Wie hoch kann eine Höhenforschungsrakete starten und wie lange kann sie eine Nutzlast in die Schwerelosigkeit des freien Falls bringen?

Höhenforschungsraketen oder suborbitale Starts gehen im Grunde gerade nach oben und fallen dann herunter, ohne in die Umlaufbahn zu gelangen. Das erfordert viel weniger Treibstoffmasse, als um eine Umlaufgeschwindigkeit von etwa 8.000 m/s zu erreichen.

  • Wie lange könnte ein solcher Start eine Nutzlast in die Schwerelosigkeit des freien Falls bringen (was für Wissenschaft, Fertigung und Tourismus von Interesse sein könnte)? Ich nehme an, dass es nicht viel Mikrogravitation geben wird, sobald die atmosphärische Bremsung unter 100 km Höhe oder so einsetzt.
  • Wie würde sich die derzeit leistungsstärkste Trägerrakete, Delta IV Heavy, als Höhenforschungsrakete in Bezug auf Höhe und Nutzlastzeit im freien Fall verhalten? Oder ein Saturn V? Das EFT-1 mit Orion auf einem DIVH dauerte über 4 Stunden, war aber eigentlich dafür ausgelegt, die Nutzlast nach unten durch die Erdatmosphäre zu beschleunigen.

Antworten (1)

Ein guter Anfang ist es, die obere Grenze zu finden, also werde ich es zuerst zu stark vereinfachen.

Wenn ich damit eine Rakete direkt nach oben starte Δ v wie für eine kreisförmige Umlaufbahn erforderlich, ist meine Freifallzeit π + 2 2 π mal die Umlaufzeit der Kreisbahn.

Das bedeutet, dass die maximale Zeit, die ich im freien Fall verbringen kann, etwa 80 Minuten beträgt, bevor es sinnvoller ist, stattdessen in den Orbit zu starten.

Spielt die Atmosphäre überhaupt eine Rolle? Bei 8 k M / S die letzten 100 km sind nur ein Verlust von dreizehn Sekunden, vernachlässigbar im Vergleich zur Gesamtflugzeit. Natürlich die Δ v Der Verlust beim Aufstieg ist erheblich, aber eine Rakete, die in den Orbit gestartet wird, erfährt diesen Luftwiderstand ebenfalls. Daher beträgt die längste aussagekräftige Freifallzeit, die Ihnen ein suborbitaler Start geben kann, etwas mehr als eine Stunde.

Was die Nutzlasten betrifft, die moderne Raketen auf diese Flugbahn bringen können, die Δ v die für die längste aussagekräftige Freifallzeit benötigt wird, ist die gleiche wie für einen Start in die Umlaufbahn. Nutzen Sie einfach ihre Nutzlastkapazität in LEO. Was einen minimalen suborbitalen Start betrifft, ungefähr 1.4 k M / S von Δ v erforderlich. Für solch niedrige Anforderungen ist das Schub-Gewichts-Verhältnis der Trägerrakete die Grenze.

Außerdem hat jede Nutzlast, die mit 8 km/s senkrecht nach unten stürzt, nur sehr geringe Überlebenschancen. Um sanft am Boden anzuhalten, müsste die Fracht etwa 1,28 Megawatt Energie pro Kilogramm Wiedereintrittsmasse verbrauchen. Bei möglichst sanftem - gleichmäßigem Verzögerungsprofil - würde es 25 Sekunden durch die Atmosphäre dauern und mit 320 m / s ^ 2 oder 32,6 g verlangsamen.
Wie hoch kann eine Höhenforschungsrakete starten und wie lange kann sie eine Nutzlast in die Schwerelosigkeit des freien Falls bringen?
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