Domanda:
Metodi di propulsione diversi dai razzi per lasciare l'atmosfera terrestre?
Marmstrong
2013-07-17 12:54:39 UTC
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A causa della grande quantità di energia richiesta, il metodo standard per lasciare l'atmosfera terrestre è la propulsione a razzo. Esistono altri metodi in fase di sviluppo che non coinvolgono i razzi? Per esempio. vele solari, ascensori spaziali?

Sei risposte:
#1
+12
SF.
2013-07-17 13:46:15 UTC
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Attualmente esistente e per lasciare l'atmosfera? No. È sempre un motore a razzo di un tipo dell'altro, sia per il lancio verticale che orizzontale, a combustibile solido o ossigeno-idrogeno.

Sviluppato - decisamente sì.

La vela solare è solo vitale nello spazio, considerando che il vento solare che cattura è una frazione minuscola della forza del vento fisico (aria), il che significa che sarebbe ridotto a brandelli nell'atmosfera superiore e non fornirebbe mai abbastanza spinta per superare la gravità terrestre. Lo stesso vale per il motore a ioni che ha una spinta minima lontana dal superare la gravità terrestre, ma può produrre quella spinta per anni consumando quantità minime di energia e carburante.

Ma ci sono una serie di metodi pianificati di lancio che non coinvolgerebbe motori a razzo. Ci sono già alcuni gruppi che stanno lavorando ai piani degli ascensori spaziali - siamo abbastanza lontani da esso, perché l'unico materiale vitale - i nanotubi - nonostante le materie prime a basso costo, sono ancora proibitivamente costosi da produrre. C'era un piano per utilizzare il ghiaccio antartico per costruire un tubo di lancio simile al cannone multistadio, per lanciare i veicoli in diagonale usando cariche esplosive terrestri; che è stato bloccato a causa di preoccupazioni ambientali. C'era un piano per un "ascensore spaziale parziale" - una fune in orbita attorno alla Terra in corrispondenza del LEO, con l'estremità finale raggiungibile da veicoli con motori a reazione a respirazione d'aria, che attraccano il loro carico utile ad esso, quindi il carico utile sollevato in orbita e lanciato dal l'altra estremità della fune, utilizzando la propulsione spaziale (vela solare, azionamento ionico) da lì.

Il problema con tutti questi è che mentre li azionano sarebbe significativamente più economico dei motori a razzo - il costo per lancio costa una frazione di corrente, il loro costo iniziale supera molte volte il costo di un veicolo a razzo. Con l'attuale economia, sono tutti in attesa o procedono a un ritmo glaciale con solo compiti secondari minori e poco costosi completati, mentre la maggior parte del lavoro attende i finanziamenti.

Mi sembra di ricordare che ci siano state alcune ricerche sull'uso di un raggio di luce per spingere un oggetto in orbita. I cannoni ferroviari sarebbero simili al "cannone multistadio" di cui parli.
La propulsione del raggio di luce era per i veicoli "già in orbita" - una variante della vela solare, in cui una grande lente / specchio stazionario (orbitale) focalizzava la luce solare su un piccolo veicolo fornendogli molta più spinta di quanto una vela solare da sola potrebbe fornire . Sia l'approccio del cannone che quello del cannone a rotaia hanno un problema di massiccia accelerazione iniziale in un tempo molto breve, probabilmente letale per qualsiasi equipaggio e dannoso per l'equipaggiamento preciso, ma sono considerati validi per la fornitura di materie prime per la produzione orbitale.
La ricerca sul raggio di luce che ho visto in TV era basata sul suolo. Se ricordo bene, usava un raggio pulsato per sollevare un cono leggero forse di pochi metri - ricerca molto precoce. Sospetto che questo non fosse pratico, ma mi fa venire in mente anche la "possibilità" di utilizzare un raggio di luce per spingere direttamente il veicolo ed espandere un propellente - ma probabilmente è * ancora meno * pratico.
@Paul: Da quello che ricordo, c'erano anche piani di matrice laser / specchio a terra, ma non sono molto praticabili a causa dell'aria che dissipa la maggior parte della luce su distanze maggiori (e sicuramente non sarebbe in grado di sollevare imbarcazioni più pesanti ; la pressione leggera è molto debole e c'è il problema che non puoi rimuovere l'assorbimento, dare troppa luce su un'area troppo piccola e brucia un buco, aumenta la superficie e diventa pesante e vulnerabile al vento.
L'approccio del ciclo di lancio o del cavo spaziale è piuttosto stravagante, ma penso che funzionerebbe davvero. A parte il costo iniziale stravagante per costruirlo, ovviamente.
James Benford ha presentato questa estate i risultati del lavoro sperimentale sulle vele a microonde, che possono essere utilizzate, in teoria, per portare in orbita le imbarcazioni: http://www.youtube.com/watch?v=ef0aZ3zp1rk, a partire dalle 28:56.
Non sono sicuro che l '"ascensore spaziale parziale" sarebbe dinamicamente stabile. In un ascensore spaziale convenzionale, la forza centripeta mantiene tesa la fune. In questo progetto parziale, un oggetto che si arrampica sulla corda tirerebbe giù la parte superiore ... Sarebbe necessaria una qualche forma di sistema attivo per mantenerlo in orbita.
@PhilMacKay: Ovviamente, come accennato in precedenza: la "corda" deve essere regolata attivamente per la perdita di altitudine causata dall'imbarcazione "arrampicata". A differenza del classico ascensore che potrebbe praticamente produrre energia gratuita, questo necessita di fornitura di energia per ogni lancio, semplicemente utilizzandolo in modo più efficiente rispetto ai sistemi di propulsione chimica.
Per quanto riguarda i cannoni spaziali, c'è la variante "Thunder well", che fa esplodere un carico utile in orbita con una detonazione nucleare sotterranea. Potrebbe essere accaduto involontariamente durante i test con il piombino nel 1957, meno di due mesi prima dello Sputnik. https://en.wikipedia.org/wiki/Operation_Plumbbob#Propulsion_of_steel_plate_cap Tuttavia, penso che potrebbe essere poco pratico e nemmeno più economico in teoria ...
#2
+8
Loren Pechtel
2014-05-30 22:45:41 UTC
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Diversi poster hanno menzionato ma respinto i fagioli perché la scienza dei materiali non è in grado di produrre un cavo sufficientemente robusto. Finora nessuno ha menzionato l'altra scala nell'approccio spaziale: i cicli di lancio. Non richiedono super materiali perché sono supportati da oggetti che si muovono più velocemente della velocità orbitale. Il grande svantaggio è che sono supportati da oggetti in movimento: se smettono di muoversi cadono.

L'idea di base è che tu costruisca due stazioni che lanciano le sbarre di ferro avanti e indietro. Usi magneti estremamente potenti per girare le barre, una volta che le barre si muovono, l'apporto di energia è minimo. Originariamente volano avanti e indietro su una traiettoria balistica.

Quindi costruisci una pista sopra le barre volanti. Il binario devia le barre verso il basso, aumentando il sollevamento. La velocità delle barre viene aumentata per compensare: continuano a seguire lo stesso corso. Ora hai ciò che equivale a un binario del treno che si estende nello spazio. Non esiste un limite massimo alla velocità di un treno a levitazione magnetica nel vuoto.

  Tecnicamente possibile: Sì. Costo: TremendousSafety: Non per me!  

C'è anche la combinazione delle due idee.

Costruisci una serie di torri in un anello intorno alla Terra. Supportano un tubo, all'interno del tubo hai un anello di ferro. Ruota l'anello sopra la velocità orbitale, genera una forza verso l'alto sufficiente per contrastare il peso delle torri. Poiché abbiamo contrastato il carico delle torri, siamo liberi di costruire più in alto. Quindi costruisci un altro anello per sostenere il carico. Ripeti finché non sei in alto quanto vuoi. Se stai superando la geosincronizzazione, gli anelli ruotano al di sotto della velocità orbitale per generare forza verso il basso invece che verso l'alto.

  Tecnicamente possibile: sì. Puoi costruire gli anelli e le torri il più vicino necessario per far fronte ai limiti del materiale. Costo: enorme ^ 2.Sicurezza: anche se ci sono parti in movimento, non è come il circuito di lancio che richiede una stazione di svolta.  
#3
+4
geoffc
2014-03-04 00:38:56 UTC
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La questione chiave è: come faccio ad accelerare questa "cosa" alla velocità orbitale.

Ad oggi, solo i razzi hanno avuto successo. I razzi sono piuttosto efficienti nel generare una spinta elevata con un impulso elevato, ma sono complessi.

Altre idee propagandate nella parte sono cose come Orion, che utilizzava un veicolo gigante, con una grande piastra, che sul lato rivolto verso il basso farebbe esplodere un ordigno nucleare. Quindi la piastra assorbirebbe l'impatto e collegata tramite molle (enormi come immagineresti) trasferirebbe quello slancio al veicolo. Chiaramente questo non accadrà mai. (Ovviamente, la trama del romanzo Footfall è che per respingere un'invasione aliena, anche Orione è accettabile). Un motore a razzo senza combustione, che cavalca solo la cresta delle esplosioni nucleari.

Altre idee sono di utilizzare un laser ad alta potenza per riscaldare un fluido di lavoro nel motore, quindi non c'è motore a razzo, che brucia nulla, piuttosto il fluido riscaldato esce dal motore ad alta velocità, trasferendo lo slancio. Un motore a razzo, davvero senza combustione.

Orbital beanstalks, un cavo da una base in GeoSync, che cade sulla superficie della Terra è un'idea, ed è ancora fantascienza per la maggior parte. (Il cavo deve essere lungo 22.300 miglia. Abbastanza per avvolgere più volte intorno alla Terra. Serve un contrappeso o un cavo della stessa lunghezza che sporga dall'altra parte). Ma questo sarebbe un approccio per raggiungere l'orbita senza un razzo.

I cannoni a rotaia, o pistole chimiche ad alta energia hanno un approccio simile, accelerano il veicolo con una pistola. I railguns funzionano tramite magneti (acceleratore lineare) o vaporizzando qualcosa con la corrente che genera la spinta. Le pistole chimiche accendono il fuoco dietro il veicolo, ma viene spinto dal bordo dell'esplosione (una specie di Orione chimico confinato).

Ahimè, niente anti-gravità o trucco per entrare in orbita.

Il gradiente di accelerazione non è simmetrico rispetto all'orbita geosynch, è molto più ripido sul lato terra del geosynch. Senza un contrappeso, il cavo dovrebbe estendersi per 144.000 km dalla superficie terrestre.
Non direi "mai" di Orion. Tutto ciò che serve è una politica diversa.
#4
+4
Anthony X
2014-06-01 20:46:10 UTC
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Per uscire dall'atmosfera in qualsiasi modo utile, devi accelerare almeno fino alla velocità associata a un'orbita terrestre bassa e farlo senza ricadere al suolo prima di raggiungere tale velocità.

Le unità ioniche quasi certamente non lo faranno mai. Sono molto più efficienti con il propellente (molto meno massa di propellente spesa per ottenere un dato delta-V) rispetto a un razzo chimico, ma non possono essere costruiti per fornire la necessaria accelerazione del veicolo. Hai bisogno di almeno 1 g per bilanciare la gravità della superficie e poi un po 'per farti muovere su e lontano. I motori ionici forniscono frazioni molto piccole di g; funzionano bene per i veicoli spaziali già nello spazio in missioni a lungo termine, ma non sono mai considerati una tecnologia di lancio spaziale.

Ci sono un paio di tecnologie interessanti che potrebbero essere applicato al lancio nello spazio.

Uno è il motore SABRE. In caso di successo, potrebbe sostituire il razzo di lancio verticale con il decollo dalla pista quasi come un aereo di linea convenzionale per l'accesso all'orbita. Sebbene effettivamente un motore a razzo ad altitudini elevate dove c'è aria insufficiente per azionare un motore a reazione, SABRE funzionerebbe come un jet che respira aria ad altitudini inferiori, riducendo sostanzialmente la massa di propellente che il veicolo richiederebbe al sollevamento per il volo in orbita, rispetto al razzo convenzionale.

Un altro è il razzo nucleare. Questo è stato il pioniere negli anni '50 e '60, perseguito al punto che un sistema di lancio fattibile potrebbe essere costruito, sebbene non lo sia mai stato. Il razzo nucleare sostituisce le reazioni chimiche con reazioni nucleari come fonte di energia per produrre un flusso di gas caldo per la propulsione. La velocità di scarico sarebbe molto più alta di quella di qualsiasi razzo chimico, riducendo significativamente la frazione di massa del propellente del veicolo.

#5
+3
LocalFluff
2014-05-31 13:49:12 UTC
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JP Aerospace, che attualmente ha il record di altitudine per dirigibili a 95.085 piedi, prevede di far volare dirigibili in orbita . Una volta che la fanciullezza lo avrà portato al di sopra di quasi tutta l'atmosfera, utilizzerà comunque una sorta di motore a razzo, una propulsione elettrochimica che per diverse ore lo accelera alla velocità orbitale. Wikipedia offre una panoramica dei dirigibili orbitali ed ecco una lunga intervista radiofonica con John Powell di JP Aerospace.

#6
  0
user3437
2014-05-30 22:08:25 UTC
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Il problema critico non è l'altezza ma la velocità. Una combinazione di jet preraffreddati, propulsori ionici e razzi potrebbe permetterci di viaggiare nello spazio in modo più economico, sicuro ed efficiente rispetto all'attuale metodo basato sui razzi? Utilizzando un motore a reazione preraffreddato per guadagnare quota, quindi utilizzando un motore a ioni per dare una spinta extra, è possibile raggiungere la velocità richiesta. Invertendo il processo si potrebbe far atterrare l'imbarcazione convenzionalmente eliminando la necessità di scudi termici e altri pesanti dispositivi di rientro. http://youtu.be/KFL623O9CXQ

No, le unità ioniche non producono la spinta necessaria. Fino a quando non hai raggiunto l'orbita, il tempo è essenziale e questo esclude tutte le opzioni a bassa spinta.
Il post ripete alla lettera la descrizione del 'video di Tube. -1 per questo e per la mancanza di calcoli verificabili.


Questa domanda e risposta è stata tradotta automaticamente dalla lingua inglese. Il contenuto originale è disponibile su stackexchange, che ringraziamo per la licenza cc by-sa 3.0 con cui è distribuito.
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