Wie man ein horizontales Start- und Landungsraumschiff ohne Wundertechnologie baut

Schon zu Beginn der Astronautik träumte die Menschheit von einem einfachen und billigen Zugang zur Umlaufbahn in Raumflugzeugen. Mit Raumflugzeug meine ich ein geflügeltes Fahrzeug mit horizontalem Start und Landung ohne Luftstart, vertikale Landung usw. Der Grund ist einfach: Standardmäßig sind Space Shuttles wiederverwendbar und erfordern theoretisch eine kostengünstige Wartung im Vergleich zu Raketen. Ein wichtiges Argument für sie ist auch das Vorhandensein riesiger Landebahnen auf der ganzen Welt, während Raketen die Infrastruktur von Grund auf neu aufbauen müssen. Aber sobald die Designer versuchten, das Raumschiff in der Praxis zu entwerfen, hatten sie sofort viele unlösbare Probleme, die die Aufgabe sehr komplizierten.

Und groß und leicht und langlebig

Die Probleme des Raumschiffs waren seine einstufige Natur und die widersprüchlichen Anforderungen an das Flugzeug und die Rakete, die zu folgenden Lösungen führten:

1. Es war notwendig, Wasserstoff als höchste Energie zu verwenden. Wasserstoff hat jedoch viele Nachteile, von denen die Hauptdichte extrem niedrig ist, was zu riesigen und dementsprechend schweren Kraftstofftanks führt, die in dichten Schichten der Atmosphäre einen hohen Widerstand erzeugen. Aufgrund des niedrigen Siedepunkts von flüssigem Wasserstoff benötigen Tanks eine Wärmeisolierung, was sie weiter erschwert. Außerdem haben Wasserstoffmotoren weniger Schub als Kerosinmotoren, was wiederum das Gewicht erhöht.
2. Das Design sollte so leicht wie möglich sein, aber gleichzeitig muss es den Wiedereintritt aus der Umlaufgeschwindigkeit überstehen, was entweder massiven Wärmeschutz oder exotische Materialien erfordert. Diese Materialien (z. B. zelluläres Inconel und Titanaluminid) erwiesen sich jedoch im Vergleich zu Aluminium und Stahl als sehr launisch und führten zum Abschluss mehrerer vielversprechender Projekte.
3. Das Erfordernis eines horizontalen Starts verursachte viele Probleme, da das Chassis das enorme Gewicht eines voll beladenen Raumschiffs tragen muss und die Bremsen diesen Motor im Falle von Fehlfunktionen stoppen können sollten, die zu einer riesigen parasitären Masse führten, die im Flug zur Umlaufbahn völlig unnötig war. Die Flügel wurden auch im Weltraum unbrauchbar, und wenn Sie versuchen, sie als zusätzliche Kraftstofftanks zu verwenden, muss das Design ernsthaft verstärkt werden, was wiederum Übergewicht bedeutete.

Diese drei Hauptprobleme führten zu dem Schluss, dass es auf absehbare Zeit unmöglich war, ein Raumschiff zu schaffen. Aber gibt es eine Lösung mit der aktuellen Technologie?


Rockwell Star-Raker sollte 100 Tonnen bei voller Wiederverwendbarkeit zu DOE bringen, d.h. Dies ist eine Variante des BFR der 1970er Jahre!

Um höher zu steigen, müssen Sie die Flügel kürzen

Es gibt, und eine sehr einfache, tatsächlich das gleiche, was Raketen seit langem verwenden - zweistufig. Aber wie kann man das Raumschiff zweistufig machen und die volle Wiederverwendbarkeit aufrechterhalten? Hier werden uns zwei sehr alte Projekte der 50er Jahre helfen, von denen eines nicht direkt mit der Astronautik zusammenhängt und das zweite das direkteste hat und sogar eine Renaissance erlebt. Dies sind rücksetzbare Flügelkonsolen und ein Hubschrauberverschluss .


Frühes Konzept des XB-70 Valkyrie Überschallbombers

Die Idee, Flügelkonsolen fallen zu lassen, wurde erstmals 1955 bei der Entwicklung des Überschallbombers XB-70 Valkyrie vorgeschlagen, um eine interkontinentale Reichweite zu erreichen. In der Folge führten Verbesserungen in der Aerodynamik dazu, dass diese Idee aufgegeben wurde, aber für unser hypothetisches Raumschiff passt sie perfekt. Die rücksetzbare Konsole kann wie in allen modernen Flugzeugen zu einem Kerosin-Kraftstofftank gemacht werden, und ein Kerosin-Raketentriebwerk mit hohem Drehmoment kann in der Mittelverkleidung platziert werden, wodurch die Größe und das Gewicht des mit Wasserstoff und Sauerstoff gefüllten Rumpfes verringert werden. Es wird auch ein massives Fahrwerk (und Bremsbeläge) enthalten, um sein eigenes Gewicht auf der Landebahn zu tragen. Nachdem Kerosinmotoren ihre Rolle in der ersten Stufe erfüllt haben, werden die meisten Konsolen vom Rumpf getrennt, da Sie für die Landung eines fast leeren Raumschiffs keine große Flügelfläche und kein schweres Fahrwerk benötigen.


Hypersonic Falcon Heavy Fairing kehrt zur Erde zurück

Aber wie kann man die Konsole wieder auf den Boden stellen? Brennen sie beim Eintritt in die Atmosphäre aus? Sie werden nicht brennen und überleben, aus dem gleichen Grund, aus dem ein hitzebeständiges Blatt Papier den Eintritt in die Erdatmosphäre aus Umlaufgeschwindigkeit überleben kann - ein leerer Flügel hat eine hohe aerodynamische Qualität und verlangsamt sich dementsprechend langsamer und sanfter. Sie benötigen daher keinen Wärmeschutz und müssen ihn nicht in die Umlaufbahn und zurück ziehen.

Aber wie landet man reibungslos auf der Oberfläche? Hier gibt es zwei Möglichkeiten: In der ersten können Sie versuchen, die Flügelkonsolen auf dem Streifen entlang des Flugzeugs anzubringen, aber dann müssen Sie eine Menge zusätzlicher Ausrüstung hinzufügen, und es gibt möglicherweise keinen Flugplatz auf dem Weg. Verwenden Sie im zweiten Fall eine andere Idee aus den 1950er Jahren (es war ein kreatives Jahrzehnt!) - das Abfangen von Hubschraubern.


Das Konzept der Rückkehr der ersten Stufe des RN-Elektrons mit dem Hubschrauber zur Erde

Der Nachteil dieses Ansatzes ist genau einer - schlechte Skalierbarkeit, ein Hubschrauber kann eine Ladung erfassen, die etwa die Hälfte ihrer maximalen Ladekapazität wiegt. Das heißt, wenn der größte Mi-26-Hubschrauber verwendet wird, sollte das Gewicht der leeren Konsole zusammen mit Motor und Fahrgestell 10 Tonnen nicht überschreiten, was für ein Raumschiff mit einem Startgewicht von nicht mehr als 1000 Tonnen durchaus machbar erscheint. Es werden zwei Hubschrauber benötigt, da es auch zwei Konsolen gibt, dies erfordert jedoch relativ geringe Kosten.

Mit diesen einfachen und bewährten Lösungen ist es somit möglich, ohne futuristische Technologien und unglaubliche Motoren den lang gehegten Traum der Menschheit zu verwirklichen - den routinemäßigen Zugang zum Weltraum.

PS Dieser Artikel versucht nicht, andere Ansätze wie BFR-Starship zu kritisieren, bietet jedoch eine vernünftige Alternative speziell für die Erde-NOU-Route, da es natürlich besser ist, vertikal auf dem Mond und dem Mars zu landen. Ich würde mich freuen, Ihre Meinung in den Kommentaren zu hören!