Pytanie:
Metody napędu inne niż rakiety do opuszczania atmosfery ziemskiej?
Marmstrong
2013-07-17 12:54:39 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Ze względu na dużą ilość wymaganej energii standardową metodą opuszczania ziemskiej atmosfery jest napęd rakietowy. Czy są opracowywane inne metody, które nie wykorzystują rakiet? Na przykład. żagle słoneczne, windy kosmiczne?

Sześć odpowiedzi:
#1
+12
SF.
2013-07-17 13:46:15 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Obecnie istniejący i do opuszczenia atmosfery? Nie. Zawsze jest to silnik rakietowy innego rodzaju, czy to do startu pionowego, czy poziomego, na paliwo stałe lub tlen-wodór.

Opracowany - zdecydowanie tak.

Żagiel słoneczny jest tylko zdolny do życia w kosmosie, biorąc pod uwagę, że wiatr słoneczny, który łapie, jest niewielkim ułamkiem fizycznej (powietrznej) siły wiatru, co oznacza, że ​​zostałby rozerwany na strzępy w górnych warstwach atmosfery i nigdy nie zapewniłby ciągu wystarczającego do pokonania ziemskiej grawitacji. To samo dotyczy silnika jonowego, który ma minimalny ciąg, który nie jest w stanie pokonać grawitacji ziemskiej, ale może wytwarzać ten ciąg przez lata, zużywając minimalne ilości energii i paliwa.

Ale jest kilka planowanych metod wystrzelenia bez silników rakietowych. Istnieje już kilka grup pracujących nad planami kosmicznych wind - jesteśmy od tego dość daleko, ponieważ jedyny opłacalny materiał - nanorurki - pomimo tanich surowców, są nadal zbyt drogie w produkcji. Planowano wykorzystać lód antarktyczny do zbudowania wyrzutni podobnej do wielostopniowej armaty, aby wystrzelić pojazdy ukośnie za pomocą lądowych ładunków wybuchowych; który utknął w martwym punkcie z powodu obaw o środowisko. Był plan „częściowej windy kosmicznej” - liny okrążającej Ziemię w LEO, z końcem spływu osiągalnym przez pojazdy z oddychającymi powietrzem silnikami odrzutowymi, zadokującymi do niej swój ładunek, a następnie ładunek podniesiony na orbitę i wystrzelony z drugi koniec liny, wykorzystując stamtąd napęd kosmiczny (żagiel słoneczny, napęd jonowy).

Problem z tym wszystkim polega na tym, że podczas ich obsługi byłyby znacznie tańsze niż silniki rakietowe - jeden start kosztuje ułamek prądu, ich początkowy koszt wielokrotnie przewyższa koszt pojazdu z napędem rakietowym. Przy obecnej gospodarce wszystkie są wstrzymane lub działają w lodowatym tempie, wykonując tylko drobne, niedrogie zadania poboczne, podczas gdy większość pracy czeka na finansowanie.

Wydaje mi się, że były pewne badania dotyczące wykorzystania wiązki światła do wepchnięcia obiektu na orbitę. Działa szynowe byłyby podobne do wspomnianego „działa wielostopniowego”.
Napęd wiązki światła był przeznaczony dla pojazdów „już znajdujących się na orbicie” - wariant żagla słonecznego, w którym stacjonarna (orbitalna) duża soczewka / lustro skupiałaby światło słoneczne na małym pojeździe, zapewniając mu znacznie większy ciąg niż mógłby zapewnić sam żagiel słoneczny . Zarówno działo, jak i działo szynowe mają problem z ogromnym początkowym przyspieszeniem w bardzo krótkim czasie, prawdopodobnie śmiertelnym dla każdej załogi i uszkadzającym precyzyjny sprzęt, jednak uważa się, że są one opłacalne do dostarczania surowców do produkcji orbitalnej.
Badania wiązki światła, które widziałem w telewizji, były naziemne. Jeśli dobrze pamiętam, użył on pulsacyjnej wiązki do uniesienia lekkiego stożka może o kilka metrów - bardzo wczesne badania. Podejrzewam, że nie było to praktyczne, ale przywodzi na myśl także „możliwość” użycia wiązki światła do bezpośredniego pchania pojazdu i rozprężania paliwa - ale to prawdopodobnie * jeszcze mniej * praktyczne.
@Paul: Z tego, co pamiętam, były też plany naziemnego lustra / macierzy laserowej, ale nie są one zbyt opłacalne, ponieważ powietrze rozprasza większość światła na dłuższych dystansach (i na pewno nie byłby w stanie unieść cięższych jednostek ; lekki nacisk jest bardzo słaby i jest problem polegający na tym, że nie można usunąć absorpcji, dać zbyt dużo światła na zbyt małym obszarze i wypalić dziurę, zwiększyć powierzchnię i staje się ciężki i podatny na wiatr.
Podejście do pętli startowej lub kabla kosmicznego jest dość dziwaczne, ale myślę, że faktycznie by zadziałało. To znaczy, pomijając dziwaczne początkowe koszty budowy.
James Benford przedstawił tego lata wyniki badań eksperymentalnych nad żaglami zbudowanymi z wiązek mikrofalowych, które teoretycznie można wykorzystać do zabrania statku na orbitę: http://www.youtube.com/watch?v=ef0aZ3zp1rk, począwszy od 28:56.
Nie jestem pewien, czy „winda częściowo przestrzenna” byłaby stabilna dynamicznie. W konwencjonalnych windach kosmicznych siła dośrodkowa utrzymuje napięcie liny. W tej częściowej konstrukcji obiekt wspinający się po linie pociągnąłby w dół jej górną część… Do utrzymania go na orbicie potrzebna byłaby jakaś forma aktywnego systemu.
@PhilMacKay: Oczywiście, jak wspomniano wcześniej: „lina” musi być aktywnie dostosowywana do utraty wysokości spowodowanej przez statek „wspinaczkowy”. W przeciwieństwie do klasycznej windy, która praktycznie mogłaby produkować darmową energię, ta potrzebuje dostaw energii do każdego startu, po prostu zużywa ją bardziej wydajnie niż chemiczne systemy napędowe.
Jeśli chodzi o armaty kosmiczne, istnieje wariant „studni grzmotu”, który wysadza ładunek na orbitę za pomocą podziemnej detonacji jądrowej. Mogło się to zdarzyć nieumyślnie podczas testów plumbboba w 1957 roku, mniej niż dwa miesiące przed Sputnikiem. https://en.wikipedia.org/wiki/Operation_Plumbbob#Propulsion_of_steel_plate_cap Jednak myślę, że może to być niepraktyczne i nawet nie tańsze w teorii ...
#2
+8
Loren Pechtel
2014-05-30 22:45:41 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Wiele plakatów wspominało o łodygach fasoli, ale je odrzucało, ponieważ materiałoznawstwo nie jest w stanie wyprodukować wystarczająco mocnego kabla. Jak dotąd nikt nie wspomniał o drugiej drabinie prowadzącej w kosmos - pętlach startowych. Nie wymagają super materiałów, ponieważ są obsługiwane przez obiekty poruszające się szybciej niż prędkość orbity. Dużym minusem jest to, że są wspierane przez poruszające się obiekty - jeśli przestaną się poruszać, spadną.

Podstawowym pomysłem jest zbudowanie dwóch stacji, które będą rozrzucać żelazne pręty w tę iz powrotem. Używasz bardzo silnych magnesów do obracania prętów, a gdy pręty się poruszają, wkład energii jest minimalny. Początkowo latały tam iz powrotem po trajektorii balistycznej.

Następnie budujesz tor na szczycie latających prętów. Tor odchyla pręty w dół, podnosząc się przy tym. Prędkość prętów jest zwiększana, aby to zrekompensować - nadal podążają tym samym kursem. Teraz masz coś, co równa się torowi kolejowemu, który rozciąga się w kosmos. Nie ma górnej granicy prędkości pociągu maglev w próżni.

  Technicznie możliwe: Tak Koszt: Ogromny Bezpieczeństwo: Nie dla mnie!  

Jest też połączenie tych dwóch pomysłów.

Zbuduj zestaw wież w pierścieniu wokół Ziemi. Wspierają rurkę, wewnątrz rurki masz żelazny pierścień. Obróć pierścień powyżej prędkości orbitalnej, wygeneruj wystarczającą siłę skierowaną do góry, aby przeciwdziałać ciężarowi wież. Odkąd oparliśmy ciężar wież, możemy budować wyżej. Następnie zbuduj kolejny pierścień, aby przejąć ładunek. Powtarzaj, aż dojdziesz tak wysoko, jak chcesz. Jeśli przechodzisz obok geosynchronizacji, pierścienie obracają się poniżej prędkości orbity, aby wygenerować siłę skierowaną w dół, a nie w górę.

  Technicznie możliwe: Tak. Możesz budować pierścienie i wieże tak blisko, jak to konieczne, aby sprostać ograniczeniom materiałowym.Koszt: Ogromny ^ 2.
#3
+4
geoffc
2014-03-04 00:38:56 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Kluczową kwestią jest to, jak przyspieszyć tę „rzecz” do prędkości orbitalnej.

Do tej pory udało się tylko rakietom. Rakiety są dość wydajne w generowaniu dużego ciągu z dużym impulsem, ale są złożone.

Inne pomysły reklamowane w tej części to coś takiego jak Orion, który używał gigantycznego pojazdu, z dużą płytą, która jest skierowana w dół zdetonowałoby urządzenie jądrowe. Następnie płyta pochłaniałaby uderzenie i połączona sprężynami (ogromnymi, jak można sobie wyobrazić) przenosi ten pęd na pojazd. Oczywiście to się nigdy nie wydarzy. (Oczywiście fabuła powieści Footfall jest taka, że ​​aby odeprzeć inwazję obcych, nawet Orion jest do przyjęcia). Silnik rakietowy bez spalania, po prostu jeżdżący na grzbiecie wybuchów jądrowych.

Inne pomysły to użycie lasera o dużej mocy do podgrzania płynu roboczego w silniku, aby nie było silnika rakietowego, który spalałby cokolwiek, raczej podgrzany płyn wypływa z silnika z dużą prędkością, przenosząc pęd. Silnik rakietowy, tak naprawdę bez spalania.

Orbitalne łodygi fasoli, kabel z bazy w GeoSync, opadający na powierzchnię Ziemi to pomysł, który nadal jest w większości science fiction. (Kabel musi mieć długość 22 300 mil. Wystarczający do kilkukrotnego owinięcia wokół Ziemi. Potrzebny jest obciążnik przeciwwagi lub kabel tej samej długości wystający w drugą stronę). Ale byłoby to podejście do osiągnięcia orbity bez rakiety.

Railguns lub wysokoenergetyczne pistolety chemiczne mają podobne podejście, przyspieszają pojazd w pistolecie. Pistolety działają albo za pomocą magnesów (akcelerator liniowy), albo przez odparowanie czegoś z prądem, który generuje ciąg. Pistolety chemiczne rozpalają ogień za pojazdem, ale jest on popychany przez krawędź eksplozji (rodzaj zamkniętego, chemicznego Oriona).

Niestety, nie ma antygrawitacji ani zgrabnej sztuczki, aby dostać się na orbitę.

Gradient przyspieszenia nie jest symetryczny względem orbity geosynchronicznej, jest znacznie bardziej stromy po ziemskiej stronie geosynch. Bez przeciwwagi kabel musiałby rozciągać się 144 000 km od powierzchni Ziemi.
Nie powiedziałbym „nigdy” o Orionie. Wszystko, czego potrzebuje, to inna polityka.
#4
+4
Anthony X
2014-06-01 20:46:10 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Aby wydostać się z atmosfery w jakikolwiek użyteczny sposób, musisz przyspieszyć co najmniej do prędkości odpowiadającej niskiej orbicie okołoziemskiej i zrobić to bez upadku na ziemię, zanim prędkość zostanie osiągnięta.

Napędy jonowe prawie na pewno nigdy tego nie zrobią. Są znacznie bardziej wydajne z paliwem napędowym (znacznie mniejszą masą paliwa zużywanego do osiągnięcia danego delta-V) niż rakiety chemiczne, ale nie można ich zbudować, aby zapewnić niezbędne przyspieszenie pojazdu. Potrzebujesz co najmniej 1 g, aby zrównoważyć grawitację powierzchniową, a następnie trochę, aby poruszać się w górę i w dół. Silniki jonowe dostarczają bardzo małe ułamki g; dobrze sprawdzają się w przypadku statków kosmicznych znajdujących się już w kosmosie podczas długoterminowych misji, ale nigdy nie są uważane za technologię kosmiczną start .

Istnieje kilka interesujących technologii, które mogą być zastosowany do wystrzelenia w kosmos.

Jednym z nich jest silnik SABRE. Jeśli się powiedzie, mogłaby zastąpić pionową rakietę wyrzutni, startem z pasa startowego prawie jak konwencjonalny samolot pasażerski w celu uzyskania dostępu na orbitę. Chociaż skutecznie silnik rakietowy na dużych wysokościach, gdzie powietrze jest niewystarczające do pracy silnika odrzutowego, SABRE działałby jak odrzutowiec oddychający powietrzem na niższych wysokościach, znacznie zmniejszając masę paliwa napędowego, którego pojazd wymagałby uniesienia do lotu na orbitę, w porównaniu z konwencjonalną rakietą.

Inną jest rakieta jądrowa. Było to pionierskie w latach 50. i 60., kontynuowane do momentu, w którym można było zbudować wykonalny system startowy, chociaż nigdy tak nie było. Rakieta jądrowa zastępuje reakcje chemiczne reakcjami jądrowymi jako źródłem energii do wytwarzania strumienia gorącego gazu do napędu. Prędkość spalin byłaby znacznie wyższa niż w przypadku jakiejkolwiek rakiety chemicznej, znacznie zmniejszając udział masowy paliwa pojazdu.

#5
+3
LocalFluff
2014-05-31 13:49:12 UTC
view on stackexchange narkive permalink

JP Aerospace, który obecnie ma rekord wysokości dla sterowców na 95 085 stóp, planuje przelecieć sterowcami na orbitę silny>. Gdy już chłopcy wzniosą go ponad prawie całą atmosferę, użyje jednak swego rodzaju silnika rakietowego, napędu elektrochemicznego, który w ciągu kilku godzin przyspieszy go do prędkości orbitalnej. Wikipedia zawiera przegląd sterowców orbitalnych, a oto obszerny wywiad radiowy z Johnem Powellem z JP Aerospace.

#6
  0
user3437
2014-05-30 22:08:25 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Krytycznym problemem nie jest wysokość, ale szybkość. Czy połączenie wstępnie schłodzonych strumieni, napędów jonowych i rakiet mogłoby umożliwić nam podróż w kosmos taniej, bezpieczniej i wydajniej niż obecna metoda rakietowa? Używając wstępnie schłodzonego silnika odrzutowego, aby uzyskać wysokość, a następnie używając napędu jonowego, aby uzyskać dodatkowy ciąg, można osiągnąć wymaganą prędkość. Odwracając ten proces, możesz wylądować statkiem w sposób konwencjonalny, eliminując potrzebę stosowania osłon termicznych i innych potężnych urządzeń do ponownego wejścia. http://youtu.be/KFL623O9CXQ

Nie, napędy jonowe nie wytwarzają wymaganego ciągu. Dopóki nie osiągniesz orbity, najważniejszy jest czas, który wyklucza wszystkie opcje niskiego ciągu.
Post powtarza dosłownie opis „Tube video”. -1 za to i brak weryfikowalnych obliczeń.


To pytanie i odpowiedź zostało automatycznie przetłumaczone z języka angielskiego.Oryginalna treść jest dostępna na stackexchange, za co dziękujemy za licencję cc by-sa 3.0, w ramach której jest rozpowszechniana.
Loading...