Rakete wie eine Kugel aus einem Dampf- / Luftgewehr abfeuern?

Ich habe ein Bild beigefügt, das zeigt, wie die Abgasenergie eines Raketenstarts zurückgewonnen werden kann, indem es durch die Verwendung einer Art Plattform = Sabot in einen großen Schnellkochtopf verwandelt wird (danke @SolomonsSlow) . Könnte das funktionieren? Und was noch wichtiger ist, würde es z. B. bei einem Falcon 9-Start eine lohnende Menge an Energie/Treibstoff einsparen?

Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Die Zeitangaben basieren auf einem Starlink-Start von Falcon 9. Ich gehe davon aus, dass die Motoren beim Start nicht gedrosselt werden, aber da die Gesamtbrennzeit von Stufe 1 170 Sekunden beträgt, könnte dies etwa 3 % Kraftstoff einsparen, vorausgesetzt, Sie erreichen die gleiche Geschwindigkeit nach 12 Sekunden = 200 m, aber die Booster arbeiten bei a utopische 200% Effizienz. Leider weiß ich nicht genug über Raketenstarts, um eine sinnvolle Berechnung anzustellen.

Außerdem könnte man sich leicht andere Wege ausdenken, um eine Rakete auf eine raketenbrennstoffunabhängige Weise zu starten (z. B. Schwungradenergie in einen Railgun-ähnlichen Antriebsmechanismus abzugeben), die die Rakete weiter beschleunigen. Warum tun die Leute das nicht? Sind solche Bestrebungen einfach nicht effizient genug, um sie weiterzuverfolgen?

Das kann ich nicht beantworten, aber zu Ihrer Information: Ihre „Plattform“ ähnelt etwas dem, was die Waffenindustrie einen Sabot nennt . Das heißt, ein leichter "Träger", der gegen die Innenseite des Laufs der Waffe abdichtet und der kurz nach dem Verlassen des Laufs vom Projektil abfällt. „Sabot“ (klingt wie „sah*bow“) ist ein altes französisches Wort, das „Schuh“ bedeutet.
Danke @SolomonSlow, ich werde den Beitrag bearbeiten!
Angenommen, eine Rakete könnte so modifiziert werden, dass sie tatsächlich ohne zusätzliche Massenstrafe funktioniert (keine realistische Annahme) und dass Sie tatsächlich diese 3% Treibmitteleinsparung für eine modifizierte Falcon 9 erzielen könnten, das entspricht einem Treibmittelwert von etwa 9000 US- Dollar . Treibstoff ist buchstäblich billiger als Schmutz, was die Dinge komplizierter macht, und das Hinzufügen von Infrastruktur zum Einsparen von Treibstoff ist im Allgemeinen ein Verlustgeschäft.
@ChristopherJamesHuff Warum sollte es eine Massenstrafe geben? Auf jeden Fall scheint mir das Treibmittelargument ungültig zu sein, da Sie es dann mehr oder weniger durch Nutzlast ersetzen könnten, was einem Wert von viel, viel mehr als 9.000 $ entsprechen würde, oder?
Vergessen Sie nicht, dass Raketentriebwerke so konstruiert sind, dass sie in der Flüssigkeit, in der sie geflogen werden, also entweder in der Luft oder im Weltraum, optimal funktionieren - so entstehen erhebliche Leistungsunterschiede. Ein Motor, der in einem Hochdruckmodus betrieben werden muss, würde im Vergleich zum Druck auf Meereshöhe wahrscheinlich erheblich an Leistung verlieren.
@PDiracDelta Die Basis der Rakete ist nicht dafür ausgelegt, den Kräften standzuhalten, die Sie darauf ausüben würden. Die Rakete als Ganzes ist nur dafür gebaut, durch den Schub der Triebwerke angetrieben zu werden. Zu verhindern, dass es als großer Feuerball aus der Röhre austritt, kostet zusätzliche Strukturmasse. Und nein, man kann den Treibstoff nicht einfach durch Nutzlast ersetzen. Die Nutzlast wird bis in den Orbit transportiert, der größte Teil des Treibstoffs wird in den ersten Flugminuten verbraucht. Außerdem sind nur wenige Flüge in der Nähe der Massengrenze, und wenn es ein Problem wäre, wäre es billiger, nur eine etwas größere Rakete zu bauen.
@MikeBrockington In diesem Fall ist es noch schlimmer, weil die Merlin-Motoren Turbopumpen verwenden, die in die Luft ablassen. Die Basis unter Druck zu setzen, um die Rakete anzuheben, würde im Grunde bedeuten, ihre Auspuffrohre zu verstopfen, was, wenn es sie nicht zerstören würde, das Pumpen des Treibstoffs beeinträchtigen würde. Sie müssten Rohrleitungen hinzufügen, damit sie Luft mit Umgebungsdruck ablassen und weiterhin Treibmittel in die Brennkammern pumpen können.

Antworten (2)

Ihre Startmethode würde eine unmodifizierte Rakete durch die Hitze und den Druck des Auspuffs zerstören. Die Wassersprinkler würden die Hitze ein wenig reduzieren, aber nicht den Druck.

Der Effekt wäre sehr, sehr gering. Die Rakete muss eine Höhe von 400 km und eine Geschwindigkeit von 8 km/s erreichen. Wenn 100 m Höhe in 8 Sekunden geschafft werden, beträgt die mittlere Geschwindigkeit nur 12,5 m/s, etwas mehr als ein Tausendstel der benötigten 8000 m/s. Ein Tausendstel Geschwindigkeit entspricht einem Millionstel Energie.

Es ist, als würde man versuchen, einen Rennwagen (mit laufendem Motor) auf den ersten Metern per Anschub zu beschleunigen.

OK, also verstehe ich, dass dies in Wirklichkeit entweder: a) die Rakete nicht zerstören, aber einen geringen Mehrwert bieten würde, oder b) genug Energie haben würde, um zumindest einigermaßen schnell voranzukommen und die 200 m in viel weniger als 12 Sekunden zurückzulegen, aber auch wahrscheinlich Zerstörung der Rakete. Fazit: Damit dies funktioniert, müssen die Raketentriebwerke so modifiziert werden, dass sie dem enormen Druck standhalten, der zu einer enormen Beschleunigung führt, die die Rakete wie eine Kugel aus einer Waffe schießen lässt. Ich denke, dies belastet den Motor unnötig stark, da nach 200 m der Außendruck wieder atmosphärisch ist -> ineffizient. Richtig?
@PDiracDelta Ihr Denken geht in die Richtung, eine Rakete aus einem Flugzeug zu starten, dh: Verwenden Sie ein anderes Gerät, um den Energiebedarf für den Start zu sparen. Im Raketenjargon allgemein als "die erste Stufe" bekannt.
@PDiracDelta Die großen Tanks der Rakete für Treibstoff und flüssigen Sauerstoff sind viel empfindlicher gegenüber äußerem Druck und Hitze als der Raketenmotor. Wenn die 200 m in 1 s statt 10 s zurückgelegt werden, bekommt man 200 m/s statt 20 m/s, braucht aber immer noch 8000 m/s, also 2,5 % statt 0,25 %.

Würde es zB bei einem Start von Falcon 9 eine lohnende Menge an Energie/Treibstoff einsparen?

So wie es steht? NEIN. Sie bräuchten eine ganz neue erste Stufe, die der Hitze und dem Druck des Starts standhalten kann (Hände hoch, wer mag die Idee von flammgegrillten Tanks mit flüssigem und möglicherweise ziemlich kaltem Raketentreibstoff?) sowie Motoren, die effizient arbeiten können in einer sehr heißen Umgebung mit hohem Druck.

Noch wichtiger ist, dass Sie eine ganze Reihe neuer Startanlagen bauen, einige Prototypen zusammenschustern, ein paar davon in die Luft jagen, etwas zum Laufen bringen und dann die Startkapazität mit einem Rabatt verkaufen müssen, um die Leute zu ermutigen, Ihre unbewiesenen und riskanten neuen zu verwenden Launcher usw.

Ob es in dieser Hinsicht ein paar Prozent Kraftstoff spart oder nicht, wird eher durch die enormen Vorlaufkosten und -risiken ausgeglichen. Es ist kein großer Kompromiss.

Außerdem könnte man sich leicht andere Wege ausdenken, um eine Rakete auf eine raketenbrennstoffunabhängige Weise zu starten (z. B. Schwungradenergie in einen Railgun-ähnlichen Antriebsmechanismus abzugeben), die die Rakete weiter beschleunigen. Warum tun die Leute das nicht? Sind solche Bestrebungen einfach nicht effizient genug, um sie weiterzuverfolgen?

Es gibt bereits luftgestartete Raketen in verschiedenen Farben und Geschmacksrichtungen ... die erste, die mir in den Sinn kommt, um tatsächlich nützliche Nutzlasten in die Umlaufbahn zu bringen, ist die Pegasus . Es gibt natürlich berühmtere suborbitale Dinge wie SpaceShipOne und auch solche wie die ASM-135 -Antisatellitenrakete, die nie verwendet wurde.

Bodengestützte Startunterstützungssysteme scheinen ständig akademische Übungen zu sein, aber vielleicht werden wir eines Tages eine Art Magnetschwebebahn der ersten Stufe bekommen . Die MagLifter- Idee tauchte 1994 auf. Es gibt auch Nicht-Magnetschwebebahn-Teststrecken .

Die Sache ist, dass langweilige, inszenierte Raketen der alten Schule mit Flüssigbrennstoff funktionieren . Sie sind preisgünstig und einigermaßen zuverlässig. Es gibt noch nicht genug Anreiz, mit Alternativen zu spielen.

Für etwas, das ein bisschen dem entspricht, woran Sie denken, können Sie nach einem beliebten, aber glücklicherweise wenig genutzten Raketentyp suchen: der von einem U-Boot abgefeuerten ballistischen Rakete.

Um aus dem hier beschriebenen Startprozess der Titan II zu zitieren :

TRIDENT-Raketen werden vom U-Boot durch ein Dampfgeneratorsystem abgefeuert. Ein kleiner feststehender Gasgenerator aus festem Korn wird gezündet und seine Abgase durch Kühlwasser in die Basis des Startrohrs geleitet. Die Rakete wird aus der Röhre durch das Wasser und an die Oberfläche geschleudert. An diesem Punkt zündet der Raketenmotor der ersten Stufe der Rakete und schickt die Rakete auf ihren Weg

Beachten Sie, dass der Gasgenerator nicht Teil der Rakete selbst ist; das spart etwas masse und zusätzlichen inszenierungsaufwand.

Rakete wie eine Kugel aus einem Dampf- / Luftgewehr abfeuern?
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