¿Se podría poner en órbita un cohete de sondeo o la carga útil de un arma espacial en el apogeo con un impulso de cohete desde allí?

Considere un cohete de sondeo que lanza su carga útil a varios cientos de kilómetros de altitud, directamente hacia arriba. Imagine que esta carga útil en el apogeo luego se apunta con precisión y tiene un sistema de propulsión que la acelera en unos 8 km/s para entrar y permanecer en órbita.

¿Tendría sentido lanzarlo a la órbita de esa manera? Dado que nunca se ha hecho AFAIK, ¿cuáles son los inconvenientes? ¿Qué fracción de la masa en el apogeo tendría que dedicarse a la propulsión?

Dado que Israel lanza sus cargas útiles hacia el oeste en contra de la rotación de la Tierra, por razones de política internacional, ¿tendría sentido que se lanzaran hacia arriba como un cohete de sondeo antes de la inserción orbital? ¿Y, en general, haría que los puertos espaciales interiores fueran más atractivos por razones de seguridad de alcance?

Si falla la inserción orbital en el apogeo, ¿no sería relativamente fácil recuperar la carga útil lanzada en paracaídas para otro intento de lanzamiento? Como en ningún escudo térmico requerido. En comparación con una carga útil extraviada en órbita con los tipos comunes de fallas de lanzamiento actuales.

Ahora, considere la carga útil de una pistola espacial (o pistola Verne o pistola Newton para honrar a los inventores del concepto) que se lanza hacia arriba sin ningún componente de velocidad orbital. Supongamos que tiene un motor de cohete sólido, o algún otro método de propulsión no frágil (sobreviviendo a la violenta aceleración del disparo, como la carga útil de, por ejemplo, combustible), que luego lo acelera hasta los 8 km/s necesarios para entrar y permanecer en órbita. . Y el arma podría lanzar muchas cargas útiles pequeñas con frecuencia a costos de factura de electricidad baratos. ¿Tendría eso sentido en competencia con los lanzadores químicos convencionales?

Este es esencialmente un lanzamiento estándar sin giro por gravedad.
Hice los números para esencialmente su idea de arma espacial hace unos años; en realidad, es sorprendentemente factible; una configuración similar al HARP de 7 pulgadas de Canadá podría poner en órbita un cubesat de 3U, suponiendo que pueda hacer un proyectil que sobreviva al lanzamiento sin desintegrarse (ya se ha hecho), mientras aún tiene una relación de masa de alrededor de 14 (un poco complicado, pero creo que algunos compuestos estaban a la altura). Intentaré encontrar mis notas.
El hecho de que esté lanzando hacia arriba no significa que no necesite un sistema de protección térmica de algún tipo.
@GdD Creo que la idea no es obtener velocidad orbital en la atmósfera, es solo lanzar el caparazón lo suficientemente lejos como para que un motor adaptado al vacío de una sola etapa pueda llevar la carga útil a la órbita, y hay un precedente para eso. A menos que esté malinterpretando la pregunta.
Pero sí, con un cohete de sondeo como S1, lo que acabas de construir es un cohete orbital estándar con una trayectoria menos eficiente.
Si está hablando de un cohete híbrido en la segunda etapa, parece que un cohete con sonido Black Brandt con un S2 con una masa húmeda de 300 kg y una masa seca de ~ 20 kg (¡difícil!) Lo llevaría a la órbita. .
@ Giskard42 Para un cohete convencional, no debería tener mucho beneficio ir directamente hacia arriba. Pero tal vez para una cosa de armas espaciales donde no hay capacidad para que la carga útil maniobre a través de las atmósferas de todos modos. Black Brant puede poner 20 kg en órbita de esa manera por $ 2,000 por kilo suena interesante.
@LocalFluff Tenga en cuenta que eso es 20 kg, incluido el motor de cohete híbrido, la aviónica, la estructura y la carga útil. Eso va a ser bastante difícil. Si elige un SRB para una fracción de masa más fácil, parece que todo su presupuesto de masa S2 será <15 kg.

Respuestas (1)

La velocidad orbital para la órbita terrestre baja es de alrededor de 7,8 km/s. Acelerar a esa velocidad requiere que la carga útil de su cohete de sondeo o arma espacial sea un cohete que tenga un presupuesto Delta-v de (lógicamente) 7,8 km/s. El Delta-v de un lanzamiento completo que obtiene el mismo resultado es de 9,4 km/s. En otras palabras, la componente vertical del lanzamiento de un cohete es en realidad una porción general muy pequeña de la aceleración requerida. Ahora, eso en realidad no significa que el cohete se encogería en una cantidad proporcionalmente pequeña ya que el "primer" delta-v es más "caro" de varias maneras. Así que tomaré un ejemplo real.

Voy a tomar prestados algunos cálculos que asumo que son correctos y que obtuve aquí con respecto al Delta-V que tiene el Falcon 9 en cada una de sus etapas en su carga útil máxima indicada.

Comience con una carga útil de 22,8 t .

En el lanzamiento, el cohete tiene una masa de 606,8 t, con un agotamiento de 171,8 t. Entonces el delta V es 300*9.8*ln(606.8/171.8 ) = 3710 m/s. (El 9.8 convierte ISP a m/s). Suponiendo que el carenado se deshaga en la separación de etapas (no del todo cierto), la segunda etapa comienza en 138,8 t y finaliza en 27,3 t. Entonces el delta v es 348*9.8*ln(138.8/27.3 ) = 5546 m/s . Delta-V total es 9256 m/s.

(énfasis mío)

En otras palabras, la etapa superior del Falcon 9 tiene una masa de unas 140 toneladas en total, de las cuales unas 20 toneladas son la carga útil final. Entonces, suponiendo que las proporciones no cambien con el tamaño (sospecho que no es cierto, pero no estoy seguro), solo 1/7 de la masa de carga útil de su arma espacial estaría realmente disponible... E incluso entonces no es suficiente ya que ese diseño solo te da 5.5 km / s, no 8. Necesitarías grandes avances en la eficiencia del cohete o una relación de carga útil aún peor para llegar a la órbita de esa manera. Según la fórmula utilizada en esa cita, y suponiendo que las ~4,5 toneladas entre la masa después de la quema de la etapa 2 (27,3) y la carga útil (22,8) representan componentes como el motor del cohete y los tanques de combustible que permanecerán iguales, en realidad solo obtendrá aproximadamente una carga útil final de 10 toneladas en LEO de esa manera. Asi que,

Si es o no una buena idea realmente depende del costo y de lo que necesita para llegar al espacio. Si su arma espacial puede lanzar 400 kg a un costo que tiene sentido para poner en órbita un satélite de 30 kg, entonces está bien y todo eso, pero realmente no competirá con los cohetes que ponen 20 toneladas en órbita a menos que pueda disparar 300 toneladas. etapas superiores.

Tenga en cuenta que solo abordé específicamente el arma espacial. Eso es porque, como mencionó Giskard42 en un comentario, lanzar una etapa superior al espacio encima de un cohete es solo un cohete de dos etapas. Hacerlo con la primera etapa en una trayectoria de sonido es menos eficiente.

Perdona mi relativa ignorancia y estupidez. ¿Significa esto que un sistema similar a un cañón como el que se ve en Final Fantasy VIII podría tener sentido, si disparara segundas etapas de cohetes, en lugar de (como se muestra en el juego) solo la carga útil?
¿Se podría poner en órbita un cohete de sondeo o la carga útil de un arma espacial en el apogeo con un impulso de cohete desde allí?
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