Vozdushni Start, изстрелване на ракети от въздуха - Eureka
Блогът на Даниел Марин
Идеята за изстрелване на космически ракети от самолет е доста стара. През последните десетилетия са замислени десетки проекти, способни да изведат спътниците в орбита с помощта на системи за въздушно изстрелване, но само Pegasus XL от северноамериканската компания Orbital успя да види светлината. И защо тази мания за този любопитен метод? Много просто, защото въздушните капки са доста елегантен начин за минимизиране на енергийните загуби на стартера. Нека да видим накратко как.
Когато изстреляме ракета в космоса, има няколко фактора, които наказват работата на превозното средство. Най-важното се дължи на гравитационните загуби, тоест енергията, която ракетата трябва да инвестира, за да напусне гравитационния кладенец на Земята. Колкото повече време отделяме за ускоряване на ракетата до орбитална скорост, толкова по-големи са загубите, поради което изстрелващите системи с по-голяма тяга в ранните етапи са по-ефективни. Като цяло ракетата губи между 1 km/s и 1,5 km/s в борба със земната гравитация, така че тя трябва да носи много повече гориво, отколкото би било необходимо, ако се ускорява от нула далеч от гравитационния кладенец. За да се намали този фактор, идеалното би било ракетата да остане на вертикална пътека за възможно най-кратко време и да приеме хоризонтално положение веднага щом излети, но това изискване влиза в конфликт с друг фактор като атмосферното триене.
И това е, че атмосферното триене е друг проблем, който трябва да се вземе предвид, въпреки че възниква любопитното обстоятелство, че по-големите ракети са по-малко засегнати от малките (триенето зависи от повърхността, но масата на ракетата зависи от обема). Въпреки факта, че атмосферното триене не води до много сериозни енергийни загуби (около 150 m/s), то принуждава ракетите-носители да бъдат проектирани по такъв начин, че да могат да издържат на топлината и напреженията, които възникват по време на преминаването през максимума динамично налягане (Max Q), изисквания, които водят до увеличаване на крайната маса на системата. За да се намалят загубите на енергия поради триене, ракетите следват вертикална траектория, докато оставят зад себе си по-голямата част от земната атмосфера и едва след това променят траекторията си, докато достигнат хоризонтала, по-ефективни, за да минимизират загубите, причинени от гравитационния кладенец на Земята.
Третият фактор за загуба на енергийна ефективност е този, причинен от изстрелване на ракета от база, разположена на географски ширини, различни от екватора. Идеалното при орбитално изстрелване е да се възползваме напълно от въртенето на Земята, за да увеличим полезния товар на превозното средство (освен ако не искаме да достигнем полярна орбита). И ако искаме да стигнем до геостационарна орбита (където е бизнесът за изстрелване на сателити), тогава сме изключително заинтересовани да се възползваме от това малко допълнително тласкане, което Земята ни предоставя. Ако излетим от екватора, можем да дадем на нашата ракета допълнителни 300-400 m/s.
Следователно, ако изстреляме ракета от дозвуков самолет на височина 10 километра, можем да намалим значително всички тези загуби. По-високата височина на изстрелване означава по-ниски гравитационни загуби, а по-ниската атмосферна плътност намалява рязко триенето (друго допълнително предимство на ниската плътност е, че дюзите на двигателите от първи етап могат да бъдат проектирани по-ефективно). Освен това самолетът може да изстреля ракетата от самия екватор, ако желаем, въпреки че в действителност можем да се възползваме от всяка възможна орбита. В този случай ограниченията са фокусирани върху наземната инфраструктура (станции за наблюдение, разпоредби за сигурност, летища на излитане и т.н.).