Pregunta:
¿Métodos de propulsión distintos de los cohetes para salir de la atmósfera terrestre?
Marmstrong
2013-07-17 12:54:39 UTC
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Debido a la gran cantidad de energía requerida, el método estándar para salir de la atmósfera terrestre es la propulsión de cohetes. ¿Hay otros métodos en desarrollo que no involucren cohetes? P.ej. ¿velas solares, elevadores espaciales?

Seis respuestas:
#1
+12
SF.
2013-07-17 13:46:15 UTC
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¿Actualmente existente y para salir de la atmósfera? No. Siempre es un motor de cohete de un tipo u otro, ya sea para lanzamiento vertical u horizontal, combustible sólido u oxígeno-hidrógeno.

Desarrollado, definitivamente sí.

La vela solar es solo viable en el espacio, considerando que el viento solar que atrapa es una fracción minúscula de la fuerza del viento físico (aire), lo que significa que se rompería en pedazos en la atmósfera superior y nunca proporcionaría suficiente empuje para superar la gravedad terrestre. Lo mismo ocurre con el motor de iones, que tiene un empuje mínimo que no se acerca a superar la gravedad terrestre, pero puede producir ese empuje durante años utilizando cantidades mínimas de energía y combustible.

Pero hay varios métodos planificados. de lanzamiento que no involucraría motores de cohetes. Ya hay algunos grupos trabajando en los planes de los ascensores espaciales; estamos bastante lejos de eso, porque el único material viable, los nanotubos, a pesar de las materias primas muy baratas, siguen siendo prohibitivamente caros de fabricar. Había un plan para usar hielo antártico para construir un tubo de lanzamiento similar a un cañón de múltiples etapas, para lanzar vehículos en diagonal usando cargas explosivas terrestres; que se estancó debido a preocupaciones ambientales. Había un plan para un "ascensor espacial parcial": una cuerda que orbita la Tierra en LEO, con un extremo posterior al que pueden llegar vehículos con motores a reacción que respiran aire, que acoplan su carga útil en él, luego la carga útil se eleva a la órbita y se lanza desde el el otro extremo de la cuerda, usando propulsión espacial (vela solar, impulsión de iones) desde allí.

El problema con todos estos es que, si bien operarlos, sería significativamente más barato que los motores de cohetes: el costo por lanzamiento es una fracción de la corriente, su costo inicial supera con creces el costo de un vehículo propulsado por cohetes. Con la economía actual, todos están en espera o avanzando a un ritmo glacial con solo tareas secundarias menores y económicas completadas, mientras que la mayor parte del trabajo espera financiación.

Creo recordar que hubo algunas investigaciones sobre el uso de un haz de luz para empujar un objeto a la órbita. Los cañones de riel serían similares al "cañón de múltiples etapas" que mencionas.
La propulsión por haz de luz era para vehículos "que ya estaban en órbita", una variante de la vela solar, donde una lente / espejo grande estacionaria (orbital) enfocaría la luz solar en un vehículo pequeño, proporcionándole mucho más empuje del que podría proporcionar una vela solar . Tanto los enfoques de cañón como de cañón de riel tienen un problema de aceleración inicial masiva en muy poco tiempo, probablemente letal para cualquier tripulación y dañino para el equipo preciso, sin embargo, se consideran viables para entregar materias primas para la fabricación orbital.
La investigación del haz de luz que vi en la televisión se realizó en tierra. Si mal no recuerdo, usó un rayo pulsado para elevar un cono liviano quizás unos pocos metros, una investigación muy temprana. Sospecho que eso no fue práctico, pero también trae a la mente la "posibilidad" de usar un haz de luz para empujar el vehículo directamente y expandir un propulsor, pero eso es probablemente * incluso menos * práctico.
@Paul: Por lo que recuerdo, también había planes de una matriz de espejos / láser basados ​​en tierra, pero no son muy viables debido a que el aire disipa la mayor parte de la luz en distancias más largas (y definitivamente no podría levantar ninguna nave más pesada ; la presión ligera es muy débil y existe el problema de que no se puede eliminar la absorción, se da demasiada luz en un área demasiado pequeña y se quema un agujero, se aumenta la superficie y se vuelve pesado y vulnerable al viento.
El enfoque de lazo de lanzamiento o cable espacial es bastante extravagante, pero creo que realmente funcionaría. Aparte del extravagante costo inicial para construirlo, eso es.
James Benford presentó resultados este verano sobre el trabajo experimental en velas con vigas de microondas, que se pueden utilizar, teóricamente, para llevar la nave a la órbita: http://www.youtube.com/watch?v=ef0aZ3zp1rk, a partir de las 28:56.
No estoy seguro de que el "ascensor espacial parcial" sea dinámicamente estable. En un ascensor espacial convencional, la fuerza centrípeta mantiene la cuerda tensa. En este diseño parcial, un objeto trepando por la cuerda tiraría hacia abajo de la parte superior ... Se necesitaría alguna forma de sistema activo para mantenerlo en órbita.
@PhilMacKay: Por supuesto, como se mencionó anteriormente: la "cuerda" debe ajustarse activamente para la pérdida de altitud causada por la nave "trepadora". A diferencia del ascensor clásico que prácticamente podría producir energía gratis, este necesita suministro de energía para cada lanzamiento, simplemente utilizándolo de manera más eficiente que los sistemas de propulsión química.
Con respecto a los cañones espaciales, existe la variante "Pozo del trueno", que lanza una carga útil a la órbita con una detonación nuclear subterránea. Pudo haber sucedido involuntariamente durante las pruebas de plomada en 1957, menos de dos meses antes del Sputnik. https://en.wikipedia.org/wiki/Operation_Plumbbob#Propulsion_of_steel_plate_cap Sin embargo, creo que podría ser poco práctico y ni siquiera más barato en teoría ...
#2
+8
Loren Pechtel
2014-05-30 22:45:41 UTC
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Múltiples carteles han mencionado pero descartado frijoles porque la ciencia de los materiales no está preparada para producir un cable lo suficientemente fuerte. Hasta ahora nadie ha mencionado el otro enfoque de escalera al espacio: los bucles de lanzamiento. No requieren supermateriales porque están soportados por objetos que se mueven más rápido que la velocidad orbital. La gran desventaja es que se apoyan en objetos en movimiento; si dejan de moverse, se caen.

La idea básica es que construyas dos estaciones que inclinarán barras de hierro hacia adelante y hacia atrás. Utiliza imanes extremadamente fuertes para girar las barras, una vez que las barras se mueven, la entrada de energía es mínima. Originalmente vuelan de un lado a otro en una trayectoria balística.

Luego construyes una pista encima de las barras voladoras. La pista desvía las barras hacia abajo, obteniendo elevación en el proceso. La velocidad de las barras se incrementa para compensar, continúan siguiendo el mismo curso. Ahora tienes lo que equivale a una vía de tren que se extiende hacia el espacio. No hay límite superior en la velocidad de un tren maglev en el vacío.

  Técnicamente posible: Sí Costo: Tremendo Seguridad: ¡No para mí!  

También hay la combinación de las dos ideas.

Construye un conjunto de torres en un anillo alrededor de la Tierra. Soportan un tubo, dentro del tubo tienes un anillo de hierro. Gire el anillo por encima de la velocidad orbital, genere suficiente fuerza hacia arriba para contrarrestar el peso de las torres. Dado que hemos contrarrestado la carga de las torres, somos libres de construir más alto. Luego construye otro anillo para tomar la carga. Repita hasta que esté tan alto como desee. Si está pasando geosync, los anillos giran por debajo de la velocidad orbital para generar fuerza hacia abajo en lugar de fuerza hacia arriba.

  Técnicamente posible: Sí. Puede construir los anillos y las torres tan cerca como sea necesario para hacer frente a los límites de material. Costo: tremendo ^ 2.Seguridad: si bien hay partes móviles, no es como el bucle de lanzamiento que requiere una estación de giro.  
#3
+4
geoffc
2014-03-04 00:38:56 UTC
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La cuestión clave es cómo puedo acelerar esta "cosa" a la velocidad orbital.

Hasta la fecha, solo los cohetes han tenido éxito. Los cohetes son bastante eficientes para generar un gran empuje con un gran impulso, pero son complejos.

Otras ideas promocionadas en la parte son cosas como Orion, que usó un vehículo gigante, con una placa grande, que en el lado orientado hacia abajo detonaría un dispositivo nuclear. Luego, la placa absorbería el impacto y se conectaría a través de resortes (enormes como se imagina) transferiría ese impulso al vehículo. Claramente, esto nunca sucederá. (Por supuesto, la trama de la novell Footfall es que para repeler una invasión alienígena, incluso Orión es aceptable). Un motor de cohete sin combustión, simplemente montado en la cresta de las explosiones nucleares.

Otras ideas son usar un láser de alta potencia para calentar un fluido de trabajo en el motor, de modo que no haya un motor de cohete que queme nada, más bien, el fluido calentado sale del motor a alta velocidad, transfiriendo impulso. Un motor de cohete, sin combustión en realidad.

Los tallos de frijoles orbitales, un cable desde una base en GeoSync, que cae a la superficie de la Tierra es una idea, y sigue siendo ciencia ficción en su mayor parte. (El cable debe tener 22,300 millas de largo. Lo suficiente para enrollar varias veces alrededor de la Tierra. Se necesita un contrapeso o un cable de la misma longitud que sobresalga hacia el otro lado). Pero este sería un enfoque para alcanzar la órbita sin un cohete.

Los cañones de riel, o pistolas químicas de alta energía, tienen un enfoque similar y aceleran el vehículo en un arma. Los cañones de riel funcionan mediante imanes (acelerador lineal) o vaporizando algo con la corriente que genera el empuje. Las pistolas químicas encienden el fuego detrás del vehículo, pero es empujado por el borde de la explosión (una especie de Orión químico confinado).

Por desgracia, no hay antigravedad o truco ingenioso para llegar a la órbita.

El gradiente de aceleración no es simétrico con respecto a la órbita geosynch, es mucho más empinado en el lado terrestre del geosynch. Sin un contrapeso, el cable tendría que extenderse 144.000 km desde la superficie terrestre.
No diría "nunca" sobre Orión. Todo lo que requiere son políticas diferentes.
#4
+4
Anthony X
2014-06-01 20:46:10 UTC
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Para salir de la atmósfera de una manera útil, debes acelerar al menos a la velocidad asociada con una órbita terrestre baja, y hacerlo sin volver a caer al suelo antes de que se alcance esa velocidad.

Ion casi nunca harán esto. Son mucho más eficientes con el propulsor (se gasta mucha menos masa de propulsor para lograr un delta-V dado) que con un cohete químico, pero no se pueden construir para proporcionar la aceleración necesaria del vehículo. Necesita al menos 1 g para equilibrar la gravedad de la superficie, y luego algo para moverse hacia arriba y hacia afuera. Los motores de iones producen fracciones muy pequeñas de g; funcionan bien para naves espaciales que ya están en el espacio en misiones a largo plazo, pero no se consideran nunca una tecnología de lanzamiento espacial.

Hay un par de tecnologías interesantes que podrían ser aplicado al lanzamiento espacial.

Uno es el motor SABRE. Si tiene éxito, podría reemplazar el cohete de lanzamiento vertical con plataforma de despegue casi como un avión de pasajeros convencional para acceder a la órbita. Aunque efectivamente es un motor de cohete a grandes altitudes donde no hay suficiente aire para operar un motor a reacción, SABRE funcionaría como un chorro que respira aire en altitudes más bajas, reduciendo sustancialmente la masa de propulsor que el vehículo requeriría al levantarse para volar a órbita en comparación con el cohete convencional.

Otro es el cohete nuclear. Esto fue pionero en los años 50 y 60, y se persiguió hasta el punto en que se pudo construir un sistema de lanzamiento factible, aunque nunca lo fue. El cohete nuclear reemplaza las reacciones químicas con reacciones nucleares como fuente de energía para producir una corriente de gas caliente para propulsión. La velocidad de escape sería mucho mayor que la de cualquier cohete químico, reduciendo significativamente la fracción de masa del propulsor del vehículo.

#5
+3
LocalFluff
2014-05-31 13:49:12 UTC
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JP Aerospace, que actualmente tiene el récord de altitud para dirigibles a 95.085 pies, planea llevar aeronaves a la órbita fuerte>. Una vez que boyancy lo ha llevado por encima de casi toda la atmósfera, utilizará una especie de motor cohete, una propulsión electroquímica que durante varias horas lo acelera a velocidad orbital. Wikipedia tiene una descripción general de las aeronaves orbitales y aquí hay una entrevista de radio larga con John Powell de JP Aerospace.

#6
  0
user3437
2014-05-30 22:08:25 UTC
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El problema crítico no es la altura sino la velocidad. ¿Podría una combinación de chorros preenfriados, impulsores de iones y cohetes permitirnos viajar al espacio de forma más barata, segura y eficiente que el método actual basado en cohetes? Usando un motor a reacción preenfriado para ganar altitud y luego usando un motor de iones para dar un empuje adicional, podría alcanzar la velocidad requerida. Al invertir el proceso, podría aterrizar la nave de manera convencional eliminando la necesidad de escudos térmicos y otros dispositivos de reentrada pesados. http://youtu.be/KFL623O9CXQ

No, los impulsores de iones no producen el empuje necesario. Hasta que haya alcanzado la órbita, el tiempo es esencial y eso descarta todas las opciones de bajo empuje.
La publicación repite textualmente la descripción del video de Tube. -1 por eso y falta de cálculos verificables.


Esta pregunta y respuesta fue traducida automáticamente del idioma inglés.El contenido original está disponible en stackexchange, a quien agradecemos la licencia cc by-sa 3.0 bajo la que se distribuye.
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