Почему ракеты не запускают в космос с помощью самолётов?

Ответить
Ответить
Комментировать
2
Подписаться
0
3 ответа
Поделиться

Использование самолётов в качестве первой ступени на атмосферном участке полётной траектории является очень перспективным, имеющим существенные преимущества перед классическими методами вывода грузов на орбиту. Но и есть существенные недостатки, которые и мешают внедрению этой технологии в жизнь и её развитию.

К достоинствам следует отнести:

• отсутствие необходимости в сложном комплексе сооружений для закуска ракет — нужна просто подготовленная взлётная полоса, а кроме того эта полоса не обязана находится на экваторе для наиболее эффективного вывода полезной нагрузки (самолёт вполне может долететь до экватора, а там уже отделять от себя вторую ступень). Но наиболее оптимальным и энергоэффективным вариантом конечно является дозаправка и взлёт с полосы на экваторе. Можно использовать уже существующую инфраструктуру;

• первая ступень (самолёт) является многоразовой (при этом многоразовость ограничивается не десятками раз, как у Falcon 9, а тысячами раз) и очень дешёвой в обслуживании;

• возможно создание на этой базе уже не самолётов, а SSTO (single-stage-to-orbit) одноступенчатых космических кораблей, которые имеют двигатели, которые могут использовать воздух в качестве окислителя на атмосферном участке, а только потом переходить на запасённый в баках кислород. Эти аппараты выглядят перспективнее, но они дороги в обслуживании и им приходится возить на орбиту лишний вес в виде пустых баков, крыльев, двигателей и прочего.

Недостатки, которые и определяют недостаточную развитость этого направления космической техники:

• для вывода сопоставимых с выводимыми обычными ракетами-носителя грузами на орбиту требуется огромная подъёмная сила и потребное крыло получается очень огромным, сами самолёты соответственно тоже получаются огромными и дорогими в производстве (от 100 метров и до 300 метров размах крыла, а взлётная масса от 500 до 2000 тонн);

• высота, на которую может поднять ракету самолёт ограничена 10—15 километрами, да и скорость, которая сообщается отделяемой второй системе не превышает скорости звука, что достаточно мало в масштабах необходимой первой космической скорости на высоте нескольких сот километров. Да, есть некоторая экономия, связанная со значительным снижением аэродинамических потерь и применение на второй ступени ЖРД такого типа, которые наиболее эффективны в условиях вакуума, но эта экономия не слишком велика (ориентировочные расчёты сейчас делать не берусь);

• в случае SSTO дороговизна обслуживания, дороговизна разработки и производства совершенно нового типа разнорежимных двигателей; неэффективный вывод на орбиту лишней массы в виде всего огромного запускаемого с Земли аппарата (например, наиболее реалистичный на сегодняшний день проект «Skylon» (wikipedia.org) без топлива весит 41 тонну).

Но в некоторой узкой области вывода на орбиту малых грузов (а также для других целей) самолёты используются в качестве первой ступени уже сейчас:

1. Ракета «Пергас» (wikipedia.org) и недавно созданный для запуска усовершествованной версии этой ракеты носитель Stratolaunch Model 351 (wikipedia.org).

2. Многоразовый космический корабль SpaceShipTwo (wikipedia.org) с поправкой на то, что он суборбитальный и предназначен не для вывода грузов, а для космического туризма.

8
Прокомментировать

Не построили еще таких самолетов, которые могли бы одновременно разгоняться до нужной скорости и нести на себе такую махину (даже за вычетом массы лишнего топлива). Но проекты такие разрабатываются.

Илья Левинотвечает на ваши вопросы в своейПрямой линии
2
Прокомментировать

Всё что здесь написали это полный абсурд.  Пишу как выпускник МГТУ им Баумана кафедры  "Аэрокосмические системы".

  • Для каких-нибудь нано-спутников и мини-носителей воздушный старт может оказаться дешёвым, но чтобы вывести приличный вес на геостационарную орбиту требуется носитель массой в сотни тонн - следовательно, и самолёт должен быть не меньше Ан-225 "Мрiя". А уж если он, вдобавок, и сверхзвуковой... Такие самолёты по определению дешёвыми не будут.
  • Обывателю кажется что для запуска ракеты важна высота.  На самом деле для выхода на орбиту и в реальный космос важна скорость, а вовсе не высота. Цель ракеты - достичь первой космической скорости (8 км/с, около 28 тысяч км/ч) причём почти неважно в каком направлении - вверх или вбок. Грузовые самолёты максимум что могут дать - это 900 км/ч, а это 3% от необходимого, в пределах погрешности измерения. Есть, конечно, сверхзвуковые самолёты которые могут развивать большую скорость, но у них ничтожная грузоподъёмность. Если цель - покататься пару минут в стратосфере, то самолёт может помочь, но для реального космоса нужно что-то посерьёзнее.
  • У ракет отделение первой ступени происходит на высотах более 40 км и на скорости 2-3 км/с, а самолет поднимает на высоту порядка 10-12 км и сообщает скорость около 200 м/с. Получается, что по сути дела самолет заменяет собой не первую ступень (как обычно пишут в рекламных буклетах на подобные системы), а где-то 1/4 (а то и 1/5) от первой ступени.
  • Разделение. Представьте себе самолёт на высоте 10 км летящий со скоростью 900 км/ч у которого внутри как-то находится ракета которая тяжелее чем сам самолёт. Нужно её как-то безопасно пустить, при этом чтобы не задеть сам самолёт и не создать ему возмущений - это нетривиальная техническая задача. Ракета рассчитана на сдавливающие нагрузки, а при старте с самолёта у неё будут нагрузки изгибающие. (Самолёт же не может лететь носом вверх?). Т.е. если любую существующую орбитальную ракету сбросить с самолёта она сразу же переломится. Т.е. нужно делать более прочную ракету - а значит более тяжёлую - а значит масса выводимой нагрузки будет меньше.
  • Стартовать ракету. Вы когда нибудь видели фотографии пускового комплекса ? Там стоят мачты, механизмы удержания, газоотводы, цистерны с жидким топливом, системы термостатирования. А теперь это всё тоже нужно уместить в самолёте. Реально как в анекдоте "а теперь со всей этой фигнёй мы попытаемся взлететь".
  • Помните видео "что-то пошло не так" ?  Это произошло в казахской степи, людей при пуске отвозят на десятки километров. У ракет примерно каждый 20-й полёт что-то идёт не так. А теперь представьте, что это произошло в самолёте, вам пилотов не жалко?

Резюме: возможно в будущем, на каких-то других технологиях возникнут аэрокосмические системы. Это может быть водородный сверхзвуковой беспилотный самолёт или что-то в этом роде, но на существующих технологиях авиастроения самолёт только мешает ракете.

0
Прокомментировать
Ответить