Cómo hacer una nave espacial horizontal de despegue y aterrizaje sin tecnología milagrosa

Incluso en los albores de la astronáutica, la humanidad soñaba con un acceso simple y barato a la órbita en los aviones espaciales. Por avión espacial me refiero a un vehículo alado con despegue y aterrizaje horizontal, sin lanzamientos aéreos, aterrizajes verticales, etc. La razón es simple: por defecto, los transbordadores espaciales son reutilizables y, en teoría, requieren un mantenimiento económico en comparación con los cohetes. Además, un argumento importante a su favor es la presencia de pistas gigantes en todo el mundo, mientras que los misiles necesitan construir infraestructura desde cero. Pero tan pronto como los diseñadores intentaron diseñar la nave espacial en la práctica, inmediatamente tuvieron muchos problemas insolubles que complicaron enormemente la tarea.

Y grande, liviano y duradero

Los problemas de la nave espacial fueron su naturaleza de una etapa y los requisitos conflictivos para el avión y el cohete, lo que condujo a las siguientes soluciones:

1. Era necesario usar combustible de hidrógeno como la energía más alta. Pero el hidrógeno tiene muchas desventajas, la principal de las cuales es la densidad extremadamente baja, lo que lleva a enormes y, en consecuencia, tanques de combustible pesado, que crean una gran resistencia en las capas densas de la atmósfera. Además, debido al bajo punto de ebullición del hidrógeno líquido, los tanques necesitan aislamiento térmico, lo que los complica aún más. Además, los motores de hidrógeno tienen menos empuje que los motores de queroseno, lo que nuevamente agrega peso.
2. El diseño debe ser lo más ligero posible, pero al mismo tiempo debe sobrevivir al reingreso desde la velocidad orbital, que requiere protección térmica masiva o materiales exóticos. Pero estos materiales (por ejemplo, inconel celular y aluminuro de titanio) resultaron ser muy caprichosos en comparación con el aluminio y el acero, y llevaron al cierre de varios proyectos prometedores.
3. El requisito del despegue horizontal creó muchos problemas, ya que el chasis debe soportar el enorme peso de una nave espacial completamente cargada, y los frenos deberían poder detener este motor en caso de mal funcionamiento, lo que condujo a una enorme masa parasitaria, completamente innecesaria en el vuelo a la órbita. Las alas también se volvieron inútiles en el espacio, y si intentas usarlas como tanques de combustible adicionales, el diseño tendrá que fortalecerse seriamente, lo que nuevamente significa un exceso de peso.

Estos tres problemas principales llevaron a la conclusión de que era imposible crear una nave espacial en el futuro previsible. ¿Pero hay una solución disponible con la tecnología actual?


Se suponía que Rockwell Star-raker traería 100 toneladas al DOE con total reutilización, es decir. ¡Esta es una variante del BFR de la década de 1970!

Para subir más alto, debes recortar las alas

Existe, y es muy simple, de hecho, los cohetes han utilizado durante mucho tiempo lo mismo: dos etapas. Pero, ¿cómo hacer que la nave espacial sea de dos etapas y mantener la reutilización total? Aquí nos ayudarán dos proyectos muy antiguos de los años 50, uno de los cuales no está directamente relacionado con la astronáutica, y el segundo tiene el renacimiento más directo e incluso más directo. Estas son consolas de ala reiniciables y una captura de helicóptero .


Concepto inicial del bombardero supersónico Valkyrie XB-70

La idea de dejar caer las consolas de ala se propuso por primera vez en 1955 cuando se desarrolló el bombardero supersónico Valkyrie XB-70 para lograr un alcance intercontinental. Posteriormente, las mejoras en la aerodinámica condujeron al abandono de esta idea, pero para nuestra hipotética nave espacial encaja perfectamente. La consola reiniciable se puede hacer un tanque de combustible de queroseno, como se hace en todos los aviones modernos, y un motor de cohete de queroseno de alta presión se puede colocar en el carenado central, reduciendo así el tamaño y el peso del fuselaje lleno de hidrógeno y oxígeno. También contendrá un tren de aterrizaje masivo (y pastillas de freno) para soportar su propio peso en la pista. Después de que los motores de queroseno cumplen su función de la primera etapa, la mayoría de las consolas se separan del fuselaje, porque para aterrizar una nave espacial casi vacía no se necesita un área de ala grande y un tren de aterrizaje pesado.


Falcon hipersónico Falso pesado vuelve a la Tierra

Pero, ¿cómo devolver la consola al suelo? ¿Se quemarán al entrar en la atmósfera? No se quemarán ni sobrevivirán por la misma razón por la que una hoja de papel resistente al calor puede sobrevivir a la entrada a la atmósfera de la Tierra desde la velocidad orbital: un ala vacía tiene una alta calidad aerodinámica y, en consecuencia, se ralentiza más lenta y suavemente. Por lo tanto, no necesitan protección térmica y no necesitan arrastrarlo a la órbita y viceversa.

Pero, ¿cómo hacer un aterrizaje suave en la superficie? Aquí hay dos opciones: en la primera, puede intentar colocar las consolas de ala en la franja a lo largo del avión, pero luego tendrá que agregar una gran cantidad de equipo adicional y es posible que no haya un aeródromo en el camino. En el segundo caso, use otra idea de la década de 1950 (¡fue una década creativa!): Intercepción de helicópteros.


El concepto del regreso a la Tierra de la primera etapa del RN Electron en helicóptero

El inconveniente de este enfoque es exactamente uno: poca escalabilidad, un helicóptero puede capturar una carga que pesa aproximadamente la mitad de su capacidad de carga máxima. Es decir, cuando se usa el helicóptero Mi-26 más grande, el peso de la consola vacía junto con el motor y el chasis no debe exceder las 10 toneladas, lo que parece bastante factible para una nave espacial con un peso de despegue de no más de 1000 toneladas. Se necesitarán dos helicópteros, ya que también hay dos consolas, pero esto requerirá gastos relativamente pequeños.

Por lo tanto, utilizando estas soluciones simples y probadas, es posible sin tecnologías futuristas y motores increíbles realizar el sueño de la humanidad: el acceso de rutina al espacio exterior.

PD: Este artículo no trata de criticar otros enfoques, como BFR-Starship, pero ofrece una alternativa razonable específicamente para la ruta Tierra-NOU, porque es naturalmente mejor aterrizar en la Luna y Marte verticalmente. ¡Estaré encantado de escuchar tu opinión en los comentarios!