로켓 썰매 발사

Rocket sled launch
이 기사는 로켓이 없는 안내도로의 지원을 받는 로켓 발사에 관한 것이다.로켓 추진 철도는 로켓 썰매를 참조한다.
로켓 썰매 발사 보조의 예: 산에서 500톤 이상의 로켓 초기 속도를 제공하자는 NASA의 마글리프터 제안.

지상 발사 보조, 캐터펄트 발사 보조, 스카이램프 발사 등으로도 알려진 로켓 썰매 발사는 우주선 발사를 위한 제안 방법이다.이 개념으로 발사 차량은 산의 측면으로 올라가는 동쪽 방향의 선로나 마글레브 트랙에 의해 지지되며, 외부적으로 가해지는 힘은 발사 차량을 주어진 속도로 가속하는 데 사용된다.초기 가속도에 외부적으로 가해진 힘을 사용하면 발사 차량이 궤도에 오르기 위해 운반해야 하는 추진체가 감소한다.이를 통해 발사체는 더 큰 적재물을 운반할 수 있고 궤도에 오르는 비용을 줄일 수 있다.지상 가속기에 의해 발사 차량에 추가되는 속도의 양이 충분히 커지면 재사용 가능한 발사체를 이용한 1단 대 궤도 비행이 가능해진다.

일반적으로 극초음속 연구를 위해, 2011년 현재, 홀로맨 공군 기지의 트랙은 10,385 km/h; 마하 8.5mph의 속도로 움직이는 작은 로켓 썰매를 시험했다.[1]

사실상, 하늘 경사로는 썰매가 재급유를 받기 위해 출발 위치로 복귀되기 때문에 가장 비싼 1단 로켓을 완전히 재사용할 수 있으며, 사용 후 몇 시간 후에 다시 사용할 수 있다.현재의 발사 차량은 건조한 무게의 킬로그램 당 수천 달러의 성능 중심 비용을 가지고 있다; 썰매 발사는 빈번하고 반복적인 발사에서 성능 요구사항을 줄이고 하드웨어 비용을 상각하는 것을 목표로 할 것이다.산악 기반 경사진 레일 썰매의 디자인은 종종 제트 엔진이나 로켓을 사용하여 그 위에 탑재된 우주선을 가속시킨다.전자파 방법(Bantam, Maglifter, StarTram 등)은 발사 전 로켓을 가속시키기 위해 조사된 또 다른 기법이며, 공기 발사보다 더 큰 로켓 질량과 속도로 잠재적으로 확장될 수 있다.[2][3]

문제 개요

그들 자신의 추진체를 운반하는 로켓은 로켓 방정식에 담겨 있는 것과 같이 거의 동일한 추진체의 대부분을 가속하기 위해 여정을 시작할 때 사용한다.예를 들어, 우주왕복선은 1,600 km/h 1,000 mph에 도달하기 위해 연료의 3분의 1 이상을 사용했다.[4]만약 로켓이 운반하는 추진체를 사용하지 않고 에너지를 제공한다면, (yet 또는 전혀) 추진체는 훨씬 줄어들 것이고, 그것의 탑재량은 그것의 발사체 질량의 더 큰 부분을 차지하여 효율을 높일 수 있을 것이다.

예

로켓 방정식의 기하급수적 특성과 정지 상태에서 로켓이 이륙하는 경우보다 높은 추진 효율을 가진 요인들로 인해, NASA 매글리프터 연구는 고도 3000미터의 산봉우리에서 ELV 로켓의 270 m/s (600 mph) 발사가 동일한 로켓에서 지구 궤도로의 탑재량을 80% 증가시킬 수 있다고 추정했다.재래식 [5]발사대그러한 높이의 산들은 미국 본토 내에서 가장 쉬운 물류를 위해, 또는 지구의 자전으로부터 조금 더 많은 이득을 얻기 위해 적도에 더 가까이 갈 수 있다.다른 가능성들 중에서, 그러한 발사 보조를 통해 더 큰 단일 단계-오르비트(SSO) 질량이 35% 감소할 수 있으며, 한 경우 6개의 엔진 대신 4개로 감소할 수 있다.[5]

예상 효율이 90%에 가까운 경우 500톤 로켓의 발사당 소비되는 전기 에너지는 에너지 저장소의 추가 손실 외에도 약 30기가 줄(8,300kWh)이 될 것이다.낮은 한계 비용 초기 자본 costs[3]로 지배되고 있는 방식 비록 고정된 사이트, 그것은 다양한 발사 azimuths 다른 위성이 필요한 높은 부분을 로켓 조종으로 post-launch 오른 다를 첨가하기를(대안의 초기 단계 동안 상당한 순수 유상 탑재량 증가를 제공하는 것으로 추정되었다. pr후기 궤도 경사 변화에 대한 오팔션).1994년 연구에서 Maglev 가이드웨이 비용은 마일당 1,000만~2천만 달러로 추정되었는데, 자본 비용의 1% 순서에 따라 연간 Maglev 유지관리 비용이 예상되었다.[5]

고고도 발사의 이점

로켓 썰매 발사는 차량이 고도를 높이는데 도움을 주며, 일반적으로 산을 오르는 트랙을 포함하는 제안이 있다.높은 고도에서 시작하는 발사 시스템의 장점은 중력 항력 감소(중력 우물에서 연료를 들어올리는 비용)이다.공기가 더 얇아지면 공기 저항이 감소하고 엔진 기하학적 구조가 더 효율적일 수 있다.로켓 노즐은 다양한 기압에서의 추력을 극대화하기 위해 다양한 형태(확장 비율)를 가지고 있다. (NASA의 록히드마틴 X-33 에어로스피크 엔진은 다양한 기압에서 효율을 유지하기 위해 기하를 변경하도록 설계되었지만, 에어로피 엔진은 무게와 복잡성을 더했다; X-33 펀딩은 2001년에 취소되었다.그녀의 발사 보조로부터의 이점은 비록 에어로스피 엔진이 비행시험에 도달하더라도 남아있을 것이다.[6][7]

예를 들어, 공기는 2,500미터에서 39% 더 얇다.보다 효율적인 로켓 플룸 형상과 감소된 공기 마찰로 인해 엔진은 연소된 연료의 양 당 5% 더 효율적일 수 있다.[8]

고고도 발사의 또 다른 장점은 최대 Q 한계에 도달했을 때 엔진을 감속할 필요가 없다는 것이다.두꺼운 대기권에서 발사된 로켓은 공기저항이 구조적 손상을 일으킬 정도로 빠르게 진행될 수 있다.[9]엔진은 최대 Q에 도달하면 최대 출력을 재개할 수 있을 정도로 높은 로켓까지 감속된다.아틀라스 V 551은 이것의 예를 보여준다.그것은 3만 피트 상공에서 최대 Q에 도달한다.그것의 엔진은 30초 동안 60%의 추진력으로 다시 조절된다.[10]이 감소된 가속도는 로켓이 극복해야 할 중력을 증가시킨다.또한, 최대 Q와 관련된 우주선 엔진은 발사 중에 조절되어야 하기 때문에 더 복잡하다.

고공에서 발사하는 것은 지구 대기의 가장 두꺼운 부분 위에서 시작되기 때문에 최대 Q에서 다시 가속할 필요가 없다.

데보라 A.그랜트와 제임스 L. 랜드는 '풍선 보조 발사 시스템 – 무거운 리프트 풍선'[11]에서 "만약 20km에서 발사된다면 지상 발사 로켓이 거의 100km 고도에 도달할 수 있다는 것이 얼마 전에 확립되었다"고 썼다.그들은 위에서 논의된 문제들을 피하기 위해 소형 로켓을 기구에 의해 대기의 대부분 위로 들어올릴 것을 제안한다.

재사용 가능한 출시 차량과의 호환성

중국 호수 시험장의 로켓 썰매는 6만 kg의 중량을 싣고 마하 4에 이르렀다.[citation needed]마하 2 이상의 발사 보조를 제공하는 썰매 트랙은 연료를 40% 이상 궤도로 감소시키는 동시에 완전히 재사용할 수 있는 발사 차량을 만들려고 할 때 무게에 맞도록 도울 수 있다.수직에서 55°로 꺾인 높은 산의 선로는 새로운 기술 없이도 재사용 가능한 차량의 궤도를 한 단계 돌 수 있다.[12]

로켓 썰매는 소설로 발사된다.

  • 로버트 A. 하인레인은 1966년 소설 '달은 혹독한 정부다'에서 달 마글레브 발사기를 사용했다.이 소설의 종말에 의해 지구상의 하나가 지어졌다.
  • 딘 잉은 1988년 소설 '빅 라이프터스'에서 이와 비슷한 시스템을 사용했다.
  • 파이어볼트 XL5는 해수면에서 썰매를 타고 발사되었다.
  • 실버타워에는 초인성 우주비행기 미국의 이륙을 돕는 데 사용되는 로켓 발사 썰매가 있다.
  • 1951년 영화 '세상이 충돌했을 때'는 비록 책은 그렇지 않았지만 로켓 썰매를 이용해 방주를 발사했다.
  • 경계선: Pre-Sequel은 초기 컷씬에 로켓 썰매를 가지고 있다.
  • 마이크 그렐의 제임스 본드 원작 소설에 나오는 '죽을 수 있는 허락'(그래픽 소설)은 썰매로 추진되는 로켓이 줄거리의 결정적인 요소로 작용한다.
  • 인터스텔라 5555는 이륙을 돕기 위해 로켓 썰매를 이용하여 지구를 떠나는 크레스켄돌스 밴드를 가지고 있다.
  • 에이스 전투 5: 운성전은 발사 중 로켓 썰매 부지를 방어해야 하는 임무를 담은 비디오 게임이다.
  • 모바일 수트 건담: 차르의 반격은 로켓 썰매가 민간 우주 왕복선의 이륙을 돕기 위해 사용되었음을 보여준다.
  • 2015년 영화 투모로우랜드는 주인공이 십일조를 탐험하면서 민간인 '별장'에서 사용하는 수직발사 로켓 썰매를 그렸다.

참고 항목

참조

  1. ^ 미 공군:"Test Sets World Land Speed Record". Archived from the original on June 4, 2012. Retrieved April 24, 2011.
  2. ^ "Transformational Technologies to Expedite Space Access and Development". SPESIF, Dr. John Rather, prior Assistant Director for Space Technology Program Development at NASA. Archived from the original on 23 March 2012. Retrieved 28 April 2011.
  3. ^ a b Maglifter Tradeoff Study and Subscale System Demonstrations. NASA. 2005. CiteSeerX 10.1.1.110.9317.
  4. ^ NASA: "Space Shuttle Basics". Archived from the original on April 28, 2001. Retrieved April 28, 2011.
  5. ^ a b c "The Maglifter: An Advanced Concept Using Electromagnetic Propulsion in Reducing the Cost of Space Launch". NASA. Retrieved 24 May 2011.
  6. ^ "RS-2200". Archived from the original on March 17, 2011. Retrieved April 28, 2011.
  7. ^ "The Aerospike Nozzle". Retrieved April 28, 2011.
  8. ^ "Altitude Compensation". Retrieved April 28, 2011.
  9. ^ "Dynamic Pressure". Archived from the original on December 14, 2005. Retrieved April 28, 2011.
  10. ^ "Atlas Launch System Mission Planner's Guide" (PDF). Retrieved April 28, 2011.
  11. ^ "The Balloon Assisted Launch System - A heavy lift balloon". The Balloon Assisted Launch System. American Institute of Aeronautics and Astronautics. doi:10.2514/6.1999-3872. Retrieved September 17, 2020.
  12. ^ "Sky Ramp Technology". Retrieved April 28, 2011.

외부 링크

  1. "Skyramps"에 대해 논의하는 웹 사이트: http://www.g2mil.com/skyramp.htm
  2. "재활용성이 높은 우주 운송 시스템을 위한 '첫 단계 가속' 달성을 위한 경량 가스 총 접근법" 1997년 M. 프랭크 로즈, R.M. 젠킨스, M. R. 브라운, 우주 발전 연구소, 오번 대학교, AL, 36849
  3. 썰매 기반 재사용 발사 차량에 대한 록히드 프로포즈 링크.http://www.astronautix.com/lvs/recstics.htm
  4. 유럽의 피닉스:재사용 가능한 로켓을 위한 시험 제작 단계 http://www.space.com/missionlaunches/europe_phoenix_020621.html
  5. Holloman 공군 기지: http://www.holloman.af.mil/photos/index.asp?galleryID=2718
  6. NASA, 공압 로켓 연구: http://www.techbriefs.com/content/view/2257/32/
  7. 다양한 공기 압력 및 에어로스피크 엔진에서의 로켓 효율 설명: http://www.aerospaceweb.org/design/aerospike/compensation.shtml