Gibt es irgendeine Art von Forschung zum *suborbitalen Rendezvous-ing mit einem Weltraumschlepper außerhalb der Atmosphäre?

Online finde ich dazu nichts. Es scheint eine nützliche Technik zu sein, da es das Delta-V für das Fahrzeug, das die Nutzlast vom Boden zum Rendezvouspunkt hebt, relativ zur vollständigen Umlaufbahn verringern würde. (HINWEIS: Ja, Sie müssten zusätzlichen Kraftstoff zum Schlepper bringen, um dieses Manöver durchzuführen, aber das ist möglicherweise ein kleineres Problem.)

Dies ist das Gegenteil einer nützlichen Technik.

Die Geschwindigkeiten müssen angepasst werden, oder es kommt zu einer Kollision statt einem Rendezvous. Ein aufsteigendes Schiff auf einer suborbitalen Flugbahn von 5 km/s, das auf eine umlaufende Station mit 7,7 km/s trifft, ergibt eine massive Trümmerwolke. Man kann die Nutzlast nicht einfach im Vorbeigehen von einer Schleuse zur anderen werfen; es hat immer noch eine relative Geschwindigkeit von 2,7 km/s.

Beim Einsparen von X Delta-V auf dem aufsteigenden Schiff müsste die Zielstation also X Delta-V ausgeben, um entsprechend langsamer zu werden, und dann X Delta-V erneut ausgeben, um zur Umlaufgeschwindigkeit zurückzukehren, plus etwas mehr um die während der Verlangsamung verlorene Höhe wiederzugewinnen. Die Zielstation ist wahrscheinlich wesentlich größer als die Steigklemme, sodass 2X Delta-V wahrscheinlich auch viel mehr Kraftstoffaufwand bedeutet.

Darüber hinaus, wenn es eine Verzögerung beim Erreichen des Rendezvous gibt oder ein Problem beim Neustart des Zirkularisierungstriebwerks auf der Station, haben Sie die ganze Sache verloren.

Okay, ich bin jetzt schon seit einer Weile super begeistert von dieser Idee, also kann ich nicht anders, als mich einzumischen. Für den Anfang sind die Probleme mit Rendezvous ziemlich wichtig, wie bereits gesagt – eine Sekunde Pause kann Kilometer bedeuten , usw. usw. Allerdings haben wir gesehen, wie computergesteuerte Raketen perfekte Selbstmordverbrennungen anrichten; Nicht immer gibt es noch Raum für Verbesserungen, aber Computer, die absurd präzise Manöver ausführen, liegen eindeutig nicht außerhalb des Bereichs der technologischen Möglichkeiten. Tatsächlich würde ich argumentieren, dass, wenn wir nicht einige verrückte, unvorhersehbare Fortschritte bei der Effizienz unserer Raketenmotoren machen (was ich, da ich unvorhersehbar bin, nicht vorhersehen kann), die einzige Möglichkeit, die Praktikabilität unserer Weltraumprogramme wirklich zu verbessern, ist vorbei Verbesserungen der Techniken sowie die Schaffung und Nutzung von Infrastrukturen. Wiederverwendbare Raketen durch treibende Landung sind ein gutes Beispiel für Ersteres; oder die Fähigkeit, Computer sehr schwierige Dinge tun zu lassen, ist viel stärker als unsere Fähigkeit, thermodynamische Systeme dazu zu bringen, unmöglich scheinende Dinge zu tun. Ich würde argumentieren, dass das suborbitale Rendezvous insofern ähnlich ist, als es sich um eine äußerst schwierige Technik handelt, und sich darin unterscheidet, dass es auch den Aufbau von Infrastruktur darstellt. Ich denke, dass ein Paar Bordcomputer, die sich in jedem Moment des Starts aktiv miteinander koordinieren, die Arbeit erledigen kann. Erster Versuch? Wahrscheinlich nicht. Das System bedarf einer Feinabstimmung. Aber mit unserer Technologie, wo sie ist, würde ich mich jeden Tag lieber einem Problem der Fähigkeiten als einem Problem der Physik stellen. oder die Fähigkeit, Computer sehr schwierige Dinge tun zu lassen, ist viel stärker als unsere Fähigkeit, thermodynamische Systeme dazu zu bringen, unmöglich scheinende Dinge zu tun. Ich würde argumentieren, dass das suborbitale Rendezvous insofern ähnlich ist, als es sich um eine äußerst schwierige Technik handelt, und sich darin unterscheidet, dass es auch den Aufbau von Infrastruktur darstellt. Ich denke, dass ein Paar Bordcomputer, die sich in jedem Moment des Starts aktiv miteinander koordinieren, die Arbeit erledigen kann. Erster Versuch? Wahrscheinlich nicht. Das System bedarf einer Feinabstimmung. Aber mit unserer Technologie, wo sie ist, würde ich mich jeden Tag lieber einem Problem der Fähigkeiten als einem Problem der Physik stellen. oder die Fähigkeit, Computer sehr schwierige Dinge tun zu lassen, ist viel stärker als unsere Fähigkeit, thermodynamische Systeme dazu zu bringen, unmöglich scheinende Dinge zu tun. Ich würde argumentieren, dass das suborbitale Rendezvous insofern ähnlich ist, als es sich um eine äußerst schwierige Technik handelt, und sich darin unterscheidet, dass es auch den Aufbau von Infrastruktur darstellt. Ich denke, dass ein Paar Bordcomputer, die sich in jedem Moment des Starts aktiv miteinander koordinieren, die Arbeit erledigen kann. Erster Versuch? Wahrscheinlich nicht. Das System bedarf einer Feinabstimmung. Aber mit unserer Technologie, wo sie ist, würde ich mich jeden Tag lieber einem Problem der Fähigkeiten als einem Problem der Physik stellen. Ich denke, dass ein Paar Bordcomputer, die sich in jedem Moment des Starts aktiv miteinander koordinieren, die Arbeit erledigen kann. Erster Versuch? Wahrscheinlich nicht. Das System bedarf einer Feinabstimmung. Aber mit unserer Technologie, wo sie ist, würde ich mich jeden Tag lieber einem Problem der Fähigkeiten als einem Problem der Physik stellen. Ich denke, dass ein Paar Bordcomputer, die sich in jedem Moment des Starts aktiv miteinander koordinieren, die Arbeit erledigen kann. Erster Versuch? Wahrscheinlich nicht. Das System bedarf einer Feinabstimmung. Aber mit unserer Technologie, wo sie ist, würde ich mich jeden Tag lieber einem Problem der Fähigkeiten als einem Problem der Physik stellen.

Und dann kommen sowieso die Probleme mit der Physik. Abgesehen von der Frage, ob dies die Delta-V-Berechnungen tatsächlich erheblich verbessert oder nicht, sollten wir uns fragen, wie wiederverwendbar ein Schlepper im Orbit wie dieser tatsächlich wäre. Der Weltraum ist eine extreme Umgebung in Bezug auf Temperatur, Strahlung, statische Elektrizität (unter bestimmten Umständen), und jede Art von Wartung, die an irgendeiner orbitalen Hardware durchgeführt wird, wird zu einer eigenen Weltraummission, selbst wenn die Schlepper eine Station haben, an der sie andocken können. Früher oder später wird jemand ein paar Ersatzteile hochfliegen müssen. Ein kritisches Problem? Nicht unbedingt, aber wichtig zu bedenken. Meine größte Sorge gilt persönlich der Wiederverwendbarkeit von Motoren. In den letzten Jahren haben wir gesehen, wie Raketentriebwerke ala SpaceX mehrmals neu geflogen sind – und tatsächlich das Space Shuttle davor. Ich glaube, dass ein bestimmter Motor bei Missionen meistens 6 (Space Shuttle) verwendet wurde, aber ich könnte mich falsch erinnern. Es ist wahrscheinlich eine vernünftige Frage, wie oft selbst das am besten konstruierte Raketentriebwerk ohne eine vernünftige Erwartung eines Ausfalls verwendet werden kann. Raketen sind extreme physikalische Systeme.

Aber lassen wir das alles beiseite, denn diese Art von Manöver sieht super cool aus, und das muss wahrscheinlich auch etwas zählen. Was ist mit Delta-V? Hier wird es irgendwie lustig, denke ich. Nehmen wir uns einen Moment Zeit und denken über einige technische Größen nach.

Starttreibstoff: So viel Treibstoff benötigt unser erster Booster, um das Nutzlastmodul in die gewünschte suborbitale Flugbahn zu bringen. Dies ist eine Funktion der Masse des Nutzlastmoduls (einschließlich Nutzlast und Treibstoff), der Effizienz der Booster-Triebwerke und der Trockenmasse des Boosters selbst, inklusive Rücklauftreibstoff.

Return Fuel: Dies ist der zusätzliche Treibstoff, der in der Trockenmasse des Boosters enthalten ist, damit wir ihn landen können, denn warum nicht?

Nutzlastmasse: Wie viel wiegt unser Satellit im Grunde?

Treibstoff für die Nutzlast: Wie viel Treibstoff müssen wir unserem Nutzlastmodul hinzufügen, um den Treibstoff für den Schlepper aufzufüllen, der beim Abbremsen zum Andocken und anschließenden Zurückschnellen in den Orbit verbraucht wird?

Ich habe ein MATLAB-Skript geschrieben, um mit all diesen Werten zu spielen, und ich habe festgestellt, dass Sie mit den richtigen Konfigurationen von Engines und Nutzlast tatsächlich ziemlich signifikante Verbesserungen des Massenanteils erzielen können, was gut mit der zweistufigen Wiederverwendbarkeit zusammenpasst. Ich glaube nicht, dass meine Skripte tatsächlich etwas aus praktischer Sicht beweisen, nur um klar zu sein, sondern zeigen eher, dass dies, wie OP vorschlägt, eine Frage sein könnte, die es wert ist, ernsthafter gestellt zu werden - und vielleicht allgemeiner; Wie können wir unsere bestehende Technologie erneut anwenden, um die Weltraumaktivität zu verbessern, ohne mit Daumendrücken auf riesige Fortschritte in der Physik und/oder Materialwissenschaft warten zu müssen?

Um deine Frage zu beantworten: Nicht dass ich wüsste. Es wäre jedoch sehr sinnvoll, wenn Sie Treibstoff zu einem Ziel bringen, landen und versuchen, zurückzukehren. Beispielsweise benötigen Sie mindestens etwa 30 km / s, um vom Äquator des Jupiter in die niedrige Umlaufbahn des Jupiter zu gelangen. Anstatt eine riesige Rakete in die Atmosphäre zu werfen, könnte man eine Rakete mit 15 km/s abwerfen und eine identische Rakete im Orbit halten. Wenn es Zeit ist, zurückzukommen, tauchen Sie den im Orbit in die Atmosphäre, um ihn zu verlangsamen, und springen zurück. Gleichzeitig würden Sie denjenigen auf der "Oberfläche" abfeuern, um sich mit demjenigen zu treffen, der gerade aus dem Orbit gekommen ist. Die Nutzlast würde wie ein Schlagstock auf einer suborbitalen Flugbahn weitergegeben werden. Einmal im niedrigen Jupiterorbit bist du' d Wechseln Sie zu einer weiteren ähnlich großen Rakete (hoffentlich besserer spezifischer Impuls), um eine Fluchtgeschwindigkeit und einen Transfer zur Erde zu erreichen. Das Schöne an diesem Flugplan ist, dass er eine Mission nimmt, die mit chemischen Treibstoffen absolut unmöglich ist (in der Größenordnung von insgesamt 75 km/s), und sie in 3 oder 4 unabhängige Raketen zerlegt, die tatsächlich machbar sind.

All der Müll, den Sie in niedrigen Jupiter- / mäßig negativen c3-Umlaufbahnen benötigen, würde zunächst lose eingefangen werden. Apojove würde langsam durch atmosphärisches Bremsen abgesenkt, vorzugsweise mit so etwas wie einer Magnetoshell, um den Luftwiderstand zu erhöhen, ohne das Raumfahrzeug übermäßig zu erhitzen. Alles, was suborbital geht, würde einen kräftigen Hitzeschild brauchen, aber nichts so Ernstes wie die Galileo-Sonde. Auch die Skalierung wirkt sich zu unseren Gunsten aus.

Der wissenschaftliche Teil der Mission könnte ein Segelflugzeug sein, das dynamisch im Wind aufsteigt. Es wäre irgendwie cool, eine Probenrückgabe von jeder der Wolkenschichten zu haben. Wahrscheinlich allerlei interessante Chemie. Das Entsenden eines menschlichen Astronauten wäre ebenfalls möglich, aber wahrscheinlich sehr riskant und würde die G-Kräfte einschränken. Schnelle Verbrennungen wären wegen der hohen Schwerkraft vorzuziehen.

Eine realistischere kurzfristige Anwendung wäre die Probenrückgabe von der Venus. Schicken Sie zur einfacheren Berechnung 3 Raketen mit jeweils 4 km/s Delta V und übergeben Sie die Nutzlast zwischen jeder. Vergleichen Sie das mit einer Rakete mit 8 km/s und einer mit 4 km/s. Unter der Annahme von UDMH N2O4 mit einem ISP von 330 s hätte jede Stufe ein Massenverhältnis von ungefähr 3,5. Alles in allem reduziert das suborbitale Rendezvous den Treibstoff, der benötigt wird, um eine bestimmte Masse zurückzugeben, um 43 %, was viel mehr Raum für die Wissenschaft lässt. Die Mars-Probenrückgabe würde nur um -19 % Kraftstoff profitieren, was immer noch schön ist, aber vielleicht die zusätzliche Komplexität nicht wert ist. Aber was weiß ich – Missionen mit ballistischer Erfassung haben sich in der Vergangenheit für weniger Belohnung nach hinten gebeugt. Die besten Anwendungsfälle sind jedoch Planeten mit schrecklich tiefen Schwerkraftquellen und beträchtlichen Atmosphären. Idealerweise Venus und die Gasplaneten.

Es ist wichtig zu beachten, dass dies Ihnen nicht wirklich helfen würde, Dinge von der Erde zu holen, es sei denn, Sie bringen Treibstoff aus dem Weltraum ein. Und in diesem Fall darf ich stattdessen ein Momentum Exchange Tether vorschlagen? Die Prämisse ähnelt einem Weltraumaufzug, außer dass er kürzer ist, sich in einer niedrigen Erdumlaufbahn befindet und sich mit einer Spitzengeschwindigkeit von bis zu 3 km/s dreht. Fliegen Sie mit einem Hyperschallflugzeug oder einer einstufigen Rakete nach oben, sodass Ihr Apogäum mit der Geschwindigkeit und Position der Spitze übereinstimmt, und greifen Sie dann zu, wenn Sie die Gelegenheit dazu haben. Wenn es sich dreht, zieht es Sie nach oben, dann nach vorne und dann wieder nach unten. Wenn Sie oben loslassen, überschreiten Sie die Fluchtgeschwindigkeit. Um zu LEO zu gelangen, können Sie das Momentum Exchange Tether auf die Seite legen und einfach früher loslassen. Wenn Sie dies tun, wird sich Ihre Neigung ändern, aber Sie werden nicht weiter geschickt, als Sie erwartet hatten. Sie könnten immer noch die Fluchtgeschwindigkeit erreichen, wenn Sie möchten. Das Halteseil verliert jedes Mal an Geschwindigkeit, wenn es etwas in die Umlaufbahn befördert, aber es ist reversibel, sodass es wieder aufgeladen werden kann, wenn Sie sich entscheiden, wieder einzutreten. Sie können auch Mondgestein verwenden, um es aufzuladen und mehr Zeug hochzuschicken, als Sie derzeit im Weltraum haben. Es gibt eine Menge interessantes Material darüber online – der YouTube-Kanal von Curious Droid hat ein großartiges Video über die praktische Seite der Dinge. Der YouTube-Kanal von Cool Worlds hat ein gutes Video über ein Mond-Weltraumaufzugskonzept, das Mondgestein für die zusätzliche Reaktionsmasse liefern könnte. Ich hoffe, Sie finden dieses Zeug interessant. Sie können auch Mondgestein verwenden, um es aufzuladen und mehr Zeug hochzuschicken, als Sie derzeit im Weltraum haben. Es gibt eine Menge interessantes Material darüber online – der YouTube-Kanal von Curious Droid hat ein großartiges Video über die praktische Seite der Dinge. Der YouTube-Kanal von Cool Worlds hat ein gutes Video über ein Mond-Weltraumaufzugskonzept, das Mondgestein für die zusätzliche Reaktionsmasse liefern könnte. Ich hoffe, Sie finden dieses Zeug interessant. Sie können auch Mondgestein verwenden, um es aufzuladen und mehr Zeug hochzuschicken, als Sie derzeit im Weltraum haben. Es gibt eine Menge interessantes Material darüber online – der YouTube-Kanal von Curious Droid hat ein großartiges Video über die praktische Seite der Dinge. Der YouTube-Kanal von Cool Worlds hat ein gutes Video über ein Mond-Weltraumaufzugskonzept, das Mondgestein für die zusätzliche Reaktionsmasse liefern könnte. Ich hoffe, Sie finden dieses Zeug interessant.