alcanzar un gancho celestial ( https://www.youtube.com/watch?v=dqwpQarrDwk ) ¡y se apaga!

También existe el potencial de los cohetes nucleares, pero probablemente serán un tabú para los lanzamientos con destino a la Tierra para siempre.

...pero ME GUSTAN los cohetes nucleares... :( Todavía +1
El problema con el enfoque del "cañón grande" es que su trayectoria siempre volverá a pasar por la ubicación del arma, o más abajo , si la resistencia del aire no es despreciable. Si el arma no está en órbita, esto es un problema para cualquier cosa que quiera alcanzar la órbita, y si el arma está en órbita, entonces tienes el problema del huevo y la gallina de cómo llegar a él. Puedes disparar desde un arma terrestre a un arma en órbita, por supuesto, pero eso solo te pondrá en el mismo lugar: tendrás que compensar una gran diferencia de velocidad de alguna manera.
@anaximander - ¿... leíste toda la respuesta? El último párrafo de la sección "pistola" termina: "Incluso entonces necesitarás quemar un cohete para corregir tu órbita en algo estable".
@anaximander: Hay literatura (Verne 1865) de un lanzamiento lunar de "cañón grande" donde se calculó la trayectoria para dar como resultado un impacto lunar. Me pregunto si la hipotética trayectoria posterior al impacto habría continuado hasta cerca del sitio del arma. Ahora tengo que ir a visitar la biblioteca e investigar y hacer matemáticas .
@codeMonkey Aparentemente, debería mantenerme alejado de Stack Exchange cuando no tengo suficiente cafeína.
El "arma grande" tiene muchos más problemas que solo la trayectoria. Escribí sobre eso en la pila de Space. TLDR: necesita un túnel masivo de al menos 2 veces la longitud del Gran Cañón. espacio.stackexchange.com/questions/41135/…
@computercarguy, de hecho, hay problemas con el enfoque "Big Gun". De ahí la línea "El problema con la aceleración de su carga útil en el espacio a velocidades orbitales dentro de una atmósfera es la atmósfera... y la aceleración". Su análisis sobre el diseño del túnel es bastante completo. +1 Algunas consideraciones adicionales son el uso de un CERN como un tubo acelerador circular de etapas múltiples para evitar tunelizar cientos de kilómetros. Sin embargo, no hace falta decir que hay enormes desafíos tecnológicos.
@abestrange, supongo que me perdí esa oración y estaba más comentando sobre otros comentarios. Lo siento por cualquier confusión. Voté su respuesta, ya que ofrece una buena sinopsis de los diferentes métodos que menciona. Tienes el ascensor espacial y la propulsión láser con los que iba a responder. :-)
No olvides la fuente espacial: en.wikipedia.org/wiki/Space_fountain

Ascensores espaciales

La clave aquí es usar una cinta muy delgada de cables de nanofibra de carbono en lugar de un cable de metal enorme como se representa con mayor frecuencia en la ciencia ficción.

Si bien se suponía que un ascensor espacial costaría más de un billón de dólares, los avances en la tecnología de nanofibras de carbono han dado lugar a nuevas ideas sobre el diseño de ascensores espaciales que podrían costar tan solo 6200 millones de dólares para construir el primero y sólo alrededor de 2 mil millones por ascensor después de eso. Y podrían tener un costo operativo de solo ~100 USD por kilogramo.

A modo de comparación, el costo final del sistema interestatal de EE. UU. fue de unos 129 mil millones de dólares... y eso fue hace décadas; entonces, en cuanto a la inflación, piense más cerca de 740 mil millones de dólares. Entonces, por el mismo precio relativo que el proyecto de construcción interestatal de EE. UU., se podrían construir alrededor de 370 ascensores espaciales con una capacidad de elevación total de alrededor de 1,5 millones de libras por día y operar a un costo que es 27 veces más barato que un cohete SpaceX Falcon 9 por kg. y unas 545 veces más barato que un transbordador espacial.

La raza humana necesitaría aumentar seriamente nuestra capacidad para producir en masa nanofibras de carbono de alta calidad para que esto suceda, pero ser capaz de alcanzar los niveles requeridos de refinamiento y producción no debería tomar más de unas pocas décadas a partir de ahora cuando miras en las tendencias actuales.

Me sorprendería mucho si los primeros ascensores espaciales fueran realmente tan baratos como este, ya que seguramente habrá algunos obstáculos imprevistos que superar, pero una vez que un país construye la primera docena de estos, parece bastante razonable suponer que el precio podría bajar a la cifra más conservadora de 2 mil millones de dólares.

Por lo tanto, enviar cosas hacia arriba y hacia abajo al espacio seguiría siendo más costoso que el flete normal, pero en comparación, muy asequible. Dado que menciona la minería espacial, muchos de los metales preciosos que puede obtener de un asteroide valen más de 100 $/lb, por lo que la importación de plata, oro, platino, iridio, etc. podría ser económicamente viable.

... En cuanto a Marte

Marte se beneficiaría mucho si se quedara con los cohetes por un tiempo porque la gravedad más baja convierte el problema de la "tiranía de los cohetes" en más del problema de la "inconveniencia de los cohetes". Mientras que los cohetes en la Tierra están hechos de aleaciones costosas y llenos de combustibles de primera calidad solo para desperdiciar el 95% de su masa al entrar en órbita, en Marte se pueden producir combustibles de mucho menor grado y usar materiales menos eficientes para construir cohetes que pueden transportar 20- 40 veces más grande de una carga útil para su tamaño. En Marte también debes considerar las limitaciones de la industrialización. No es la Tierra; por lo tanto, la mano de obra es MUY limitada y la industrialización es mucho más riesgosa.

No voy a poner en duda tu cifra de 6,2 B para un ascensor espacial, pero el presupuesto de 2021 para la Nasa es de 23,3 billones. Me gustaría imaginar que si un ascensor espacial fuera realmente tan barato, comenzaríamos a investigar la producción ayer.
Para ser justos, Marte tiene algunos beneficios para el uso del ascensor espacial: la longitud es más corta, y si puedes moverlo, Deimos está casi en la órbita que te gustaría que fuera tu ancla superior para el ascensor espacial. Desventaja: Phobos está en el camino, y tendrás que moverlo o construir tu ascensor para evitarlo cuando pase.
@abestrange La NASA no es una organización tan unificada como cabría esperar. Está compuesto por muchos departamentos diferentes y agencias de contratación civil con sus propios presupuestos. El documento vinculado fue publicado por el Instituto de Conceptos Avanzados de la NASA (NIAC), que no tenía el presupuesto para seguir esto solo. No puedo encontrar ningún recurso que diga que la NASA ha demostrado que esta idea no funcionará; así que parece que nunca lo han intentado.
Si bien la NASA tiene el presupuesto para probar un ascensor espacial, tendrían que cancelar MUCHOS contratos para liberar esos fondos, lo cual es difícil en una época en la que su presupuesto ya se sigue recortando.
@notovny Estoy de acuerdo en que se beneficiaría de uno, pero no tanto como lo haría la Tierra. Mi punto no es que nunca verás un ascensor espacial en Marte, solo que dudo que Marte tenga la capacidad industrial para comenzar a construirlos en un futuro cercano.
@Nosajimiki Mi punto no era decir que la Nasa sin ayuda cortaría todo y haría un ascensor espacial, más que si fuera un ascensor espacial tan relativamente barato en comparación con lo que ya gastamos en Space, seguramente habría un gran impulso para hacerlo realidad en un futuro próximo. Como referencia, la ISS ha costado un estimado de $ 150 mil millones. Tal vez ha habido algunos avances sorprendentes en la ciencia de los materiales, pero AFAIK, un ascensor espacial se ubicaría como uno de los esfuerzos humanos más grandes y costosos de todos los tiempos.
"los cohetes en la Tierra están hechos de aleaciones costosas y llenos de combustibles de primera calidad": en su mayoría son de aluminio, y los costos de combustible están en el error de redondeo (a menos que estés contando cohetes sólidos). Si el cohete de acero inoxidable que quema metano de SpaceX alcanza sus objetivos de costo, podría igualar esa cifra de $ 100 / kg sin las muchas limitaciones de los ascensores en términos de rendimiento o órbitas alcanzables. 1,5 millones de libras serían solo 6-7 lanzamientos de Starship... con 370 sitios de lanzamiento, los vehículos de lanzamiento tipo Starship podrían generar 82 millones de libras en ~15 minutos.
@abestrange Siempre escuché lo mismo, pero muchas de esas estimaciones se concibieron en un momento en que las nanofibras de carbono aún no existían y los científicos lo visualizaron como un cable de metal gigantesco, pero el documento adjunto de la NASA propone una solución alternativa de una cinta de fibra de carbono que podría ser tan delgada como para reducir su costo de material a solo 390 millones de dólares.
@ChristopherJamesHuff Space X ha hecho GRANDES avances para reducir el costo de los vuelos espaciales, esto es cierto, pero el Faclon-9 aún cuesta $ 2700/kg y se supone que Starship reducirá el precio a $ 720/kg.
Se espera que los costos marginales de lanzamiento de @Nosajimiki sean menos de $ 1 millón, la mayor parte del costo son costos fijos. En el mejor de los casos, el costo de lanzamiento con una tasa de vuelo alta sería de $ 10-20/kg. Más conservadoramente, quieren que cueste menos que el Falcon 1... eso sería $ 70/kg. $ 720/kg requeriría un costo de lanzamiento de $ 72 millones, lo que de alguna manera significaría costar más que un Falcon 9 gastando todo el hardware.
Nitpick: el 95% de la masa no se desperdicia en llegar al espacio , gran parte se gasta en llegar a la órbita . Enviar una carga útil a más de 100 km (la línea Karman) no consume tanto combustible como darle la velocidad lateral para permanecer allí. Fuente: he estado jugando a la aplicación Spaceflight Simulator últimamente, y poner mis naves en órbita requiere mucho más combustible que simplemente hacer que mis naves ascendentes vayan directamente hacia arriba.
Se necesita la cita de @ChristopherJamesHuff. Puede que me equivoque, pero sospecho que está viendo el costo por kg del cohete en sí, pero necesita ver el costo por kg de la carga útil (cosas que no son el cohete que puede llevar al espacio). Estadísticas alrededor Internet varía un poco, pero la carga útil máxima de un Falcon 9 es de 22 000 kg y el lanzamiento de un cohete parece costar entre 62 y 27 millones. Los cohetes más baratos de la serie Falcon 1 cuestan técnicamente menos, de 6 a 11 millones por lanzamiento, pero no pueden transportar más de 420 a 1000 kg de carga útil.
@CodeswithHammer Nitpicky quizás, pero esa es una buena distinción. Actualicé mi respuesta en consecuencia.
@Nosajimiki no, no estoy "mirando el costo por kg del cohete en sí", lo que sea que eso signifique. Te das cuenta de que Starship puede transportar más de 100 toneladas métricas, ¿verdad? Lo que significa que es la carga útil , no la masa seca o húmeda del vehículo. Con un costo marginal de $ 1M/lanzamiento, dada una tasa de vuelo suficiente para amortizar los costos fijos, eso equivale a $ 10/kg. Con tarifas de vuelo reales, apuntan a 2 millones de dólares por lanzamiento ( space.com/spacex-starship-flight-passenger-cost-elon-musk.html ), pero incluso si termina costando tanto como el lanzamiento de un Falcon 1 , vienen por menos de $ 100/kg.
@Nosajimiki La propuesta de Edwards de 2003 hizo algunas suposiciones optimistas sobre la preparación de los nanotubos de carbono. Ha habido algunas evaluaciones de viabilidad tecnológica más recientes realizadas por la Academia Internacional de Astronáutica en 2013 y 2019. El hallazgo principal fue que el material de sujeción suficientemente fuerte podría estar listo alrededor de ~2030. en.wikipedia.org/wiki/Space_elevator#21st_century

Hay dos estructuras que aún no se han mencionado:

Fuente espacial##

ingrese la descripción de la imagen aquí

Artículo de Wikipedia aquí: https://en.wikipedia.org/wiki/Space_fountain Este es un diseño muy inteligente y relativamente fácil de construir. El principio básico es este: Dispara una corriente de perdigones de metal a alta velocidad a través de un tubo de vacío. Gire el tubo hacia arriba 90 grados con un imán grande para que los gránulos viajen hacia arriba. Gire los gránulos en la parte superior 180 grados para que viajen hacia abajo nuevamente. El chorro de gránulos levantará todo el conjunto por los aires.

Bucle de lanzamiento

ingrese la descripción de la imagen aquí

Artículo de Wikipedia aquí: https://en.wikipedia.org/wiki/Launch_loop Esta es una superestructura que tiene 2 000 km de largo y es similar a la fuente espacial. Suena genial, pero el gran obstáculo es dónde construirlo, ya que 2 000 km es mucho espacio, y la única propiedad inmobiliaria que creo que funcionaría en la tierra sería África del Norte, o flotar en el océano.

Látigo espacial

No estoy seguro de poder hacerle justicia, pero en su libro Seveneves, Niel Stephenson postuló un medio novedoso para entrar en órbita. Tienes un satélite con dos cables muy largos y gruesos a cada lado, que gira sobre un eje tangente a la curvatura de la tierra, por lo que en todo momento, un cable se acerca a la tierra y el otro se aleja. La cuestión es que la rotación del satélite no necesita ser muy rápida para que el movimiento al final del látigo sea mucho, mucho más rápido, como restallar un látigo. Así que simplemente tienes que volar lo suficientemente alto como para alcanzar el final del látigo (en el libro, un personaje lo hizo usando un traje nanotecnológico de alas voladoras, simplemente atrapando perezosamente las corrientes ascendentes hasta que alcanzó la altitud requerida, pero no es necesario que lo hagas). consigue eso exótico, cualquier avión normal podría hacer el truco), y agárrate al extremo del látigo cuando pase por encima. El latigazo resultante te lanzará a la órbita, simplemente sepárelo cuando llegue lo suficientemente alto/rápido. El látigo en el otro lado del satélite descenderá hacia la Tierra y recogerá a otro pasajero, por lo que permanecerá en una rotación estable en órbita. Varios de estos satélites podrían colocarse en varias órbitas geoestacionarias para proporcionar un fácil acceso al espacio desde cada una de sus ubicaciones. El libro también presentó uno más grande con una órbita no geoestacionaria que puede visitar varios lugares prohibidos mientras gira alrededor del planeta.

He visto lo mismo (o al menos similar) con el nombre de Skyhook. en.wikipedia.org/wiki/Skyhook_(estructura)

Ningún sistema de lanzamiento puede realmente hacer el trabajo completamente sin cohetes, incluso un ascensor espacial necesitará cohetes para cambiar cosas a órbitas que no se cruzan con el ascensor espacial. ( Querrás poner cosas en tales órbitas, en parte porque la gente se enfadará al cruzar el ascensor espacial). Hacer los cambios necesarios en las órbitas puede quitar fácilmente una buena parte de la propulsión del cohete que se necesitaría para llegar a la órbita de destino. directamente.

Resulta que los cohetes son realmente buenos en lo que hacen, y es muy difícil pensar en una alternativa que sea mejor que simplemente hacer que la parte del cohete sea un poco más grande. Las alternativas como los controladores masivos y los elevadores también tienen problemas de rendimiento... tiene un gran cuello de botella en su tráfico... y nuevamente, solo apunte a órbitas específicas. Los cohetes pueden ir más o menos a cualquier lugar desde cualquier lugar con un soporte de lanzamiento y una infraestructura de apilamiento/abastecimiento de combustible, lo que los convierte en un enfoque mucho más escalable para mover material.

Tal vez el lanzamiento asistido por rayos podría ser útil, lanzar vehículos usando rayos láser o microondas desde el suelo para calentar su propulsor. Los vehículos serían más complicados y se requeriría más infraestructura, pero podrían conseguir un mejor impulso específico. Tenga en cuenta que esto no ha sido históricamente un intercambio que haya resultado en costos más bajos. Podría ser un enfoque que funcione mejor lejos de la Tierra, donde se necesita menos empuje y potencia y hay menos clima que interfiere con los rayos.

Esto es cierto siempre que clasifique los propulsores de iones o de plasma como cohetes, ya que podrían usarse para ajustar órbitas. Usaremos alguna forma de "tirar la materia por la espalda lo más rápido que puedas" durante MUCHO tiempo.
@abestrange Estoy considerando que esos son cohetes, pero también tenga en cuenta que cualquier cosa menos que un elevador requerirá algo de mayor empuje, e incluso con un elevador, probablemente querrá un sistema de alto empuje para cambiar la órbita de la carga útil fuera del elevador y obtener a su destino en un tiempo razonable.

En orden creciente de los volúmenes de lanzamiento requeridos para la viabilidad:

  1. Cosas para ayudar en el proceso de lanzamiento del cohete de alguna manera. Cosas como globos para atravesar la mayor parte de la atmósfera antes de comenzar con los cohetes, aviones espaciales , skyhooks y otros . Estos tienen costos relativamente bajos, funcionan con la tecnología actualmente disponible y pueden generar ahorros de costos con volúmenes de lanzamiento relativamente bajos. Es probable que estas sean las primeras cosas que tomen el relevo de los cohetes y se utilicen para construir nuestra infraestructura orbital.
  2. Sistemas de reemplazo de cohetes localizados. Estas son cosas que se pueden hacer en un área geográfica relativamente pequeña. Todos son mucho más caros que los anteriores, pero no implican una cooperación internacional a gran escala y pueden suponer un ahorro neto de costes con volúmenes de lanzamiento moderados (en términos relativos). Cosas como ascensores espaciales , fuentes espaciales , impulsores de masa (y variantes de los mismos ), que se acumulan, en los límites exteriores de los bucles de lanzamiento "localizados" . Estos vendrán una vez que tengamos infraestructura orbital (al menos suficiente para que sean financieramente viables), y se utilizarán para una expansión más allá de eso.
  3. Anillos orbitales . Estos tienen su propia categoría, porque son así de ridículos. Estos son el final del juego para los métodos de ir de la tierra al espacio: ridículamente costosos al principio, pero reduciendo los costos de lanzamiento a casi nada, esencialmente en todo el mundo, y requieren cooperación global incluso para comenzar a construir. Esencialmente, no tiene sentido construirlos hasta que un porcentaje significativo de nuestra industria esté en el espacio, cuando quieres que cosas como viajar al espacio para trabajar sean viables.
Una de las principales ineficiencias que veo en los lanzamientos de cohetes desde tierra es que la atmósfera es principalmente una carga más que un activo. El aire es solo una fuente de arrastre en su mayor parte. Los aviones espaciales toman mucho de ese arrastre y lo convierten en un útil impulsor.
@Crazymoomin Los cohetes grandes no pierden casi nada por la resistencia atmosférica, porque salen de la atmósfera muy rápido. El Saturno V tuvo 1534 m/s en pérdidas por gravedad pero solo 40 m/s en pérdidas por arrastre ( gravityloss.wordpress.com/2008/01/10/… ). La sustentación no surge de la nada, las relaciones L/D hipersónicas apestan y los aviones espaciales tienen que lidiar con la resistencia aerodinámica durante mucho más tiempo que los cohetes convencionales. Se suma: islandone.org/Propulsion/SCRAM-Spencer1.html
@ChristopherJamesHuff No necesita volverse hipersónico hasta que la atmósfera sea lo suficientemente delgada, cerca o cuando estaría en modo cohete de todos modos. Es cierto que no hay tanta resistencia, pero el aire sigue siendo una carga, sería mejor que el cohete despegara en el vacío. Sin mencionar la necesidad de llevar mucho menos oxidante. Será posible calcular una curva de velocidad que optimice la relación L/D para la densidad atmosférica sin dejar de alcanzar la velocidad orbital. Si tarda un poco más en llegar a la órbita, no importa.
@Crazymoomin si no se vuelve hipersónico en la atmósfera, antes de cambiar a cohetes, tampoco obtiene muchos beneficios de la respiración de aire o la elevación aerodinámica ... solo la altitud le brinda muy poco. Peor aún, llevas más masa alar para alcanzar esa altitud a una velocidad más baja. En cuanto a LOX, LOX es fácil de transportar, siendo solo moderadamente criogénico y de alta densidad.
Los diseños de aviones espaciales SSTO de @ChristopherJamesHuff que he visto entrar en modo cohete alrededor de Mach 5, por lo que realmente no están entrando en territorio hipersónico hasta entonces. Las alas no son enormes, pero lo suficientemente grandes como para generar algo de sustentación. Diría que LOX todavía agrega una penalización de peso significativa. Si no hubiera beneficios de rendimiento para los aviones espaciales, no los estaríamos desarrollando. Tal vez las matemáticas no funcionen para las cargas útiles más grandes, pero para lanzamientos más pequeños, es probable que los números sean diferentes.
La ventaja de un anillo orbital es que requiere materiales menos fuertes que un ascensor espacial para ser viable. Por lo tanto, también podría funcionar en planetas de mayor gravedad (o menor rotación).
@Crazymoomin excepto que nadie está realmente desarrollando aviones espaciales. Reaction Engines habló sobre Skylon por un tiempo, pero era el bebé de Alan Bond, y fue eliminado silenciosamente de su sitio web después de que se retiró. Todavía están trabajando en SABRE, pero solo mencionan que se usa para lanzamiento orbital en los términos más vagos. Ninguno de los otros proyectos de aviones espaciales se ha acercado tanto a la realidad como Skylon.
@ChristopherJamesHuff eso se debe a que el TRL de la mayoría de las tecnologías de aviones espaciales es mucho más bajo, los motores híbridos a reacción/cohete que pueden operar a velocidades hipersónicas aún son experimentales. No creo que el concepto sea fundamentalmente defectuoso, simplemente no es tan maduro como un gran levantador tonto (o ahora, un gran levantador un poco más inteligente).

Dos categorías principales de lanzamiento espacial sin cohetes:

  1. Otros vehículos:

Space Planes está actualmente en desarrollo. Un avión que vuela hasta el borde de la atmósfera sigue su camino. Muy similar a un cohete en algunos aspectos, pero no un cohete. Vea algunos desarrollos/detalles en: https://www.reactionengines.co.uk/

  1. Estructuras:

Los ejemplos incluyen el famoso Ascensor Espacial, el Anillo Orbital que mencionas, la Torre Espacial y varias "armas pesadas" como los victorianos pensaban que sería un viaje espacial. También vale la pena mencionar los Skyhooks, son una especie de Space-Elevator en concepto, pero tal vez más en el futuro cercano (no dependen tanto de los supermateriales).

Vea esta serie de videos de YouTube que analiza una gran cantidad de tecnologías de lanzamiento espacial y sus potenciales.

https://www.youtube.com/playlist?list=PLIIOUpOge0LsGJI_vni4xvfBQTuryTwlU

Piense en el tono que desea establecer con estas máquinas en su historia. ¿Quieres "sorprender" al lector con la gran escala del futuro? ("Cien mil millones de personas llamaron hogar a la Tierra"). ¿Quieres una tecnología que se sienta tan avanzada como magia? (El súper material del cable Space Elevator). ¿O quieres lo contrario? (Se siente tan posible, tan real). ¿Quieres dedicar tiempo a hablar de estas cosas? (Un avión espacial no requiere explicación, un ascensor espacial probablemente necesite algunas líneas de descripción para que los lectores sepan qué imaginar).

Punto final de advertencia. Todavía no tenemos estas máquinas, son especulativas. Si alguna de estas cosas existe algún día, no se verá igual. Será como la diferencia entre un helicóptero moderno y real y un boceto de Leonardo da Vinci. O entre un Zeppelin y esta cosa.

Concepto de hidroavión de Francesco Lana de Terzi c.1670, de Wikipedia

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