我可以跳进飞船离开地球吗？

在可重复使用的运载火箭问世之后，空间变得更加可及。 但是，发烧友的主要梦想仍然无法实现。 您是否曾经想过将自己的太空船停在家里的草坪上？ 因此，根据左脚后跟的顺序，有可能飞入轨道，在零重力下伸展肌肉，欣赏太空和地球的景色，甚至甚至可以参观一些宇宙妓院酒店-总的来说，做一些足以想象的事情。 而且当疲倦时，离开轨道降落在附近的某个地方，不要忘记将船置于警报状态。 这可能吗？ 一个对主题至少有一点了解的人会立即想到答案“否”，但我们不要得出仓促的结论并尝试找出答案。

首先，您需要找出太空船进入地球轨道所需的特征速度（以下称为ΔV）。 立即简化我们的任务，并假设我们生活在佛罗里达州，并且严格沿东方方向飞入200x200公里高的圆形轨道。 则所需的ΔV将为9.4 km / s。 该数字既包括必需的7.8 km / s轨道速度的设置，也包括克服空气动力学，重力，控制的问题，并且这对于进一步的计算将特别方便，而背压损失（位于海平面的火箭发动机工作效率较低）比在真空中）。

我们的飞船上要安装什么引擎？ 考虑一下目前已掌握的唯一进入轨道的方法-化学火箭发动机。 从地面开始，RS-68A氢氧发动机在409秒内具有特定的真空脉冲（以下简称为I.I.）。 但是燃烧室中的压力远未达到记录。 将其提高到200 atm。 甚至更高，很可能会得到一个u.i. 430秒 （RS-25和RD-0120的预测力为453-455 s。但是，它们在真空下更可能变尖锐，并且背压损失更大）。 根据齐奥尔科夫斯基公式 $$$V = 430 * 9.81 * ln（M1 / M2）$ 事实证明，具有这种发动机的单级火箭需要具有10：1的质量比才能进入轨道，即进入轨道。 船舶（包括货物）的每1千克干重应计入9千克氢氧燃料。 鉴于低温燃料复合罐的最新进展，这是困难的，但并非不可能。 但是有一个小问题。 氢氧燃料对的密度非常低，仅为0.3155 g / cm ³ 。 在这种情况下，太空飞船的尺寸将会很大，您无法将其停在房屋的后院。 但是什么尺寸是最佳的？


取消的VentureStar单级航天器项目原本计划将20吨重的低轨道飞行，比航天飞机少近三分之一，而且尺寸相当

为了简化所有进一步的计算，让我们假设宇宙飞船的大小应与航天飞机轨道飞行器的大小相同。 是的，该轨道飞行器对于个人运输来说有点大，可以运载7-8人，而不是一个人，但是在亲朋好友的陪伴下，在太空中飞行会更有趣，而且尺寸对于公务机来说是相当标准的。 由于我们不需要运载货物，只需要乘员就可以运载300 m ³的火箭燃料，从而充满整个货舱，看看它是否可以进入轨道。


在这张照片中，您可以很好地估算出轨道器的大小-大但不大

空载但装有调速发动机燃料的轨道器的质量约为90吨。 当充满氢氧蒸气时，船上会留下94.65吨燃料。 当你 在430秒内 我们通过公式获得 $$$ΔV= 430 * 9.81 * ln（184.65 / 90）= $ 303$ 米/秒 要进入轨道，您需要超过3倍以上！ 我们可以尝试更稠密的燃料吗？ 一对密度为1.036 g / cm ³的煤油氧和U. 337羽 （与RD-170 / 180/190系列一样） $$$ΔV= 337 * 9.81 * ln$$$$（400.8 / 90）= $ 493$ m / s，一对密度为1.185 g / cm ³的UDMH-AT和U。 318羽 （如RD-264） $$$ΔV= 318 * 9.81 * ln（445.5 / 90）= $ 498$ 米/秒 ΔV的短缺仍几乎是两倍！

但是，有没有燃料蒸气密度更高，UI更好？ 是的，它叫做氟肼-在c.u时的密度为1.344 g / cm ³ 。 长达402秒！ 填满她的航天飞机轨道并获得 $$$ΔV= 402 * 9.81 * ln（484.2 / 90）= 6634$ 米/秒！ las，都差了三分之一。 那么紧凑的轨道太空飞船是不可能的，原始答案是正确的吗？


氟氨RD-301从未飞行过，但是在测试中证明了带有氟氧化剂的火箭发动机是可能的

幸运的是，在先前的计算中，有一个假设-轨道器的质量为90吨。 但是院子距离1970年代很远，因为我们不需要2,000公里的水平机动，所以可以用碳纤维代替铝，减小机翼的尺寸，而且航天飞机的机载计算机现在可以放在裤子的口袋里，即使没有手表也可以。 应用所有上述修改后，我们将轨道器质量减半至45吨。 这是相当可行的，对于那些怀疑的人，值得回顾的是，在2010年代设计的Falcon 9FT两级煤油火箭的单位质量燃料干质量是在1970年代设计的Zenith两级煤油火箭的一半。 我们重新叙述并得到 $$$ΔV= 402 * 9.81 * ln（439.2 / 45）= 8982$ m / s，我们可以安全地将其舍入到9 km / s。 短缺仅400 m / s！

但是，您知道，“几乎”没有考虑。 我们如何获得所需的400 m / s？ 您可能还记得，航天飞机装有带AI的调车引擎。 在316秒内 和ΔV300 m / s，但这还不够，您需要在太空中机动。 但是，这300 m / s是用于29.5吨装货舱的航天飞机的！ 没有它们，速度将只有400 m / s-您可以进入轨道，但没有机动储备。 我们用具有相同标准的行军氟肼的迷你版取代了机动发动机 瞧，我们得到500 m / s的速度，然后进入轨道并以100 m / s的速度进行机动。


永远不要说永远，这是不可能的！

所有这些冗长的计算的结果是，几乎可以肯定地说，从物理学的角度来看，紧凑的轨道航天器是可能的！ 另一件事是，从氟肼发动机的开发和运行的角度来看，以及从生态学的角度来看，这将是一场噩梦，但这超出了我在本文框架中要论证的物理可行性问题的范围。