Сколько топлива потребуется, чтобы отправить 300-граммовый спутник в космос с помощью Rockoon?

Сколько топлива потребуется, чтобы отправить спутник массой 300 г в космос с помощью рокуна , который может подняться на высоту 32 км, а затем отправить спутник на наклонение 28, апогей: 350 км, перигей: 280 км, используя APCP топливо?

Пожалуйста, предоставьте точный расчет, если это возможно, чтобы я мог следовать.

Не думаю, что высота "рокуна" в 32 км вообще имеет значение по сравнению с пуском с земли. Самая продуманная концепция полета дирижабля в космос, о которой я знаю, принадлежит компании JPaerospace jpaerospace.com/atohandout.pdf.
Я предполагаю, что плотность воздуха, таким образом, сопротивление резко уменьшится, следовательно, потребность в топливе, если я прав?
Плотность воздуха значения не имеет, обычные ракеты и так медленно движутся в нижних слоях атмосферы. Запуск — это скорость, а не высота. Вам нужно двигаться со скоростью около 7700 метров в секунду, или 28000 километров в час (в 100 раз больше скорости гоночного автомобиля F1), чтобы не упасть обратно на Землю. Воздушный шар мало что может исправить, он просто создает проблемную среду для запуска ракеты. Но опять же, концепция дирижабля JPaerospace в космос, похоже, имеет смысл.
Это больше похоже на план Jpaerospace. Мы планируем использовать Rockoon , который поднимет ракету на высоту 32 км и запустит маленькую ракету в космос. ну это план.
@LocalFluff Ракеты медленно движутся в нижних слоях атмосферы из-за невероятного атмосферного сопротивления. Увеличение высоты запуска может существенно повлиять на стоимость топлива. Как вы думаете, почему ракеты стартуют прямо вверх и только на определенной высоте поворачиваются в горизонтальное положение?
Вы можете начать с переноса Хомана с высоты запуска воздушного шара в апогей, предполагая отсутствие атмосферного сопротивления, а затем поднять перигей в апогее. Это даст вам нижнюю границу. Чтобы сделать что-то более точное, потребовалось бы запустить несколько симуляций подъема, чтобы определить потери на сопротивление.
На самом деле, я думаю, что самое сложное в этом — постановка. Rockoon на твердом топливе будет иметь гораздо более низкий ISP, чем обычные орбитальные ракеты, что сделает одноступенчатую ракету почти полностью неработоспособной. Ракетные конструкции будут весить более 300 г, что сделает проблему бессмысленной, даже если она выполнима. Но если вы ставите его на сцене, вы входите в гораздо большее дизайнерское пространство.

Ответы (1)

Рэндалл Манро в своей книге « Что, если » хорошо говорит об этом:

Причина, по которой трудно выйти на орбиту , не в том, что космос находится высоко.
Трудно попасть на орбиту, потому что нужно идти быстро

Существование 32 км выше вообще не сильно экономит. Поднятие массы из 32 км до 302 км использует 270 , 000 ⋅ 9,8 ≈ 2650 кДж/кг.
Поднятие груза с уровня моря на 302 км использует около 3 , 000 кДж/кг.
Ускорение до 7,73 км/сек. Приведенная здесь орбитальная скорость использует 1 2 ( 7730000 ) 2 ≈ 3 ⋅ 10 10 кДж/кг, более 10 , 000 раз больше.

Сравнение потенциальной и кинетической энергии является неполной моделью. При вертикальном подъеме возникают дополнительные затраты на потерю силы тяжести. Подъем требует больше энергии, чем разница потенциальной энергии между высотами.
Следует учитывать гравитационное и атмосферное сопротивление.
@Erik: они важны для подробных расчетов, но не важны на концептуальном уровне. Дело в том, что 32 км сырой высоты (без набора скорости) столько не стоят на пути к орбите. Были запуски с самолетов, таких как Pegasus, где воздушная скорость довольно ценна.
Плотность атмосферы на высоте 32 км практически ничего не значит ( en.wikipedia.org/wiki/US_Standard_Atmosphere#mediaviewer/… ) — так что это будет иметь огромное значение для конструкции транспортного средства. Во-первых, вам, вероятно, не придется беспокоиться о разработке ковша тяги для уменьшения максимальной Q. Количество времени, которое вы потратите на борьбу с гравитационным сопротивлением, также будет намного меньше, поэтому вы, вероятно, могли бы установить двигательную установку с более низким отношением тяги к весу. . Это не маленькие преимущества. Конечно, оснащение воздушного шара любым разумным размером полезной нагрузки проблематично.
Все это эффекты второго порядка. Насколько я знаю, реактивный ковш предназначен для защиты стартовой площадки от последствий запуска, хотя поиск в Google концентрируется на реактивных двигателях. Гравитация (почти) такая же на высоте 32 км, как и на уровне моря — сравните радиус Земли 6371 км с 6403 км — кого это волнует? Это небольшие преимущества. Воздушный шар — это огромная дополнительная дизайнерская проблема, и запуск с высоты не очень помогает.
Тяговый ковш STS абсолютно не должен был защищать стартовую площадку. «Итак, вскоре после нулевой T, вскоре после отрыва, мы дросселируем основные двигатели до примерно 64% ​​номинальной мощности, чтобы свести это динамическое давление на транспортное средство к минимуму. Если бы мы не снижали дроссель, нагрузки на внешний бак, твердотопливные ускорители и орбитальный аппарат были бы слишком высокими, потому что мы бы летели быстрее в этом режиме в атмосфере, называемом максимальным динамическим давлением» .
@RossMillikan Космический корабль должен подняться примерно на 100 км, прежде чем он совершит основной горизонтальный ожог. Гравитация 9,8 м/с^2. Каждые 102 секунды вертикального подъема стоят 102 секунды * 9,8 м/с^2 потери силы тяжести. Это 1 км/с. Время подъема по вертикали на 68 км будет значительно меньше времени, затрачиваемого на подъем на 100 км по вертикали. Особенно, если вам не нужно было сбавлять обороты, чтобы избежать чрезмерного максимального Q.
Сколько топлива потребуется, чтобы отправить 300-граммовый спутник в космос с помощью Rockoon?
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v