¿Qué tan alto puede lanzar un cohete sonoro y durante cuánto tiempo puede poner una carga útil en microgravedad de caída libre?

Los cohetes de sondeo o los lanzamientos suborbitales básicamente suben y luego caen sin entrar en órbita. Eso requiere mucha menos masa de combustible que alcanzar una velocidad orbital de aproximadamente 8.000 m/s.

  • ¿Durante cuánto tiempo podría un lanzamiento de este tipo poner una carga útil en microgravedad de caída libre (lo que podría ser de interés para la ciencia, la fabricación, el turismo)? Supongo que no habrá mucha microgravedad una vez que el frenado atmosférico se establezca por debajo de los 100 km de altitud más o menos.
  • ¿Cómo funcionaría el lanzador más potente de la actualidad, Delta IV Heavy, como un cohete sonoro en términos de altitud y tiempo de carga útil en caída libre? ¿O un Saturno V? El EFT-1 con Orion en un DIVH duró más de 4 horas, pero en realidad fue diseñado para acelerar la carga útil a través de la atmósfera terrestre.

Respuestas (1)

Un buen comienzo es encontrar el límite superior, así que primero lo simplificaré demasiado.

Si lanzo un cohete hacia arriba con el mismo Δ v como se requiere para una órbita circular, mi tiempo de caída libre es π + 2 2 π veces el período orbital de la órbita circular.

Eso significa que la cantidad máxima de tiempo que puedo pasar en caída libre es de unos 80 minutos, antes de que tenga más sentido ponerme en órbita.

¿Importa realmente la atmósfera? En 8 k metro / s los últimos 100 km es sólo una pérdida de trece segundos, insignificante en comparación con el tiempo total de vuelo. por supuesto el Δ v perdido en el ascenso es significativo, pero un cohete lanzado a la órbita también experimenta ese arrastre. Por lo tanto, el tiempo de caída libre significativo más largo que puede brindarle un lanzamiento suborbital es un poco más de una hora.

En cuanto a las cargas útiles que pueden poner los cohetes modernos en esta trayectoria, la Δ v requerido para el tiempo de caída libre significativo más largo es el mismo que para un lanzamiento en órbita. Simplemente use su capacidad de carga útil en LEO. En cuanto a un lanzamiento suborbital mínimo, aproximadamente 1.4 k metro / s de Δ v se requiere. Para requisitos tan bajos, la relación empuje-peso del lanzador es el límite.

Además, cualquier carga útil que se sumerja verticalmente a 8 km/s tiene muy pocas posibilidades de sobrevivir. La carga, para detenerse suavemente en el suelo, necesitaría disipar alrededor de 1,28 megavatios de energía por kilogramo de masa de reentrada. Con la mayor suavidad posible, un perfil de desaceleración uniforme, tardaría 25 segundos en atravesar la atmósfera, desacelerando a 320 m/s^2, o 32,6 g.