Das Shuttle hatte ein Brutto-Leergewicht von 78.000 kg (172.000 lb) , und die einzige praktikable Möglichkeit, die 27.724 Kilometer (17.227 Meilen) der relativen Geschwindigkeit der ISS zu reduzieren, ist Aerobraking . Eine Cessna 172 mit vier Passagieren hat ein Leergewicht von weniger als 1.136 kg.
Während die tatsächliche Verwendung von Cessna als Wiedereintrittsfahrzeug nicht praktikabel wäre, ermöglicht das Bild die Untersuchung des Konzepts eines leichten Wiedereintrittsfahrzeugs (im Gegensatz zu Wie möglich sind "Weltraumsprünge"? ). Angenommen, wir tauschen den Gasmotor der Cessna aus und ersetzen die Masse durch Treibstoff, dann schnallen wir einige Raketen ( eindeutig eine zu starke Vereinfachung ) an das Flugzeug, um die Umlaufgeschwindigkeit zu verringern, dann haben wir ein schönes Segelflugzeug mit 2% der Masse und dem doppelten oder mehr Gleitfähigkeit.
Wenn Ihr Pilot und Ihre Passagiere für die Reise in Raumanzügen sind, müssen Sie keine Masse hinzufügen, um das Fahrzeug unter Druck zu halten.
Könnte also ein leicht geflügeltes Wiedereintrittsfahrzeug Raketen verwenden, um abzubremsen und den Wiedereintritt zu ermöglichen, ohne dass es zu Luftwiderstands- / Hitzeproblemen kommt? Würde der Kraftstoffbedarf zum sicheren Verzögern die Vorteile eines Fahrzeugs überwiegen, das dem Hochgeschwindigkeits-Aerobraking nicht standhalten muss?
Bearbeiten Diese Antwort auf diese Frage kommt darauf an, was wirtschaftlicher ist; Die zusätzliche Masse für den Hitzeschutz beim Aerobraking oder die Masse für den Kraftstoff zum Abbremsen. Es gab einen Kommentar dazu, der aber gelöscht wurde.
Wir können die Raketengleichung verwenden , um eine Schätzung der Treibstoffmenge zu erhalten, die wir benötigen, um von der Umlaufgeschwindigkeit auf etwas zu verlangsamen, das von einer Cessna überlebt werden kann.
Die Umlaufgeschwindigkeit beträgt 7890 m/s. Wir müssen auch die potenzielle Energie, die als Höhe gespeichert wurde, abführen: Wenn wir die Rakete in Umlaufbahnhöhe abfeuern, bis die Geschwindigkeit der Cessna Null ist, beginnt sie im freien Fall zu sinken und gewinnt wieder an Geschwindigkeit. Hier ist die Geschwindigkeit , die in einem Tropfen gewonnen wird:
Ausgehend von 200 km und ohne atmosphärische Einflüsse erhalte ich 1980 m/s. Wenn die Rakete auch diese Geschwindigkeit abbremsen muss, die Summe
beträgt 9870 m/s. Nehmen wir einen Isp von 300 Sekunden (z. B. das Merlin-Raketentriebwerk von SpaceX) und eine Leermasse von 1200 kg. Lösen der Raketengleichung, um uns die Anfangsmasse zu geben:
Wir kommen also auf eine Anfangsmasse von 34,3 Tonnen.
Wir müssen ein Flugprofil ausarbeiten, bei dem wir einen Teil des Raketentreibstoffs sparen, bis die Cessna die Atmosphäre trifft, damit wir Übergeschwindigkeit und Überhitzung während des Sinkflugs verhindern können.
Wir brauchen auch eine Struktur, um 34 Tonnen Treibstoff zu transportieren, und der Raketenmotor wird viel mehr Schub haben als der ursprüngliche Cessna-Motor, also müssen wir möglicherweise die Struktur der Cessna verstärken, um die Lasten aufzunehmen. Es häuft sich schnell, und es wird noch schlimmer, wenn man bedenkt, dass diese 34 Tonnen auch noch zu Wasser gelassen werden müssen. Um die ursprünglichen 1200 kg nach oben zu bringen, würde ein Sojus-Werfer ausreichen. Mit 34 Tonnen übertreffen Sie die schwersten Trägerraketen, die wir derzeit haben.
Vergleichen Sie dies mit einem Sojus-Abstiegsmodul, das etwa 3000 kg wiegt. Aerobraking und Fallschirme haben eindeutig eine viel geringere Gewichtsstrafe als das Entfernen des gesamten Delta-V allein durch Schub.
Cessna befindet sich am Rand der Atmosphäre, wo ihre potenzielle Energie sehr hoch ist, die in irgendeiner Form abgeführt werden muss (die von Wiedereintrittsfahrzeugen als Wärme abgeführt wird), da in diesem Fall Energie erhalten bleibt. Es geht nicht darum, durch die Atmosphäre zu gleiten.
Während eine Cessna aufgrund einer Vielzahl von Stress- und Temperaturfaktoren äußerst unglaubwürdig ist, entwickelte Burt Rutan ein Mittel für einen nicht hitzegeschützten Abstieg.
Der Modus wird "Shuttlecock-Modus" genannt und beinhaltet eine hohe Bypass-Konfiguration an einer Überschall-Flugzeugzelle; Raumschiff Eins verlor die Umlaufgeschwindigkeit nicht. SpaceShip One befand sich auf einer sehr niedrigen Orbitalgeschwindigkeit, die nicht einmal in allen außer den technischsten Begriffen als Orbit zu qualifizieren war. Der Grund für den Shuttlecock-Modus ist, dass er auf einer sehr geringen Materialmenge einen enormen Luftwiderstand erzeugt.
Die vorgeschlagene Cessna kann dies nicht, aber ein Shuttlecock-Modus im SpaceShipOne-Stil könnte theoretisch die Prinzipien nutzen, die zum Entfernen der vertikalen Geschwindigkeit verwendet werden, um die Umlaufgeschwindigkeit durch Nah-Vakuum-Widerstand zu entfernen. Versetzen Sie es in den Shuttlecock-Modus, behalten Sie den richtigen Winkel bei und lassen Sie den Winkel kontinuierlich ändern, während es in eine auf die Erde aufprallende Ellipse zerfällt. (Rutan hat darüber in Interviews gesprochen.) So wie ein Badminton-Federball, der mit 80 Meilen pro Stunde nach vorne geschleudert wird, schnell auf unter 1 MPH abfällt und sich dabei nach unten neigt, so könnte es auch ein Orbitalfahrzeug tun.
Der Trick besteht darin, einen Luftwiderstandsbeiwert beizubehalten, der nicht zu schnell zu einer Erwärmung führt – und ein richtiger Shuttlecock-Modus kann theoretisch genau das tun … vorausgesetzt, die Winkel sind beim ersten Einstieg korrekt. Da der Primärwiderstand hinter dem Massenmittelpunkt liegt, sollte er außerdem wie bei einem Badminton-Federball den richtigen Winkel durch dynamische Stabilität aufrechterhalten.
ichkrase