El transbordador tenía un peso bruto vacío de 172 000 lb (78 000 kg) , y la única forma factible de perder los 27 724 kilómetros (17 227 mi) por hora de la velocidad relativa de la ISS es Aerobraking . Un Cessna 172 de cuatro pasajeros tiene un peso vacío de menos de 2500 lb (1136 kg).
Si bien usar un Cessna como vehículo de reingreso no sería práctico, la imagen permite explorar el concepto de un vehículo de reingreso ligero (a diferencia de ¿Qué tan posibles son los 'saltos espaciales'? ). Suponiendo que cambiamos el motor de gasolina del Cessna y reemplazamos la masa con combustible, luego amarramos algunos cohetes ( claramente una simplificación excesiva ) al avión para disminuir la velocidad orbital, tenemos un buen planeador con 2% de la masa y dos o dos veces más de la capacidad de planeo.
Si su piloto y pasajeros usan trajes espaciales para el viaje, no necesitará agregar masa para mantener el vehículo presurizado.
Entonces, ¿podría un vehículo de reentrada con alas ligeras usar cohetes para desacelerar y permitir la reentrada sin tener problemas de arrastre/calor? ¿Superarían los requisitos de combustible para desacelerar de manera segura los beneficios de crear un vehículo que no necesite soportar el aerofrenado de alta velocidad?
Editar Esta respuesta a esta pregunta se reduce a lo que es más económico; La masa adicional para el blindaje térmico del aerofrenado o la masa para el combustible para desacelerar. Había un comentario que abordaba esto, pero se eliminó.
Podemos usar la ecuación del cohete para obtener una estimación de la cantidad de combustible que necesitamos para reducir la velocidad de la velocidad orbital a algo que pueda sobrevivir un Cessna.
La velocidad orbital es 7890 m/s. También necesitamos disipar la energía potencial que se almacenó como altitud: si disparamos el cohete a altitud orbital hasta que la velocidad del Cessna sea cero, comenzará a caer en caída libre y ganará velocidad nuevamente. Aquí está la velocidad ganada en una gota:
Partiendo de 200 km e ignorando las influencias atmosféricas, obtengo 1980 m/s. Si el cohete también tiene que frenar esa velocidad, el total
es 9870 m/s. Usemos un Isp de 300 segundos (por ejemplo, el motor del cohete SpaceX Merlin) y una masa vacía de 1200 kg. Resolviendo la ecuación del cohete para darnos la masa inicial:
Así que terminamos con una masa inicial de 34,3 toneladas.
Tendremos que elaborar un perfil de vuelo en el que ahorremos parte del combustible del cohete hasta que el Cessna golpee la atmósfera para que podamos evitar el exceso de velocidad y el sobrecalentamiento durante el descenso.
También necesitamos una estructura para transportar 34 toneladas de combustible, y el motor del cohete tendrá mucho más empuje que el motor Cessna original, por lo que es posible que tengamos que reforzar la estructura del Cessna para soportar las cargas. Se empieza a amontonar rápidamente, y empeora si se tiene en cuenta que esas 34 toneladas también hay que botarlas. Para levantar los 1200 kg originales, bastaría con un lanzador Soyuz. Con 34 toneladas, está más allá de los vehículos de lanzamiento más pesados que tenemos actualmente.
Compare esto con un módulo de descenso Soyuz que pesa alrededor de 3000 kg. Claramente, el aerofrenado y los paracaídas conllevan una penalización de peso mucho menor que eliminar todo ese delta-V solo mediante empuje.
Cessna está en el borde de la atmósfera donde su energía potencial es muy alta y debe disiparse de alguna forma (que los vehículos de reentrada disipan como calor) ya que la energía en este caso se conserva. No se trata de deslizarse por la atmósfera.
Si bien un Cessna es extremadamente inverosímil, debido a una variedad de factores de estrés y temperatura, Burt Rutan desarrolló un medio para el descenso sin protección térmica.
El modo se denomina "modo volante" e implica una configuración de derivación alta en un fuselaje transsónico; SpaceShip One no estaba perdiendo velocidad orbital. SpaceShip One tenía una velocidad orbital muy baja, insuficiente incluso para calificar como una órbita en todos los términos, excepto en los más técnicos. El motivo del modo volante es que genera una gran cantidad de arrastre en una cantidad muy pequeña de material.
El Cessna propuesto no puede hacerlo, pero un modo de volante estilo SpaceShipOne podría, en teoría, hacer uso de los principios utilizados para eliminar la velocidad vertical con el fin de eliminar la velocidad orbital a través de un arrastre casi vacío; póngalo en modo de volante, mantenga el ángulo correcto y haga que el ángulo cambie continuamente a medida que se descompone en una elipse que impacta contra la Tierra. (Rutan ha hablado de esto en entrevistas). Así como un volante de bádminton golpeado hacia adelante a 80 millas por hora cae rápidamente a menos de 1 MPH y, al hacerlo, se inclina hacia abajo, también podría hacerlo una nave orbital.
El truco será mantener un coeficiente de arrastre que no provoque un calentamiento demasiado rápido, y un modo de volante adecuado teóricamente puede hacer precisamente eso... siempre que los ángulos sean correctos en la entrada inicial. Además, dado que el arrastre principal está detrás del centro de masa, debería, como con un volante de bádminton, mantener el ángulo correcto por estabilidad dinámica.
ikrasa