lancement spatial sans fusée

Dans cette utilisation, le terme « statique » est destiné à transmettre, étant entendu que la partie structurelle du système n'a pas de pièces mobiles internes.

Tour Space Modifier

Structures tendues pour lancement spatial sans fusée propose d'utiliser les câbles longs, très forts (connu sous le nom longes) pour soulever une charge utile dans l'espace. Longes peuvent également être utilisés pour changer l'orbite une fois dans l'espace.

longes orbitaux peuvent être verrouillés tidally (skyhook) ou rotatifs (motoculteurs). Ils peuvent être conçus (en théorie) pour ramasser la charge utile lorsque la charge utile est stationnaire ou lorsque la charge utile est hypersonique (a une vitesse élevée mais pas orbitale). [ citation requise ]

longes Endo-atmosphériques peuvent être utilisées pour transférer des cinétiques (énergie et l'impulsion) entre les grands avions conventionnels (subsonique ou supersonique bas) ou la force motrice et d'autres véhicules aérodynamiques plus petits, les propulsant à des vitesses hypersoniques sans systèmes de propulsion exotiques. [ citation requise ]

Skyhook Modifier

A rotatifs et non rotatifs Skyhooks en orbite

Un Skyhook est une classe théorique de la propulsion en orbite autour d'attache destiné à soulever des charges utiles à des altitudes et des vitesses élevées. [30] [31] Les propositions de Skyhooks incluent des conceptions qui utilisent des longes de filage à vitesse hypersonique pour la capture des charges utiles à grande vitesse ou des avions à haute altitude et de les placer en orbite. [32]

ascenseur spatial Modifier

Un ascenseur spatial serait constitué d'un câble ancré à la surface de la Terre, pour atteindre dans l'espace.

Un ascenseur spatial est un type proposé de système de transport spatial. [33] Son composant principal est un câble en forme de ruban (également appelée attache) ancrée à la surface et se prolongeant dans l'espace au-dessus du niveau de l'orbite géosynchrone. Alors que la planète tourne, la force centrifuge à l'extrémité supérieure de l'attache gravité contrebalance, et maintient le tendu du câble. Les véhicules peuvent alors grimper la longe et atteindre l'orbite sans l'utilisation de la propulsion des fusées.

Un tel câble pourrait être fait de tout matériau capable de se soutenir sous tension en diminuant le diamètre du câble suffisamment rapidement à l'approche de la surface de la Terre. Sur Terre. avec sa gravité relativement forte, les matériaux actuels ne sont pas suffisamment solides et légers. Avec des matériaux conventionnels, le rapport de cône devrait être très grande, ce qui augmente la masse totale de lancement à un degré financièrement infaisable. Cependant, nanotubes de carbone ou des matériaux à base de nanotubes de nitrure de bore ont été proposés en tant que l'élément de traction dans la conception de l'attache. Leurs forces mesurées sont élevées par rapport à leurs densités linéaires. Ils promettent que tenir des matériaux pour faire un ascenseur espace basé sur Terre possible. [34]

Landis et Cafarelli ont suggéré qu'une structure de tension ( « ascenseur spatial ») se prolongeant vers le bas à partir de l'orbite géosynchrone pourrait être combinée avec la structure de compression ( « tour Tsiolkovski ») se prolongeant vers le haut depuis la surface, formant la structure combinée en orbite géosynchrone à partir de la surface, et présentant des avantages structurels sur une ou l'autre individuellement. [24]

longes Endo-atmosphérique Modifier

KITE lanceur - transfert dynamique du véhicule.

Une attache endo-atmosphérique utilise le câble long dans l'atmosphère pour fournir une partie ou la totalité de la vitesse nécessaire pour atteindre l'orbite. L'attache est utilisée pour transférer la cinétique (énergie et l'impulsion) à partir d'une extrémité lente massive (typiquement un gros avion subsonique ou supersonique bas) à une extrémité hypersonique par l'aérodynamique ou de l'action centripète. L'attache Cinétique d'échange (AILE) le programme de lancement est une attache endo-atmosphérique proposé. [15]

fontaine Space Modifier

interactions électro-dynamiques dans un canon à rails.

Un conducteur de masse est en fait un très long et principalement piste de lancement orienté horizontalement ou tunnel de lancement dans l'espace, recourbée vers le haut à la fin. Le concept a été proposé par Arthur C. Clarke en 1950, [40] et a été développé plus en détail par Gerard K. O'Neill. travailler avec l'Institut d'études spatiales. en mettant l'accent sur l'utilisation d'un conducteur de masse pour le lancement de matériau de la Lune.

Un conducteur de masse utilise une sorte de répulsion pour maintenir une charge utile séparée de la piste ou des murs. il utilise alors un moteur linéaire (un moteur à courant alternatif tel que dans une arme à feu de la bobine, ou un moteur homopolaire comme dans un canon à rails) pour accélérer la charge utile à des vitesses élevées. Après avoir quitté la piste de lancement, la charge utile serait à sa vitesse de lancement.

Modifier StarTram

StarTram est une proposition visant à lancer des véhicules directement à l'espace en les accélérant avec un conducteur de masse. Les véhicules flottent par répulsion à lévitation magnétique entre les aimants supraconducteurs sur le véhicule et les parois du tunnel d'aluminium pendant qu'ils sont accélérés par un entraînement magnétique à courant alternatif à partir de bobines d'aluminium. La puissance nécessaire serait probablement fournie par des unités de stockage d'énergie supraconductrice répartis le long du tunnel. Véhicules à côte pourrait hauteur orbitale faible, voire géosynchrone; puis une petite brûlure de moteur de fusée serait nécessaire pour circulariser l'orbite.

-Cargo systèmes Génération 1 accéléreraient à 10-20 Gs et la sortie d'un sommet de la montagne. Bien que ne convient pas aux passagers, ils pourraient mettre la cargaison en orbite pour 40 $ par kilogramme, 100 fois moins cher que les fusées.

Les systèmes de génération passagers-2 capable accéléreraient pour une distance beaucoup plus à 2 Gs. Les véhicules pourraient entrer dans l'atmosphère à une altitude de 20 km d'un tunnel sous vide retenu par des attaches en Kevlar et pris en charge par répulsion magnétique entre les câbles supraconducteurs dans le tunnel et sur le terrain. Pour les deux systèmes Gen 1-2, l'embouchure du tube serait ouvert lors de l'accélération du véhicule, avec de l'air maintenu par pompage magnétohydrodynamique. [16] [41] [42]

Modifier chimique

gun Space Modifier

Projet HARP. un prototype d'un canon spatial.

Un pistolet de l'espace est un procédé proposé pour le lancement d'un objet dans l'espace en utilisant un grand pistolet. ou d'un canon. L'auteur de science-fiction Jules Verne a proposé une telle méthode de lancement De la Terre à la Lune. et en 1902 un film, un voyage à la Lune. a été adapté.

Cependant, même avec un « canon de fusil » à la fois la croûte terrestre et la troposphère. les g-forces nécessaires pour produire la vitesse d'échappement serait encore plus que ce qu'un humain tolère. Par conséquent, le canon spatial serait limité aux satellites fret et ruggedized. En outre, le projectile a besoin soit d'un moyen interne ou externe à se stabiliser sur orbite.

Gun concepts de lancement ne sont pas toujours utiliser la combustion. Dans les systèmes de lancement pneumatiques, un projectile est accéléré dans un long tube par la pression de l'air, produite par des turbines au sol ou d'autres moyens. Dans un pistolet à gaz léger. la pressurisation est un gaz ayant un poids moléculaire de lumière, afin de maximiser la vitesse du son dans le gaz.

Ram accélérateur Modifier

Un accélérateur de bélier utilise également l'énergie chimique comme le canon de l'espace, mais il est tout à fait différente en ce qu'elle repose sur un cycle de propulsion comme moteur à réaction en utilisant statoréacteurs et / ou procédés de combustion à combustion supersonique pour accélérer le projectile à des vitesses extrêmement élevées.

Il est un long tube rempli d'un mélange de gaz combustibles avec un diaphragme frangible à chaque extrémité pour contenir les gaz. Le projectile, qui a la forme d'un noyau de statoréacteur, est déclenché par un autre moyen (par exemple une arme à feu dans l'espace, discuté ci-dessus) supersonique à travers le premier diaphragme dans l'extrémité du tube. Il brûle ensuite les gaz en tant que combustible, ce qui accélère le long du tube sous la propulsion par réaction. D'autres la physique entrent en jeu à des vitesses plus élevées.

Souffle accélérateur d'onde Modifier

Un accélérateur d'onde de choc est semblable à un pistolet de l'espace, mais elle diffère en ce que les anneaux d'explosif le long de la longueur du canon sont déclenchées en séquence pour maintenir les accélérations élevées. En outre, plutôt que de compter sur la pression à l'arrière du projectile, l'accélérateur de l'onde de souffle spécifiquement fois les explosions à presser sur un cône de queue sur le projectile, comme on peut tirer une graine de potiron en serrant l'extrémité effilée.

Modifier mécanique

Modifier Slingatron

Dans un slingatron. [19] [44] projectiles sont accélérés le long d'un tube rigide ou d'une piste qui a généralement circulaire ou en spirale tourne, ou des combinaisons de ces géométries en deux ou trois dimensions. Un projectile est accéléré dans le tube incurvé en propulsant l'ensemble du tube dans un mouvement circulaire de faible amplitude de fréquence constante ou croissante sans changer l'orientation du tube, à savoir les tournoie ensemble de tubes, mais ne tourne pas. Un exemple courant de ce mouvement est en remuant une boisson en tenant le récipient et en le déplaçant dans de petits cercles horizontaux, ce qui provoque le contenu de tourner sans faire tourner le récipient lui-même.

Cette giration déplace continuellement le tube avec un composant le long de la direction de la force centripète qui agit sur le projectile, de sorte que le travail est effectué en continu sur le projectile à mesure qu'elle avance à travers la machine. La force centripète subie par le projectile est la force d'accélération, et est proportionnelle à la masse du projectile.

lancement d'Air Edition

Dans le lancement de l'air, un aéronef porteur porte le véhicule spatial à haute altitude et de la vitesse avant la libération. Cette technique a été utilisée sur les véhicules suborbitaux X-15 et SpaceShipOne, et pour le véhicule de lancement orbital Pegasus.

Les principaux inconvénients sont que l'avion porteur a tendance à être assez grand, et la séparation dans le flux d'air à une vitesse supersonique n'a jamais été démontrée, ainsi l'impulsion donnée est relativement modeste.

Modifier engins spatiaux

X-43A avec combustion supersonique fixé à la face inférieure.

Un avion spatial est un aéronef destiné à transmettre le bord de l'espace. Il combine certaines caractéristiques d'un avion avec certains d'un vaisseau spatial. En règle générale, il prend la forme d'un engin spatial équipé de surfaces aérodynamiques. un ou plusieurs moteurs de fusée, et parfois propulsion airbreathing supplémentaire ainsi.

Les premiers avions spatiaux ont été utilisés pour explorer vol hypersonique (par exemple X-15). [45]

Certains modèles à base de moteur air-respiration (cf X-30) tels que les avions basés sur scramjets ou moteurs de détonation d'impulsion pourrait atteindre la vitesse orbitale ou d'une manière utile aller à le faire; Cependant, ces modèles doivent encore effectuer une brûlure de fusée finale à leur apogée pour circulariser leur trajectoire pour éviter de retourner dans l'atmosphère. D'autres, réutilisables modèles comme turboréacteurs comme Skylon qui utilise des moteurs à réaction prérefroidis jusqu'à Mach 5,5 avant d'employer des fusées pour entrer en orbite semble avoir un budget de masse qui permet une plus grande charge utile que les fusées pures tout en réalisant en une seule étape.

Les ballons peuvent élever l'altitude initiale de roquettes.

Le gaz de levage peut être de l'hélium ou de l'hydrogène. L'hélium est non seulement coûteuse en grande quantité, mais est aussi une ressource non renouvelable. Cela fait des ballons d'aider technique un lancement coûteux. L'hydrogène pourrait être utilisé comme il a l'avantage d'être moins cher et plus léger que l'hélium, mais l'inconvénient d'être également très inflammable. Roquettes lancées à partir de ballons, appelés « rockoons », ont été mis en évidence, mais à ce jour, seulement pour les missions suborbital ( « fusée-sonde »). La taille du ballon qui serait nécessaire pour soulever un véhicule de lancement orbital serait extrêmement grande.

Représentation artistique de la vue aérienne d'un SpaceShaft.

Un SpaceShaft est une version proposée d'une structure dynamique qui atmosphériquement servir de système pour soulever des marchandises à des altitudes dans l'espace proche. avec plates-formes distribuées à plusieurs altitudes qui fourniraient des installations d'habitation pour les opérations humaines à long terme tout au long du milieu-atmosphère et altitudes dans l'espace proche. [49] [50] [51] Pour le lancement de l'espace, il servirait une première étape non-fusée pour les fusées lancées depuis le sommet. [50]

systèmes de lancement hybride Modifier

art de la NASA pour un concept combinant trois technologies: lancement électromagnétique aide d'une piste 2-mile hypothétique (3,2 km) au Kennedy Space Center. un avion supersonique, et une fusée transportés pour une utilisation après le lancement de l'air atteint l'orbite.

Toutes les formes de lanceurs de projectiles sont au moins partiellement des systèmes hybrides se lançant à orbite basse de la Terre. en raison de l'exigence de circularisation de l'orbite. au moins impliquant plusieurs pour cent de delta-v total à élever périgée (par exemple une petite brûlure de fusée) ou, dans certains concepts beaucoup plus d'un propulseur de fusée pour faciliter le développement de l'accélérateur au sol. [16]

Certaines technologies peuvent avoir mise à l'échelle exponentielle si elle est utilisée de manière isolée, ce qui rend l'effet des combinaisons d'une magnitude de contre-intuitif. Par exemple, 270 m / s est inférieur à 4% de la vitesse de l'orbite terrestre basse. mais une étude de la NASA a estimé que Maglifter lancement de traîneau à cette vitesse pourrait augmenter la charge utile d'une fusée ELV classique de 80% en ayant également la piste monter une montagne de 3000 mètres. [53]

Les formes de lancement au sol limitée à une accélération maximale donnée (par exemple en raison des tolérances g-force humaine si elles sont destinées à transporter des passagers) ont la dimension de la longueur du lanceur minimum correspondant pas linéairement mais avec une vitesse au carré. [54] longes peuvent avoir encore plus non-linéaire, mise à l'échelle exponentielle. Le rapport massique attache à la charge utile d'un câble spatial serait d'environ 1: 1 à une vitesse pointe 60% de sa vitesse caractéristique, mais devient de plus de 1000: 1 à une vitesse pointe 240% de sa vitesse caractéristique. Par exemple, pour des raisons pratiques attendu et un rapport de masse modérée avec des matériaux actuels, le concept de HASTOL aurait la première moitié (4 km / s) de la vitesse d'orbite être fournie par d'autres moyens que la sangle elle-même. [11]

Une proposition d'utiliser un système hybride combinant un conducteur de masse pour lofting initiale suivie d'additif poussée par une série de lasers au sol séquencé selon la longueur d'onde a été proposée par Mashall Savage dans le livre Le Projet millénaire comme l'une des thèses de base du livre , mais l'idée n'a pas été poursuivi à un degré notable. propositions spécifiques de Savage se sont révélés irréalisables tant en termes d'ingénierie et de politique, et alors que les difficultés pourraient être surmontées, le groupe fondé Savage, appelé maintenant la Fondation Living Univers. a été incapable de recueillir des fonds importants pour la recherche.

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