Cara membuat pesawat ruang angkasa lepas landas dan mendarat tanpa teknologi keajaiban

Bahkan pada awal astronotika, umat manusia memimpikan akses yang sederhana dan murah ke orbit di pesawat ruang angkasa. Yang saya maksud dengan pesawat luar angkasa adalah kendaraan bersayap dengan lepas landas dan mendarat secara horizontal, tanpa peluncuran udara, pendaratan vertikal, dll. Alasannya sederhana - secara default, antar-jemput ruang angkasa dapat digunakan kembali dan, secara teori, membutuhkan perawatan yang murah dibandingkan dengan roket. Juga, argumen yang mendukung mereka adalah keberadaan landasan pacu raksasa di seluruh dunia, sementara rudal perlu membangun infrastruktur dari awal. Tetapi begitu para perancang mencoba merancang pesawat ruang angkasa dalam praktiknya, mereka segera memiliki banyak masalah yang sulit diselesaikan yang sangat menyulitkan tugas tersebut.

Dan besar, dan ringan, dan tahan lama

Masalah pesawat ruang angkasa adalah sifat satu tahap dan persyaratan yang saling bertentangan untuk pesawat dan roket, yang mengarah ke solusi berikut:

1. Itu perlu untuk menggunakan bahan bakar hidrogen sebagai energi tertinggi. Tetapi hidrogen memiliki banyak kelemahan, yang utamanya adalah kepadatan yang sangat rendah, yang mengarah ke tangki bahan bakar besar, dan karenanya, yang menciptakan resistensi besar pada lapisan atmosfer yang padat. Selain itu, karena titik didih rendah dari hidrogen cair, tangki memerlukan isolasi termal, yang semakin memperumitnya. Plus, mesin hidrogen memiliki daya dorong lebih sedikit daripada mesin minyak tanah, yang lagi-lagi menambah bobot.
2. Desain harus seringan mungkin, tetapi pada saat yang sama ia harus bertahan masuk kembali dari kecepatan orbital, yang membutuhkan perlindungan termal besar-besaran atau bahan eksotis. Tetapi bahan-bahan ini (misalnya, inconel seluler dan titanium aluminide) ternyata sangat berubah-ubah dibandingkan dengan aluminium dan baja, dan menyebabkan penutupan beberapa proyek yang menjanjikan.
3. Persyaratan lepas landas secara horizontal menciptakan banyak masalah karena sasis harus mendukung berat yang sangat besar dari pesawat ruang angkasa yang terisi penuh, dan rem harus dapat menghentikan mesin ini jika terjadi kerusakan, yang menyebabkan massa parasit yang sangat besar, sama sekali tidak perlu dalam penerbangan ke orbit. Sayap juga menjadi tidak berguna di ruang angkasa, dan jika Anda mencoba menggunakannya sebagai tangki bahan bakar tambahan, desainnya harus diperkuat secara serius, yang lagi-lagi berarti kelebihan berat.

Tiga masalah utama ini mengarah pada kesimpulan bahwa tidak mungkin membuat pesawat ruang angkasa di masa mendatang. Tetapi apakah ada solusi yang tersedia dengan teknologi saat ini?


Rockwell Star-raker seharusnya membawa 100 ton ke DOE dengan usabilitas penuh, mis. ini adalah varian dari BFR tahun 1970-an!

Untuk naik lebih tinggi, Anda harus memotong sayap

Ada, dan yang sangat sederhana, sebenarnya hal yang sama telah digunakan sejak lama oleh roket - dua tahap. Tetapi bagaimana membuat pesawat ruang angkasa dua tahap dan mempertahankan usabilitas penuh? Di sini kita akan dibantu oleh dua proyek yang sangat tua dari 50-an, yang salah satunya tidak terkait langsung dengan astronotika, dan yang kedua memiliki paling langsung dan bahkan mengalami kebangkitan. Ini adalah konsol sayap yang dapat disetel ulang dan tangkapan helikopter .


Konsep awal pembom supersonik XB-70 Valkyrie

Gagasan menjatuhkan konsol sayap pertama kali diusulkan pada tahun 1955 ketika mengembangkan pembom supersonik XB-70 Valkyrie untuk mencapai kisaran antarbenua. Selanjutnya, peningkatan aerodinamika mengarah pada ditinggalkannya ide ini, tetapi untuk pesawat ruang angkasa hipotetis kami sangat cocok. Konsol yang dapat disetel ulang dapat dibuat menjadi tangki bahan bakar minyak tanah, seperti yang dilakukan di semua pesawat modern, dan mesin roket minyak tanah torsi tinggi dapat ditempatkan di fairing tengah, sehingga mengurangi ukuran dan berat badan pesawat yang diisi dengan hidrogen dan oksigen. Ini juga akan berisi roda pendaratan besar (dan bantalan rem) untuk menopang bobotnya sendiri di landasan. Setelah mesin minyak tanah memenuhi peran mereka pada tahap pertama, sebagian besar konsol dipisahkan dari badan pesawat, karena untuk pendaratan pesawat ruang angkasa yang hampir kosong Anda tidak perlu area sayap yang besar dan roda pendaratan yang berat.


Hypersonic Falcon Fairing Berat Kembali ke Bumi

Tapi bagaimana cara mengembalikan konsol ke tanah? Akankah mereka terbakar saat memasuki atmosfer? Mereka tidak akan terbakar dan bertahan hidup, karena alasan yang sama bahwa selembar kertas tahan panas dapat bertahan masuk ke atmosfer Bumi dari kecepatan orbit - sayap kosong memiliki kualitas aerodinamik yang tinggi dan, karenanya, melambat lebih lambat dan lancar. Dengan demikian, mereka tidak perlu perlindungan termal dan tidak perlu menyeretnya ke orbit dan kembali.

Tapi bagaimana cara mendarat dengan mulus di permukaan? Ada dua opsi di sini - yang pertama Anda dapat mencoba untuk menempatkan konsol sayap di strip di sepanjang pesawat, tetapi kemudian Anda harus menambahkan banyak peralatan tambahan dan mungkin tidak ada lapangan terbang di sepanjang jalan. Dalam kasus kedua, gunakan ide lain dari tahun 1950 (itu adalah dekade kreatif!) - helikopter mencegat.


Konsep kembalinya ke Bumi pada tahap pertama Elektron RN dengan helikopter

Kelemahan dari pendekatan ini adalah skalabilitas satu - miskin, helikopter dapat menangkap kargo dengan berat sekitar setengah dari kapasitas muatan maksimumnya. Artinya, ketika menggunakan helikopter Mi-26 terbesar, berat konsol kosong bersama dengan mesin dan sasis tidak boleh lebih dari 10 ton, yang tampaknya cukup layak untuk sebuah pesawat ruang angkasa dengan berat take-off tidak lebih dari 1000 ton. Dua helikopter akan dibutuhkan, karena ada juga dua konsol, tetapi ini membutuhkan biaya yang relatif kecil.

Dengan demikian, menggunakan solusi sederhana dan terbukti ini, adalah mungkin tanpa teknologi futuristik dan mesin yang luar biasa untuk mewujudkan impian umat manusia yang telah lama dimiliki - akses rutin ke luar angkasa.

PS Artikel ini tidak mencoba untuk mengkritik pendekatan lain, seperti BFR-Starship, tetapi menawarkan alternatif yang masuk akal khusus untuk rute Bumi-NOU, karena secara alami lebih baik mendarat di Bulan dan Mars secara vertikal. Saya akan senang mendengar pendapat Anda di komentar!