¿Podría un avión con un motor de turbina eléctrica generar suficiente sustentación para proporcionar una sustentación aerodinámica eléctrica y una pista de aterrizaje al espacio?

Suponiendo que la altitud máxima para el dirigible más alto es de 74 000 pies y que el ángulo de la barandilla es de 15 grados, nos da una longitud de barandilla de 285 000 pies. La aeronave estratosférica HiSentinel voló tan alto y solo pudo transportar 36 kg.

El riel/cuerda de acero pesaría aproximadamente 5,5 millones de kg. A base de densidad de acero y una cuerda de buen tamaño, para soportar la intemperie. Así que necesitaremos 154.000 dirigibles para llevar el riel. Eso es 1 dirigible cada 2 metros. Los dirigibles son enormes.

Si bien la idea es muy imaginativa (algo bueno), la ingeniería tiende a resolver problemas, no a crearlos. ¿Se apagarían los dirigibles (si caben en el cielo) entre lanzamientos? ¿O permanecer en el aire?

Es posible que desee ver el Stargazer :

[A] Lockheed L-1011 TriStar que se modificó para usarse como plataforma de lanzamiento de nave nodriza para cohetes Pegasus. Desde junio de 2012, se han lanzado 35 cohetes desde él.

RE: ¿Cuánta elevación podría proporcionar un avión propulsado por un motor eléctrico si la fuente de energía se proporcionara externamente?

Lo que está preguntando es como tener un avión que no lleve combustible y, en cambio, tenga una manguera de combustible larga conectada a una bomba de combustible en el suelo. Ignorando todos los problemas asociados con eso, uno lo ayudará a comprender el problema: bombear el combustible.

Bombear electricidad a través de un cable/riel tan largo requerirá alto voltaje/baja corriente ( al igual que las líneas eléctricas ). Lo que significa que el avión tipo E-Fan y todos los dirigibles tendrán que llevar sus propios transformadores súper pesados ​​(como escribí anteriormente, un dirigible a gran altura levanta 36 kg, que ya hemos usado para levantar el riel).

Un problema básico que tiene con este diseño es el clima: ¿qué hace cuando pasa una tormenta? Debido a su gran área de superficie, sus dirigibles en altitudes más bajas serán empujados mucho por los fuertes vientos, probablemente hasta la destrucción.

Las tormentas y los fuertes vientos asociados pueden extenderse hasta 40k pies, en casos extremos.

Podría pensar en llevar la electricidad a la aeronave por otros medios, tal vez por transmisión de microondas.

Bueno, va a ser una pregunta, no si uno podría hacer eso, sino si tiene más sentido usar un sistema más simple como el StratoLaunch de Paul Allen o los sistemas Stargazer / Pegasus de Orbital.

Primero, preguntémonos por qué diseñar un avión totalmente eléctrico para proporcionar una nave nodriza para lanzar cargas útiles de cohetes en órbita o más allá.

Las principales ventajas de un sistema de pista a órbita reutilizable de nave nodriza/nave secundaria es que le permite aprovechar el aire de la atmósfera para impulsar sus cargas útiles a través de las capas inferiores de la atmósfera mediante el uso del aire existente como fluido de trabajo, así como para hacer uso de oxígeno atmosférico para oxidar propulsores químicos, lo que reduce la necesidad de grandes motores de cohetes y propulsores para despejar la atmósfera inferior, ahorrando en gran medida la cantidad de dinero que cuesta poner en órbita una unidad de masa.

Agregar un sistema de propulsión eléctrica potencialmente puede crear un sistema de lanzamiento más ecológico, según los métodos utilizados para generar la electricidad para impulsar la nave.

Entonces, supongamos que usamos una versión completamente eléctrica del sistema Stratolaunch de Allen. Está propulsado por seis motores PW4000, cada uno con un consumo específico de combustible de 0,583 lb por hora/lb de empuje. Con los motores produciendo 56 750 lb de empuje, esto nos da una tasa de consumo de combustible de 6 x 56 750 x 0,591 = 90 232 kg/h de combustible JET-A. Por lo general, para un motor eléctrico, su consumo de energía es aproximadamente 1/3 del de un motor de hidrocarburo por unidad de potencia mecánica que sale del eje de transmisión. Dado este hecho, suponiendo una eficiencia del 100% para hélices y/o ventiladores, así como la densidad de energía del combustible JET-A es de aproximadamente 45 MJ, un avión eléctrico de este tipo estaría consumiendo alrededor de 1.35E12 J/hr = 376 megavatios de energía eléctrica para transportar este tipo de aeronave y carga útil a la posición de lanzamiento a gran altura.

Por lo general, la energía eléctrica se transmite por medio de líneas de alto voltaje, que operan en el rango de 250 000 a 500 000 voltios de CA. Suponiendo que estas líneas y la carga ofrezcan una carga de impedancia cero, esto requiere que estas líneas transmitan una corriente de 750 a 1500 amperios para transportar ese tipo de energía. Por lo general, el cable reforzado con acero y conductor de aluminio es lo suficientemente pesado como para transportar ese tipo de potencia, alrededor de 800 libras por cada 1000 pies de cable. Usando esto y sin tener en cuenta la estructura adicional necesaria para soportar y separar las líneas para evitar arcos de descarga disruptiva y fallas del sistema, necesitaremos un sistema de elevación que pueda soportar aproximadamente 8000 libras por milla de líneas eléctricas necesarias (recuerde que necesitamos al menos dos lineas). Asumiendo que usamos globos de helio para sostener estas líneas y que el helio tiene una capacidad de elevación de 14.49 pies cúbicos por libra levantada, necesitaremos globos de aproximadamente 115, Se necesitan 920 pies cúbicos por milla de líneas. Esto está más o menos a la par con un dirigible del tamaño de Goodyear en cada marcador de milla para admitir este sistema.

Otro problema con los globos que sostienen las líneas es que no hay forma de evitar que los globos se desplacen juntos bajo el peso de las líneas combadas, lo que frustra aún más cualquier esfuerzo por suspender las líneas en altitud.

Y esto ni siquiera comienza a tener en cuenta los problemas de salida y mantenimiento del contacto con la línea durante todo el vuelo, los efectos del clima en las líneas, el servicio y mantenimiento, etc.

En pocas palabras, un esquema como este es físicamente factible pero es excesivamente complicado y costoso cuando existen alternativas mucho más simples para este tipo de sistema de transporte espacial.

Honestamente, con un diseño complejo como este, sería mucho mejor simplemente lanzar el cohete y la carga útil en lo alto debajo de un globo de helio (¡tendría que ser realmente grande!), dejar que alcance los 100,000 pies o más y luego soltar y encender el cohete en su último vuelo en órbita. Pero incluso eso es mucho menos factible que una nave nodriza impulsada por hidrocarburos. Si está buscando una solución más respetuosa con el medio ambiente, consideraría un Stratolaunch alimentado con biodiesel. Sería una solución de carbono neto cero y funcionaría bien aquí. Abandone un esquema loco como un raíl elevado; los cálculos del reverso del sobre simplemente muestran que no es factible.