Mesmo no início da astronáutica, a humanidade sonhava com acesso simples e barato à órbita em aviões espaciais. Por avião espacial, quero dizer um veículo alado com decolagem e aterrissagem horizontal, sem lançamentos aéreos, aterrissagens verticais etc. O motivo é simples - por padrão, os ônibus espaciais são reutilizáveis e, em teoria, exigem manutenção barata em comparação com foguetes. Além disso, um argumento importante a seu favor é a presença de pistas gigantes em todo o mundo, enquanto os mísseis precisam construir infraestrutura do zero. Mas assim que os projetistas tentaram projetar a nave espacial na prática, eles imediatamente tiveram muitos problemas intratáveis que complicaram bastante a tarefa.
E grande, leve e durável
Os problemas da nave espacial eram sua natureza em um estágio e requisitos conflitantes para a aeronave e o foguete, o que levou às seguintes soluções:
- Era necessário usar combustível de hidrogênio como a energia mais alta. Mas o hidrogênio tem muitas desvantagens, a principal das quais é extremamente baixa densidade, levando a enormes e, consequentemente, pesados tanques de combustível, que criam grande resistência em camadas densas da atmosfera. Além disso, devido ao baixo ponto de ebulição do hidrogênio líquido, os tanques precisam de isolamento térmico, o que os complica ainda mais. Além disso, os motores a hidrogênio têm menos empuxo que os motores a querosene, o que acrescenta peso novamente.
- O design deve ser o mais leve possível, mas ao mesmo tempo deve sobreviver à reentrada a partir da velocidade orbital, o que requer proteção térmica maciça ou materiais exóticos. Mas esses materiais (por exemplo, inconel celular e alumineto de titânio) mostraram-se muito caprichosos em comparação com alumínio e aço e levaram ao fechamento de vários projetos promissores.
- A exigência de decolagem horizontal criou muitos problemas, já que o chassi deve suportar o enorme peso de uma nave espacial totalmente carregada, e os freios devem poder parar esse motor em caso de mau funcionamento, o que levou a uma enorme massa parasitária, completamente desnecessária no vôo para a órbita. As asas também se tornaram inúteis no espaço e, se você tentar usá-las como tanques de combustível adicionais, o design precisará ser seriamente reforçado, o que novamente significa excesso de peso.
Esses três problemas principais levaram à conclusão de que era impossível criar uma espaçonave em um futuro próximo. Mas existe uma solução disponível com a tecnologia atual?
O Rockwell Star-raker deveria trazer 100 toneladas para o DOE com capacidade de reutilização total, ou seja, esta é uma variante do BFR dos anos 70!Para subir mais alto, você precisa cortar as asas
Existe, e é bem simples, de fato, a mesma coisa há muito tempo usada pelos foguetes - em dois estágios. Mas como tornar a sonda em duas etapas e manter a capacidade de reutilização total? Aqui seremos ajudados por dois projetos muito antigos dos anos 50, um dos quais não está diretamente relacionado à astronáutica, e o segundo tem o mais direto e até passa por um renascimento. Estes são
consoles de asa rearmáveis e uma
captura de helicóptero .
Conceito inicial do bombardeiro supersônico XB-70 ValkyrieA idéia de derrubar consoles de asa foi proposta pela primeira vez em 1955, ao desenvolver o bombardeiro supersônico XB-70 Valkyrie para alcançar um alcance intercontinental. Posteriormente, as melhorias na aerodinâmica levaram ao abandono dessa idéia, mas, para nossa espaçonave hipotética, ela se encaixa perfeitamente. O console reinicializável pode ser transformado em um tanque de combustível de querosene, como é feito em todas as aeronaves modernas, e um motor de foguete de querosene de alta pressão pode ser colocado na carenagem central, reduzindo assim o tamanho e o peso da fuselagem cheia de hidrogênio e oxigênio. Ele também conterá um trem de pouso maciço (e pastilhas de freio) para suportar seu próprio peso na pista. Depois que os motores de querosene cumprem seu papel de primeiro estágio, a maioria dos consoles é separada da fuselagem, porque para pousar uma nave espacial quase vazia, você não precisa de uma grande área de asa e um trem de pouso pesado.
Carenagem pesada de falcão hipersônico retorna à TerraMas como devolver o console ao chão? Eles queimarão ao entrar na atmosfera? Eles não queimam e sobrevivem, pela mesma razão que uma folha de papel resistente ao calor pode sobreviver à entrada na atmosfera da Terra a partir da velocidade orbital - uma asa vazia tem uma alta qualidade aerodinâmica e, consequentemente, diminui mais lentamente e sem problemas. Portanto, eles não precisam de proteção térmica e não precisam arrastá-lo para a órbita e para trás.
Mas como fazer um pouso suave na superfície? Existem duas opções aqui - na primeira você pode tentar colocar os consoles nas asas na pista ao longo do avião, mas precisará adicionar muitos equipamentos adicionais e talvez não haja um campo de aviação no caminho. No segundo caso, use outra idéia da década de 1950 (foi uma década criativa!) - interceptação de helicóptero.
O conceito de retorno à Terra da primeira etapa do RN Electron de helicópteroA desvantagem dessa abordagem é exatamente uma - baixa escalabilidade, um helicóptero pode capturar uma carga que pesa cerca da metade de sua capacidade máxima de carga. Ou seja, ao usar o maior helicóptero Mi-26, o peso do console vazio, juntamente com o motor e o chassi, não deve exceder 10 toneladas, o que parece bastante viável para uma nave espacial com um peso de decolagem não superior a 1000 toneladas. Serão necessários dois helicópteros, já que também existem dois consoles, mas isso exigirá despesas relativamente pequenas.
Assim, usando essas soluções simples e comprovadas, é possível sem tecnologias futuristas e mecanismos incríveis realizar o sonho de longa data da humanidade - acesso rotineiro ao espaço sideral.
PS Este artigo não tenta criticar outras abordagens, como BFR-Starship, mas oferece uma alternativa razoável especificamente para a rota Earth-NOU, porque é naturalmente melhor pousar na Lua e em Marte verticalmente. Ficarei feliz em ouvir sua opinião nos comentários!