Balonların fırlatma sistemlerinde kullanılmamasının iyi nedenleri var.

1. Balonların kırılganlığı
2. Roket fırlatmalarının son derece enerjik doğası
3. Balon yörüngesi üzerinde sınırlı kontrol
4. Helyum Giderleri
5. Hidrojenin Tutuşabilirliği.

Balonlar doğaları gereği kırılgandır. Etkili bir yüksek irtifa balon sistemi yapmak için çok ince, çok hafif malzemelere sahip olmanız gerekir. Baumgartener, yaklaşık 3150 pound (1430 kg) yük taşımak için STP'de 30 milyon fit küp (850.000 m³) helyum ile fırlatıldığında 550 fit (168 metre) yüksekliğinde bir balonla fırlatıldı. Balonun kendisi, parmağını itmek isteyen bir kişi tarafından kolayca delinebilir.

Karşılaştırma için Falcon 9 fırlatma kütlesi yaklaşık 735.000 pound (333.000 kg) - hesaplamadan önce ağırlığın yaklaşık 233 katı. 14.000 pound (6350 kg) taşıma kapasitesi için. Artı, balonlar çok kırılgan olduğundan, en az üç ve onları birbirinden iyi bir şekilde ayıran bir gondol sistemi kullanmak gerekir ve bu nedenle, yaklaşık 7,2 milyar (7,2e9) fit küp (204 milyon m³) kaldırma helyumuna bakılır. fırlatma yakıtından yaklaşık% 10 tasarruf etmek.

Helyum ucuz değil. 1000 fit küp başına 84 dolar (\ 2,97 / m 84), bu sadece helyumda \ $ 6.048e8 (yarım milyar dolardan biraz fazla). Büyük fırlatıcılar için maliyet tasarrufu mevcut değil.

Daha iyi bir kaldırma gazı olan hidrojen üretilebilir, ancak yine de yaklaşık 4 milyar fit küp (113 milyon m³) olacak. Ancak alev alırsa, büyük bir alev sorunu olacaktır. Bu daha sonra herhangi bir gondol ve yapıyı düşürecektir.

Bir roket fırlatmasının yarım kilometre uzunluğunda yüksek enerjili gazlar ürettiğini unutmayın. Yanma sona ermiş olsa bile, bu gazlar hala kırılgan balon zarfına zarar verecek kadar sıcak olabilir. Bu zarf tutuşursa, balon ani (ve muhtemelen felaketle sonuçlanan) bir kaldırma kaybına uğrar; hidrojenle doluysa, yıkıcı bir kaldırma kaybına uğrayacağı neredeyse garantidir.

Önemli bir yükü fırlatmaya yetecek kadar bir Balon ışığı, roket onu kurtardığında ani ve büyük bir yükselme yaşayacaktır. Zarfı bozmamak kaydıyla, kütlenin% 95'inin kaybı ani ve hızlı yükselmeye neden olacaktır; roket kadar hızlı değil, ancak yeterince hızlı bir şekilde iyileşme sorun yaratacaktır. Yörünge kontrolünün olmaması aynı zamanda havadaki hava akışını dikkatlice izlemek zorunda olmak anlamına da gelir. Kurtarmak için, balonun zarfı sıkıştırabilmesi, zarfı havalandırabilmesi veya zarftan ayrılabilmesi gerekir; bu seçeneklerden herhangi biri kütle ekler ve bunlardan ikisi kaldırma gazını bir kayıp haline getirir. Etkili kaldırma elde etmek için gereken düşük kalınlıklar göz önüne alındığında, sıkıştırma olasılığı düşüktür. Bu nedenle, kaldırma gazının çoğu geri alınamayacak.

Uzun vadede, ilk kalkışın üstesinden gelmek için balon kullanmak çok pahalı ve riskli.

http://www.redbullstratos.com/technology/high-altitude-balloon/
http://en.wikipedia.org/wiki/Falcon_9
http://www.weldingandgasestoday.org/index.php/2012/04/a-look-at-rising-helium-prices/

Bu sorunun kapsamı içinde kalmak için, tartışmalı olsa da kriterlere uyduğuna inandığım bir fikre atıfta bulunacağım.

Bu fikre balon- diyeceğim. tether LAS olarak değiştirildi ve 2012'de bir dergide yayınlandı. Bu fikrin dikkate değer olmasının nedeni, daha önce önerilen LAS (Başlatma Yardımı Sistemleri) çalışmasından başlaması ve gerçekçi bir sistem için gereksinimleri resmileştirmesidir. Bu nedenle, bunun "en olası" önerilerden biri olduğunu söyleyebilirim.

Açıklama

Yüksek irtifa balonları, temelde çekilen büyük kasnakları askıya alır. trenlerle. Sistem uzak bir yerde ve yüksek rakımda olacaktır. LAS'ın kendisinin değeri şudur:

• Roketin yüksekliğini artırır
• Rokete bir miktar başlangıç ​​dikey hızı verir (1 km / s mertebesinde)

Çıkış noktasından itibaren, roket ateşlenir ve yaklaşık 7 kg'lık bir yük için yörüngeye ulaşır. Bunların hepsi biraz basmakalıp geliyor. Sonuçta, roketi yalnızca yörünge hızının bir kısmına, LEO irtifasının yalnızca bir kısmına kadar hızlandırır, yük hafiftir ve fırlatma hızı yalnızca günde bir kezdir. Ancak bu roket bilimi, roket denklemine göre, bu indirgemeler düşündüğünüzden daha büyük bir fark yaratıyor.

İşte pembe balon, mavi roket ve kahverengi tether.

Fizibilite

Açıkçası, balonlardan yörüngeye bir şeyler fırlatabilirsiniz , ama bunu yapmak için ekonomik bir durum yoksa, asla olmayacak. Balon ipli LAS, bölgeyle birlikte gelecek birkaç konunun ustalığını gösterir. Esas olarak, balonların kaldırma kapasitesinin çok sınırlı olması sorunu vardır. Daha fazla kaldırma için daha büyük bir balona ihtiyacınız var ve mümkün olanın sınırını hızla zorlamaya başlıyorsunuz. Bu, yük boyutları üzerinde büyük bir aşağı doğru baskı oluşturur.

Bu boyut kısıtlaması nedeniyle, herhangi bir balon sisteminin ağır kaldırma kapasitesiyle veya insanlı uçuşlar için rekabet etme olasılığı düşüktür. Mikro uydular için bile, üretim zinciri maliyetini gerekçelendiremezsiniz çünkü fırlatma frekansı talebi yeterince yüksek değildir. Balon ipi LAS'ın bir itici depo modeli önermesinin nedeni budur.

Bu önerinin hala bazı şüpheli kısımları var. Yüksek irtifa bağlı balonlar kullanılarak keşif mühendisliğinin önerildiği birkaç alan vardır. Özellikle güneş enerjisi, rüzgar enerjisi ve iletişim balonları. 3 km civarında uçan bağlı balonların bazı tarihsel örnekleri olmuştur. Askeri teknoloji 7 km kadar artış gösteriyor. Arzu edilen havasız bölgelere ulaşmak için çok daha ileri gitmeniz gerekecek ve biz de gerçekten büyük balonlardan bahsediyoruz. Hala balonu bağlamama ve sadece uçurup bir roket fırlatma seçeneği var. Peki bunun yeniden kullanılabilirliği nerede? Bu, rekabetçi bir fırlatma sistemi oluşturmayı zor bir denklem haline getiriyor, ancak bu yüksek irtifa bağlantılı sistemler için teknoloji durumuna bağlı.

Muhtemelen yapabilirdiniz, ancak pek faydası olmazdı.

Yörüngeye varmanın zor olmasının nedeni, uzayın yüksek olması değil.

Çok hızlı gitmeniz gerektiğinden yörüngeye çıkmak zor.

XKCD'den What If? # 58

Evet. Bununla birlikte, çalışan en büyük yüksek irtifa balonları yalnızca 8.000 pound (3600 kg) kaldırabilir. NASA'nın Columbia Bilimsel Balon Tesisi 'nden bir plan:

Yani oldukça küçük bir roket olurdu. Karşılaştırma için, uçaktan fırlatılan Pegasus XL yaklaşık 50.000 pound (23.000 kg) ağırlığındadır.

Hiç denenmedi, ancak dikkate alınması gereken birkaç kişi oldu. Aslında on yıl önce Ansari X-Prize yarışmasında balon fırlatmalarıyla ilgili kapsamlı bir bölüm vardı. Tasarlanması gereken en dikkat çekici roket da Vinci Projesi idi

Bu, yörünge altı için işe yarayabilirken, yörünge uçuşu için pek iyi çalışmayabilir. Hız, yörüngesel bir uçuş için kilit faktördür ve bir uçaktan daha fazlasını alırsınız. Artı uçaklar genel olarak bir balondan daha esnektir. Genel olarak, onlarla çalışmak daha kolaydır.

Evet, bazı insanlar bunu yapmaya çalışıyor:

http://www.bloostar.com/

Bu çözümün avantajları var , çıkış sırasında daha az sürüklenme (kare / küp yasası nedeniyle özellikle küçük rampalar için önemlidir) ve fırlatma sırasında daha düşük basınç nedeniyle daha iyi bir Isp gibi. Ayrıca, yük kaporta kütlesini de azaltabilirsiniz, ancak başlatıcının kütlesi ciddi şekilde kısıtlanmıştır ve başlatma prosedürünüz üzerinde çok daha az kontrole sahipsiniz. Başlatıcıyı ve yükü geri almak çok zor olacak.

Size biraz hesaplama vereyim:

20 km, IIS’nin Perigee 412 km ’sinin yalnızca yüzde 5’idir.

Ana direnç hava değil, ana direnç yerçekimidir.

IIS'de bile yerçekimi muazzam bir kuvvet uygular, yörünge periyodu Dünya genelinde 92,87 dakikadır. 1.5 saate kadar !!! Aynı kuvvet IIS'yi Dünya'ya çeker.Bu iki kuvvet, aşağı ve ileriye eşittir. Bir öneride bulunalım, Dünya'nın bir noktasından gidiyorum ve 1,5 saat sonra Dünya'yı geçiyorum ve geri dönüyorum. Bu çılgın bir hız.

Uçmak için roket yörüngeye ulaşmak için köşegen olarak gitmelidir, roketler başladıktan sonra yana doğru sallanır.

20 km'ye kadar sadece hava sürtünmesinden kurtulabilir, çünkü Troposfer ( 80 atmosfer kütlesinin yüzdesi), ancak roketin hızı hava sürtünmesini hissedecek kadar büyük değil.

Hava sürtünmesi ile yerçekimi kuvvetinin 1'e 100 arasında bir korelasyon olduğunu öne sürmek riskliyim bu durumda.

20 km (yüzde 5), uzay limanını zeplin üzerinde tutmaktan daha ucuza yakıtla aşılır.

Diğer taraftan, en yeni yakıt veya yöntem keşfedilecekse hızlanın, bu uzay limanı hava sürtünmesinden kurtarıyor gibi görünebilir.

Bugün - gereksiz.

Bkz: Coilgun, Space gun

Ve şu resme bakın:

Evet, Reckon olarak balondan roket fırlatmak mümkündür. Ancak bir balondan fırlatmanın birçok dezavantajı vardır

• balonları yönlendirmek çok zordur, bu nedenle fırlatma sırasında kesinlik neredeyse imkansızdır

• Roketi yüksek irtifalara çıkarmak için gerekli balonların çok geniş bir yüzeye sahip olması gerekir

{

Bu referansa göre

Helyumun kaldırma kuvveti litre başına 1 gramdır.

Dolayısıyla roketi kaldırmak için çok büyük balona ihtiyacınız olacak (Sadece 1 KG yükü kaldırmak için 1000 litre helyuma ihtiyacınız var)

}

• Bir balonun üzerinden roket fırlatmak neredeyse imkansızdır (doğrudan dünyadan fırlatılır)

• Yörünge aracı için her şey hız ile ilgilidir, bu yüzden irtifa gittikçe, gerekli yörünge hızına ulaşmak için daha fazla ivmeye ihtiyaç duyarsınız

• dünyadan fırlatma başlangıç ​​hızını sağlar, ancak havada değildir

Ancak yine de bir balondan fırlatmak (mümkünse) maliyetinizi yakıttan kurtarabilir (ancak yörünge aracı için değil). yükü olan bir roket fırlatmak imkansızdır (çünkü birçok teknik zorluk söz konusudur)

Google Lunar Xprize'de yarışan ARCA ekibinin misyonu tam olarak şu fikre dayanıyor: Helen 2 roketini 14.000 m'de yükseltilmiş bir helyum balonundan fırlatmak. Sadece bir başarılı fırlatma yaptılar ve roket 40.000 m yüksekliğe ulaştı. Yarışa aynı fikirle katılıp katılmayacaklarını bilmiyorum ama daha önce denendiğine bir örnek olarak bahsetmiştim.

Ballon konuşması, karbon nanotüplerin önerdiği roketlere alternatifin yakın gelecekte mevcut olabileceğini düşündürüyor. Uzay asansörü.

Pratik bir bakış açısıyla, 66.000 millik bir çekme kablosunu yörüngeye doğrudan fırlatmanın hiçbir yolu olmadığını düşündüm, ancak uzun uzunlukları bir araya getirmenin bir yolunu bulduğumuzu varsayarsak nanotüpleri bir kabloya veya kayışa dönüştürürsek, dışarı uçabiliriz ve büyük bir yakın dünya asteroidini jeosenkronize bir dünya yörüngesine taşıyabiliriz, kötü bir gün türünde göksel çarpışmaya sahip bir dinozoru hızlandırmadan, bana öyle geliyor ki, bir Bağlı balon ve uzay giysileri ile donatılmış bir ekip, ipin birlikte son örgüsüne katılacak. Kablonun, Pasifik'in ortasındaki ekvator boyunca Jarvis, Baker veya Howland Adaları üzerinde bir yerde jeosenkon şeklinde yerleştirilmiş asteroitten birbirine dokunmaya başlayacağını varsayıyorum.

Bunları ABD toprakları ve ıssız oldukları için seçtim. ve oldukça iyi potansiyel uzay portları yapıyor gibi görünüyor. Özel girişim onu ​​inşa edecekse, felaketlerden ve onarımlardan kaçınmak için hava sahalarının dünyanın en güçlü ordusu tarafından korunmasını isteyeceklerini varsayıyorum. Dolayısıyla bu adalar.

Soru, atmosferdeki ipin yerçekimi onu yere doğru çekmesiyle yanar mı?

Ayrıca bir balona ihtiyaç olacağını varsayıyorum çünkü bir roket azalan ipi yakalamak için çalışmak için hızla ilerliyor olacak ve ekibin Utah'daki kıtalararası demiryolunun birleşmesine benzer bir şekilde son parçaları bir araya getirme üzerinde çalışması için nispeten istikrarlı bir platforma ihtiyacınız olacak.

Mümkün olabilir, ancak bir yörüngeye ulaşmak istiyorsanız pek yardımcı olmaz . Bu, enerji bütçesi dikkate alındığında kolayca görülür. Ortalama rakımda Dünya yörüngesinde dönen bir uydu için spesifik yörünge enerjisi (yörünge yarı büyük eksen eksi Dünya yarıçapı kesin olmak üzere) Dünya yüzeyinin $ H $ üzerinde $$ E_ {sat} = - \ frac {GM} {2 (R + H) } \ yaklaşık - \ frac {GM} {2R} + \ frac {gH} {2} $$, Dünya kütlesi ve yarıçapı sırasıyla $ M $ ve $ R $ ve $ g = GM / R ^ 2 $ olarak olağan. $ H $ yüksekliğinde bir balonun ulaştığı özgül enerji $$ E_ {bal} = - \ frac {GM} {R + h} \ yaklaşık - \ frac {GM} {R} + gh $$ şeklindedir (küçük Dünya'nın dönüşünden kaynaklanan etki, yani bir kutupta fırlatıldığı varsayıldığında). Bu nedenle, $ h $ yüksekliğinden bir roket fırlatırken, $$ \ Delta E = E_ {sat} -E_ {bal} \ yaklaşık \ frac {GM} {2R} + g (H / 2-h) $$ Dolayısıyla, $ h $ 'ı $ h = 0 $' dan (sıfır rakımda başlatma) artırarak $ GM / 2R $ ana katkısına yardımcı olmaz.