¿Puede un avión con motores que respiran aire en vuelo nivelado alcanzar la velocidad suficiente para hacer una sola órbita?

Un cohete utiliza motores que transportan combustible y oxidante. La mayoría se componen de múltiples etapas y elevan una carga útil a la órbita. Pueden quemar sus motores en cualquier lugar dentro o fuera de la atmósfera terrestre, ya que transportan combustible y oxidante. Esto es necesario para lograr la elevación orbital y la velocidad.

¿Puede un avión con motores que respiran aire alcanzar una velocidad lo suficientemente alta en vuelo nivelado como para alcanzar la velocidad orbital? La idea es que el avión podría usar el combustible en sus tanques y el aire en la atmósfera (a cualquier altitud que tenga más sentido) para obtener suficiente energía cinética para que el avión pueda "subir" a una órbita. Esto sería similar a un ascenso con zoom, pero resultaría en que el avión entraría en una órbita estable. El avión podría quemar sus motores hasta apagarse mientras ascendía a través de la atmósfera. En ese momento dependería solo de la energía cinética. Los motores, tanques de combustible y otros equipos para vuelos de respiración aérea pueden desecharse en este punto si es necesario.

A los efectos de esta discusión, la órbita se define como una trayectoria que tiene una altitud mínima de 100 kilómetros. Una vez a esta altitud, el vehículo debería poder hacer al menos un viaje alrededor de la Tierra sin requerir delta-v adicional de ninguna fuente a bordo. Si el camino tomado fue muy excéntrico o incluso lo que sea, es irrelevante para esta discusión, siempre que se mantenga la altitud mínima. No hay ningún requisito para el reingreso en un lugar específico o incluso que la embarcación pueda sobrevivir al reingreso.

La nave podría usar materiales esotéricos, fuentes de combustible, motores e incluso construcción, siempre que se hayan usado en al menos un vuelo suborbital anterior.

Si el avión necesitara un Sistema de Control de Reacción para controlar su trayectoria una vez que alcanza gran altitud, esto sería aceptable. Estos sistemas no tienen suficiente empuje para poner el avión en órbita.

Cuando el transbordador espacial regresa de la velocidad orbital, va a algo así como Mach 25, y los problemas de calentamiento atmosférico a esa velocidad son extremos. Construir una nave que use motores de respiración de aire para alcanzar ese tipo de velocidades, que también se ocupe del increíble calentamiento, parece una tarea muy difícil, lo que podría explicar por qué aún no ha sucedido.
Voto para cerrar esta pregunta como fuera de tema porque ya está respondida en [sx.se]
@DanHulme solo porque una pregunta se responda en otro lugar no significa que tenga que estar fuera de tema.
@fooot Estoy de acuerdo, y no creo que en realidad esté "fuera del tema", pero no me gusta ver las respuestas a una buena pregunta divididas de esta manera, y no puede cerrar como duplicado de una pregunta en otro sitio .
Actualicé esto para que sea una pregunta mucho más estrecha. Realmente no estoy preguntando por un avión espacial reutilizable.
@mins, ¿puede revisar este y considerar levantar la retención?

Respuestas (3)

No.

Actualmente, el récord de altitud para un jet es de 37.650 m (este es un récord de acercamiento y ascenso, no de vuelo sostenido).

Ralph J resume el problema bastante bien, pero déjame agregar algunos datos:

Los estatorreactores son el tipo de motores que se parecen más a lo que quieres lograr. Alcanzan un máximo de 2 km/s. La velocidad orbital sería de 7 km/s . Y eso con una carga útil mínima.

Hay un problema inextricable con la renuncia de O2:

  • Necesita una cantidad significativa de O2 para tener empuje
  • No se puede conseguir empuje si hay atmósfera (Arrastre+calefacción)

Por último; para lograr una órbita, necesita una quemadura de circularización, que solo se puede hacer fuera de la atmósfera.

El punto más bajo de su órbita no puede ser más alto que el quemado más bajo realizado. Usando solo O2 atmosférico; su órbita estará obligada a volver a entrar al lograr su primera revolución.

(Sin embargo, si tiene la intención de lograr la velocidad de escape, esto ya no es un problema).

Solo un detalle: Orbital speed would be 7km/s. And that's with a minimal payloadla velocidad orbital no depende en absoluto de la masa, siempre es la misma para la misma órbita. Sin embargo, una masa más grande necesitará más combustible para alcanzar esa velocidad.

Este ha sido durante mucho tiempo un deseo de la comunidad de la aviación; de hecho, al comienzo de la carrera espacial, el lado de la Fuerza Aérea intentó llegar al espacio usando aviones. Eso condujo a decenas de estudios sobre vehículos de reingreso y culminó en el programa X-15 .

En el otro lado estaban los muchachos del Ejército que recibieron ayuda sustancial de otros muchachos del Ejército (en ambos lados de la cortina de hierro). Irónicamente, esos otros tipos del ejército primero querían ofrecer sus cohetes a la Luftwaffe, pero allí se percibió como irremediablemente ineficiente.

El principal problema para lograr velocidades superiores a Mach 4 con propulsión de respiración de aire es reducir la velocidad del aire lo suficiente para que pueda calentarse, generalmente por combustión. Disminuir la velocidad del aire lo calentará, por lo que el truco consiste en reducir la velocidad solo un poco para que el calentamiento se mantenga limitado y deje suficiente margen para la combustión. Desafortunadamente, siempre hay algo de aire que se ralentiza hasta detenerse por completo y se calienta hasta la temperatura del punto de estancamiento , que supera rápidamente los límites de los materiales de construcción conocidos por encima de Mach 5, por lo que se requiere un enfriamiento activo.

Con un combustible criogénico se puede absorber una gran cantidad de calor, y hay planes para diseñar motores que se enfríen a sí mismos y al aire entrante para alcanzar una velocidad cercana a la órbita. Sin embargo, el último paso en esos planes está cubierto por un cohete puro. El cambio de respiración de aire a propulsión de cohete puro en ese caso se ha establecido en Mach 5,4 y 26 km de altitud.

El motor 'híbrido' SABRE es un desarrollo muy interesante: youtu.be/Jf3F9AQ-JI8

La nave deberá alcanzar una velocidad de escape de 11 km/s, más de 40.000 km/h. La nave más rápida con un motor de respiración de aire, el X-43A , ha volado a 10.617 km/h, por lo que lamentablemente todavía no hemos llegado allí.

de https://en.wikipedia.org/wiki/NASA_X-43#/media/File:X43a2_nasa_scramjet.jpg

Los Scramjets solo funcionan desde M 4.5 en adelante, por lo que si usara solo máquinas de creación de aire, tendría que comenzar con un chorro de turbina, luego desde M 2.5 en adelante un estatorreactor y luego un scramjet, y luego solo es el 25% de el camino en cuanto a velocidad. Sin embargo, una plataforma construida así sería útil para poner en órbita cargas útiles más grandes que con motores de cohetes solos. Sin embargo, parece que no habrá motores de cohetes que escapen en el futuro previsible.

Sí, parece que hoy tengo problemas con el ipad, lo intentaré de nuevo con la computadora portátil más tarde.
¿Puede un avión con motores que respiran aire en vuelo nivelado alcanzar la velocidad suficiente para hacer una sola órbita?
RespuestasAquíPolítica de privacidad1y, 0v