Почему космические корабли взлетают на ракетах, а не просто поднимаются вверх, как самолеты, пока не достигнут космоса?

Самолеты полагаются на подъемную силу, создаваемую при взаимодействии с атмосферой, и на использование атмосферного кислорода для сжигания топлива, которое они несут.

Орбиты не стабильны, пока вы не подниметесь достаточно высоко, чтобы не было достаточно атмосферы для взаимодействия, и задолго до этого содержание кислорода падает слишком низко, чтобы быть полезным.

Итак, чтобы выйти на стабильную орбиту, в конечном итоге вам понадобятся ракеты. Ареокосмические типы продолжают смотреть на гибриды (дыхание воздухом, создание подъемной силы на низкой высоте, затем переключение на ракеты, когда вы поднимаетесь очень высоко), потому что это кажется хорошей идеей, но пока дополнительная сложность не окупилась. Либо коммутационное устройство весит слишком много, либо дополнительное оборудование увеличивает риск выхода из строя.

Возможно в будущем.

Что бы это ни стоило, даже если ракета начинает свой полет, направляясь прямо вверх, после того, как она прошла через большую часть атмосферы, она вскоре начинает менять свое направление, так что большую часть своего полета она проводит с ускорением в направлении «вокруг Земли» ( т.е. в основном горизонтально).

Кроме того, чтобы достичь орбиты, транспортное средство должно либо достичь достаточно высокой скорости, либо достаточно большой высоты, либо достаточно высокой комбинации скорости и высоты. Пистолет, стреляющий горизонтально на скорости 20 000 миль в час, сделает свое дело. Или сброс мяча с высоты 20 000 миль тоже сработает. Ни одна из этих комбинаций высоты/скорости не является практической .

К вашему вопросу. Нет никакой фундаментальной физической причины, по которой «самолет» не может летать в космос. Подходящим определением «самолета» здесь будет транспортное средство, которое:

1. несет свое топливо
2. подхватывает воздух из атмосферы во время полета и
3. имеет крылья, которые могут создавать подъемную силу

Обратите внимание, что и самолет, и ракета генерируют тягу по одному и тому же физическому принципу — за счет ускорения и выброса некоторой массы.

Причины, по которым вы не видите, как самолетоподобный аппарат ускоряется и поднимается в космос, являются практическими инженерными соображениями, а не фундаментальными физическими ограничениями. Вот гипотетическая концепция «самолет на орбиту», которую допускают законы физики:

• Взлететь с взлетно-посадочной полосы, разогнаться и набрать скорость 500 миль в час на высоте 40 000 футов (пока что, как обычный транспортный самолет).
• удерживая высоту 40 000 футов, разогнаться с 500 миль в час до 20 000 миль в час

Теперь вот некоторые из практических препятствий для того, чтобы это действительно было сборным транспортным средством:

• оставаясь в такой атмосфере, чем быстрее движется автомобиль, тем большее сопротивление он испытывает. Двигатель должен генерировать достаточную тягу, чтобы преодолеть сопротивление, а также немного больше, чтобы разогнать автомобиль. Обычные реактивные двигатели достаточно мощны, чтобы летать на обычном реактивном самолете со скоростью 500 миль в час на высоте 40 000 футов. Разогнаться до 20 000 миль в час — это в 40 раз быстрее, для чего потребуется в 40*40 раз больше тяги, а для этого нужен двигатель в 40*40*40 раз мощнее. Особенно жестокий закон физики гласит, что сопротивление увеличивается пропорционально квадрату скорости (на самом деле это упрощение, которое игнорирует ударные волны, реальность еще более жестока!), а требуемая мощность увеличивается пропорционально кубу скорости.
• создание обычного воздушно-реактивного двигателя, работающего со скоростью от 500 до 2000 миль в час, является крупным инженерным достижением (это может сделать SR-71 Blackbird). Заставить воздушно-реактивный двигатель работать на скорости 4000 миль в час или 5000 миль в час практически еще не удалось (посмотрите на текущие исследования «ГПВРД»). Добраться до 20 000 миль в час — это долгий, долгий путь дальше, чем все это.
• Даже если бы вы могли так разогнаться, вы бы столкнулись с непреодолимой проблемой аэродинамического нагрева. Точно так же, как космический корабль или метеор, входящий в атмосферу, производит раскаленное добела тепло, ваш разгоняющийся самолет столкнулся бы с тем же эффектом.
• Химические виды топлива (углеводороды, водород и т. д.) имеют определенное количество энергии на единицу массы, и двигатели преобразуют некоторую часть этой энергии в тягу (количество зависит от различных особенностей, но в одном можно быть уверенным, так это в том, что 1 Джоуль топлива энергия всегда будет преобразована менее чем в 1 Джоуль движущей энергии (умножение тяги на скорость)). Вы быстро получаете глупые результаты из своих расчетов — что, если вам нужно сжечь миллион фунтов топлива, чтобы вывести на орбиту один фунт полезной нагрузки?

РЕДАКТИРОВАТЬ, чтобы добавить: более подробные обсуждения можно найти в блоге «Selenian Boondocks»; начните с публикации «Часть I: SSTO с воздушным запуском» в разделе « Методологии орбитального доступа ».

http://en.wikipedia.org/wiki/Pegasus_(ракета)
Pegasus представляет собой гибридную ракетно-самолетную систему, которая используется в настоящее время.

Я посмотрел этот несколько дрянной клип Диснея 1950-х годов. В нем есть идея космоплана, но, увы, самолет взлетает как ракета.

http://www.youtube.com/watch?v=rBgkrhnThek

Есть несколько причин, по которым вам обычно нужен полет на ракете. При вертикальном подъеме вы быстро очищаете атмосферу. В течение 90 секунд полета ракеты вы находитесь выше 90% воздуха. Воздух имеет трение и, как правило, не так уж сильно помогает поднять вас далеко. Самолет может летать на максимальной высоте около 30 000 м, а для орбитального полета вам нужно пройти гораздо дальше.

Не исключено, что на ракете могли быть размещены прямоточные или ГПВРД. Как только он достигает сверхзвука, они могут срабатывать и обеспечивать тягу без необходимости нести окислитель, пока вы не достигнете высоты около 50 000 м. Контуры полета современных боевых самолетов отражают предел безопасности. Если вы запустите афербернеры и приблизитесь к вертикали, вы достигнете «края космоса». Конечно, двигатели заглохнут, и ваш спуск будет жестоким и смертоносным.

Бизнес космопланов - это в значительной степени куча чуши. Эти идеи время от времени всплывают на поверхность, и, к счастью, мы еще не потратили миллиарды на такую ​​бесполезную программу.

Это связано с тем, что космические корабли, как правило, не предназначены для немедленного возвращения на Землю после того, как у них закончится топливо, а для достижения в этот момент скорости убегания 11,2 километра в секунду. Затем он может непрерывно вращаться вокруг Земли, например, без необходимости использовать дополнительное топливо в идеальном случае.

Вкратце - Ракета работает, обмениваясь импульсом, И в настоящее время самолеты просто не имеют возможности обмениваться достаточным импульсом. В ракете - как масса топлива, так и высокая скорость его выхода из системы двигателя придают ракете импульс для выхода в космос. Пропеллент (топливо) достигает своей скорости за счет сгорания с окислителем в камере высокого давления, создавая выхлоп высокой энергии, который затем направляется через сопло. Эта скорость в сочетании с правильными массовыми характеристиками топлива обеспечивает мощность или энергию, необходимую для запуска корабля в космос. С другой стороны, самолету требуется аэродинамическое сопротивление и подъемная сила, чтобы оторваться от земли... и когда атмосфера становится слишком тонкой... он не может обмениваться импульсом.

ВВС США работают с космическими самолетами, однако из-за конструкции им все еще нужна РАКЕТА, чтобы поднять их в космос. Довольно крутая штука - если вы хотите еще почитать...

http://www.spaceflightnow.com/atlas/av026/status.html

Нет. Большая часть кинетической энергии ракеты направлена ​​в сторону (8 км/с), чтобы позволить космическому кораблю выйти на орбиту. Итак, если вы хотите свой орбитальный самолет, вам нужен двигатель, который может развивать скорость до 25 Маха внутри атмосферы (чтобы вы могли использовать относительно эффективные воздушно-реактивные двигатели), вам нужно: 1: высокоскоростной воздушно-реактивный двигатель (ГПВРД) 2 : система тепловой защиты (для предотвращения плавления корабля) и 3: малый двигатель орбитального маневрирования. Если вы хотите получить скорость до 8 км/с за пределами атмосферы, вам нужно использовать (относительно неэффективные) ракеты.

Самая высокая высота, зарегистрированная для реактивного самолета, составляет чуть более 100 000 футов в круглых числах. Чтобы достичь низкой околоземной орбиты, вам нужно будет достичь высоты около 100 миль или около 520 000 футов. Как вы можете видеть, реактивный самолет поднимет вас только примерно на 1/5 пути, и вам нужно будет переключиться на ракетный двигатель из-за недостаток кислорода. Я предполагаю, что переход с обычного самолета/реактивного двигателя на ракетный двигатель является дополнительным усложнением, которое может сделать его более дорогим, чем просто использование ракетного двигателя.

Проблема связана с наличием воздуха. Самолетам нужен воздух по двум причинам: окислитель для топлива, которое они несут для создания тяги, и сопротивление крыльев для создания подъемной силы. Нет воздуха, нет тяги, нет подъемной силы, нет полета. Очевидно, что вы можете летать так высоко только до тех пор, пока у вас не кончится воздух. Ракеты должны лететь выше этого, поэтому они построены так, чтобы обходиться без воздуха. Они несут свою собственную комбинацию окислителя и топлива (в любой форме, твердой или жидкой), и на самом деле это топливо занимает много места (посмотрите на огромные баки на космических шаттлах). Это проблема, потому что ракете приходится лететь сквозь плотный воздух, и там она создает большое сопротивление, а ракетам не нужно сопротивление, чтобы летать! Итак, ракета хочет как можно быстрее пройти сквозь густую атмосферу, а значит выстрелить ввысь.

Просто, самолет просто не предназначен для использования в среде, где нет воздуха. Это прямо там, в его названии, AIRplane. Самолету для работы нужен воздух, для окислителя, подъемника и т.д., без него он просто выйдет из строя.

Если вы можете создать корабль, которому не нужен воздух для работы и который может создать достаточную подъемную силу, чтобы превзойти гравитацию (сейчас у нас есть только ракета), тогда вы получите космический корабль. Вероятно, в будущем мы сможем создать космический корабль, который мог бы хорошо работать в атмосфере и космосе, как в гало, старкрафте или Warhammer 40k, но сейчас это выходит за рамки наших нынешних технологий.

Если ракета работает, то почему бы ее не использовать?, а еще лучше, улучшить ее.

Существует альтернативный способ полета транспортных средств вообще: путем создания и использования космического лифта . По сути, полезная нагрузка набирает необходимую орбитальную скорость, расходуя энергию на подъем по кабелю, соединяющему наземный якорь и геосинхронный спутник. Сгорание не обязательно требуется, а скорость набора высоты полезной нагрузки (и, следовательно, мощность) может быть как низкой, так и высокой по желанию.

Это невероятная инженерная задача с огромным риском, но такой подход не исключается как перспектива в будущем.

ракеты используют третий закон Ньютона, чтобы взлететь этот закон состоит в том, что для каждого действия есть равное и противоположное противодействие. если ракета взлетит, как самолет, тяга будет израсходована слишком быстро, кроме того, когда закончится топливо, кислородные баллоны упадут. так вот почему ракеты не взлетают как самолеты