¿Por qué los satélites y otras cargas útiles siempre se colocan en la parte superior de los cohetes?

En primer lugar, veamos cuáles son las limitaciones para colocar objetos en un cohete.

1. El objeto debe ser aerodinámico, de modo que no influya en las características del lanzamiento.
2. Debe poder separar fácilmente los objetos del cohete.
3. El empuje debe ocurrir en la parte inferior, para máxima eficacia, directamente hacia abajo, y el centro de gravedad debe alinearse con los vectores de empuje/centro de arrastre.
4. No querrás sobrecalentar el satélite.
5. Cada sistema de lanzamiento hasta la fecha tiene múltiples etapas.

Bien, dado todo eso, ¿cuáles son sus opciones, además de un lanzamiento de satélite en la parte superior, como mencionó? Hay dos cosas a tener en cuenta que incluiré.

1. El refuerzo final podría convertirse en un satélite. Esto rara vez se hace, pero se hizo con el Explorer 1 , el primer satélite estadounidense. La razón por la que esto rara vez se hace es que, en su mayor parte, el satélite y el cohete se construyen de forma independiente y, por lo tanto, el estado final del cohete no puede contribuir mucho al satélite. Además, esto todavía se ajusta al satélite siendo la parte superior de la pila.
2. El transbordador espacial fue lanzado desde un lado. El transbordador espacial estaba destinado a ser aerodinámico y podía soportar los golpes del viaje, pero sería difícil para un objeto no aerodinámico como la mayoría de los satélites soportar la fuerza. Perdió algo de eficiencia por su diseño, aunque no fue un componente significativo de pérdida.
3. Los cohetes de aborto a menudo se colocan en la parte superior de la pila para misiones de vuelos espaciales tripulados.

La conclusión es que poner el satélite en la parte superior es conveniente para amortiguar las vibraciones, reducir la turbulencia aerodinámica, mejorar el rendimiento, reducir el calentamiento de la nave espacial, etc. No tiene que hacerse de esa manera, pero seguro que hace que el diseño sea un mucho más fácil, y no hay ningún caso convincente que yo sepa para hacer algo diferente.

¡He aquí un contraejemplo (propuesto), la propuesta de Martin Marietta para el transportador de carga de popa del tanque externo del transbordador espacial! (La imagen se atribuye a Martin Marietta; la encontré en el blog Spaceflight History ).

No he encontrado una versión completa del documento de la conferencia, "External Tank Aft Cargo Carrier" para todas las desventajas, pero la publicación de blog de David SF Portee One Space Shuttle, Two Cargo Volumes: Martin Marietta's Aft Cargo Carrier (1982) resume algunos cuestiones (que, según mi lectura, provienen de los estudios de Marietta, y no de editoriales del blogger):

La posición del ACC junto a los tres motores principales del transbordador espacial (SSME) del Orbiter y entre los potentes propulsores de cohetes sólidos (SRB) gemelos significaba que las cargas útiles que transportaba estarían sujetas a más calentamiento y golpes acústicos que los del compartimiento de carga útil del Orbiter. Martin Marietta propuso un "sistema de protección ambiental" ACC compuesto por 707 libras de aislamiento térmico y una "barrera acústica" de 2989 libras.

...

Martin Marietta asumió que, con las actualizaciones de rendimiento planificadas del transbordador, un Orbiter podría impulsar 36,9 toneladas de carga útil en una órbita de 160 millas náuticas de altura inclinada 28,5° en relación con el ecuador de la Tierra. Un ACC vacío agregaría 8,3 toneladas a la masa del transbordador en el despegue, lo que podría reducir la masa de carga útil que el orbitador y el ACC podrían inyectar en órbita. Si el ACC permaneciera conectado hasta el corte del SSME, entonces la masa de carga útil que el Orbiter y el ACC podrían poner en órbita totalizaría 28,7 toneladas.

Para mi lectura, habría sido bastante complicado de usar en la práctica. Se propuso la puesta en escena del carenado para ahorrar masa después del agotamiento del SRB, pero el tanque externo no está destinado a la órbita, por lo que las cargas útiles terminan necesitando etapas de apoyo, etc. otra cosa que pensé que sería divertido compartir.