Космический запуск

Эта статья требует дополнительных ссылок для проверки . Пожалуйста, помогите улучшить эту статью , добавив цитаты из надежных источников . Материал, не полученный от источника, может быть оспорен и удален.
Поиск источников: «Космический запуск» - новости · газеты · книги · ученый · JSTOR ( декабрь 2009 г. ) ( Узнайте, как и когда удалить этот шаблон сообщения )

SpaceX Crew Dragon

Космический полет
Часть серии по

История
Космическая гонка Хронология космического полета Космические зонды Лунные миссии
Приложения
Спутники наблюдения Земли Спутники-шпионы Спутники связи Военный спутник Спутниковая навигация Космические телескопы Исследование космоса Космический туризм Колонизация космоса
Космический корабль
Роботизированный космический корабль спутник Космический зонд Грузовой космический корабль Полет человека в космос Космическая капсула Космическая станция Космоплан
Космический запуск
Космодром Стартовая площадка Одноразовые и многоразовые ракеты-носители Скорость убегания Нераакетный запуск в космос
Типы космических полетов
Суборбитальный Орбитальный Межпланетный Межзвездный Межгалактический
Космические агентства
КАК CSA CNSA ЕКА CNES DLR ISRO ЭТО ЭТО КАК И Я НАДА КАРИ JAXA NZSA Роскосмос СГАУ UKSA НАСА
Космические силы
ПЛАССФ AAE IRGCASF ВКС USSF
Космические команды
НОРАД CDE DSA СБ НАТО КВ UKSC USSPACECOM
Частный космический полет
Аксиома Пространство ARCAspace Астра Bigelow Aerospace Голубое происхождение Копенгаген суборбитали Northrop Grumman Perigee Aerospace Ракетная лаборатория Корпорация Сьерра Невада SpaceX Virgin Galactic XCOR Aerospace
Портал космических полетов
v т е

Космический запуск - это самая ранняя часть полета, которая достигает космоса . Космический запуск включает в себя отрыв , когда ракета или другая космическая ракета-носитель покидает землю, плавучее судно или летательный аппарат в начале полета. Взлет бывает двух основных типов: запуск ракеты (текущий традиционный метод) и запуск неракетного космического корабля (где используются другие формы движения, включая воздушно-реактивные двигатели или другие виды).

Проблемы с достижением пробела [ править ]

Определение космического пространства [ править ]

SpaceShipOne совершил первый частный космический полет человека в 2004 году, достигнув высоты 100,12 км (62,21 мили). ^[1]

Нет четкой границы между атмосферой Земли и космосом, поскольку плотность атмосферы постепенно уменьшается с увеличением высоты. Есть несколько стандартных обозначений границ, а именно:

Международной Авиационной Федерации установила линию Кармана на высоте 100 км (62 миль) в качестве рабочего определения для границы между аэронавтики и астронавтики. Это используется потому, что на высоте около 100 км (62 мили), как подсчитал Теодор фон Карман , транспортное средство должно было бы двигаться быстрее, чем орбитальная скорость, чтобы получить достаточную аэродинамическую подъемную силу из атмосферы, чтобы поддерживать себя. ^[2]^[3]
В Соединенных Штатах астронавтами назначаются люди, которые путешествуют на высоте более 50 миль (80 км) . ^[4]
Космический шаттл НАСА использовал высоту 400000 футов (122 км, 76 миль) в качестве высоты входа (так называемый интерфейс входа), что примерно отмечает границу, где становится заметным атмосферное сопротивление , тем самым начиная процесс переключения с управления с помощью двигателей на подруливающие устройства. маневрирование с аэродинамическими рулями. ^[5]

В 2009 году ученые сообщили о подробных измерениях с помощью Supra-Thermal Ion Imager (прибор, который измеряет направление и скорость ионов), который позволил им установить границу на высоте 118 км (73,3 мили) над Землей. Граница представляет собой середину постепенного перехода на протяжении десятков километров от относительно слабых ветров земной атмосферы к более сильным потокам заряженных частиц в космосе, которые могут достигать скорости более 268 м / с (600 миль в час). ^[6]^[7]

Энергия [ править ]

Следовательно, по определению для совершения космического полета необходима достаточная высота. Это означает, что необходимо преодолеть минимальную потенциальную гравитационную энергию : для линии Кармана это примерно 1 МДж / кг. W = mgh, m = 1 кг, g = 9,82 м / с ² , h = 10 ⁵ м. W = 1 * 9,82 * 10 ⁵ ≈10 ⁶ Дж / кг = 1 МДж / кг

На практике требуется более высокая энергия, чем указанная, из-за потерь, таких как аэродинамическое сопротивление, тяговая эффективность, эффективность цикла используемых двигателей и сопротивление силы тяжести .

В последние пятьдесят лет космический полет обычно означал пребывание в космосе в течение определенного периода времени, а не подъем и немедленное падение на Землю. Это влечет за собой орбиту, которая в основном зависит от скорости, а не от высоты, хотя это не означает, что трение в воздухе и соответствующие высоты по отношению к этому, и орбиту не нужно принимать во внимание. На гораздо более высоких высотах, чем многие орбитальные орбиты, поддерживаемые спутниками, высота начинает становиться все большим и большим фактором, а скорость все меньше. На более низких высотах из-за высокой скорости, необходимой для того, чтобы оставаться на орбите, трение в воздухе является очень важным фактором, влияющим на спутники, гораздо больше, чем в популярном изображении космоса. Даже на более низких высотах воздушные шары, не имея прямой скорости, могут выполнять многие роли, которые играют спутники.

G-силы [ править ]

Многие грузы, особенно люди, имеют ограничивающую перегрузку, по которой они могут выжить. Для человека это около 3-6 г. Некоторые пусковые установки, такие как гранатометы, дают ускорение в сотни или тысячи g и поэтому совершенно непригодны.

Надежность [ править ]

Пусковые установки различаются по надежности выполнения миссии.

Безопасность [ править ]

Безопасность - это вероятность причинения травм или гибели людей. Ненадежные пусковые установки не обязательно небезопасны, тогда как надежные пусковые установки обычно, но не всегда, безопасны.

Помимо катастрофического отказа самой ракеты-носителя, к другим угрозам безопасности относятся разгерметизация и радиационные пояса Ван Аллена, которые исключают орбиты, которые проводят в них длительное время.

Оптимизация траектории [ править ]

Оптимизация траектории - это процесс разработки траектории, которая минимизирует (или максимизирует) некоторую производительность при удовлетворении набора ограничений. Вообще говоря, оптимизация траектории - это метод вычисления решения без обратной связи для задачи оптимального управления . ^[8] Он часто используется для систем, где вычисление полного решения с обратной связью не требуется, непрактично или невозможно. Если задача оптимизации траектории может быть решена при скорости , заданной обратной величине константы Липшица , ^[9] , то он может быть использован для создания итеративно раствора с замкнутым контуром в смысле Каратеодори. Если для задачи с бесконечным горизонтом выполняется только первый шаг траектории, то это называется модельным прогнозным управлением (MPC) .

Хотя идея оптимизации траектории существует уже сотни лет ( вариационное исчисление , проблема брахистохрона ), она стала практичной для реальных задач только с появлением компьютеров. Многие из первоначальных приложений оптимизации траектории находились в аэрокосмической промышленности, вычисляя траектории запуска ракет. В последнее время оптимизация траектории также использовалась в широком спектре промышленных процессов и робототехники. ^[10]

Выбросы углерода [ править ]

Многие ракеты используют ископаемое топливо. Например, ракета SpaceX Falcon Heavy сжигает 400 метрических тонн керосина и выделяет больше углекислого газа за несколько минут, чем средний автомобиль за более чем два столетия. Поскольку ожидается, что в ближайшие годы количество запусков ракет значительно увеличится, эффект, который запуск на орбиту окажет на Землю, будет намного хуже. ^{[ Нейтральность является спорной ]} Некоторые производители ракет (т.е. Orbex , ArianeGroup ) используют различные виды топлива запуска (например, био-пропан, метан , полученного из биомассы, ...). ^[11] Blue OriginBE-3 использует жидкий водород / жидкий кислород, а BE-7 использует водород и кислород в цикле сгорания с двумя детандерами.

Продолжительный космический полет [ править ]

Суборбитальный запуск [ править ]

Суборбитальный космический полет - это любой космический запуск, который достигает космоса, не совершая полного оборота вокруг планеты, и требует максимальной скорости около 1 км / с только для достижения космоса и до 7 км / с на больших расстояниях, таких как межконтинентальный космический полет. Примером суборбитального полета может быть баллистическая ракета, или будущий туристический полет, такой как Virgin Galactic , или межконтинентальный транспортный полет, такой как SpaceLiner . Любой запуск в космос без поправки на оптимизацию орбиты для достижения стабильной орбиты приведет к суборбитальному космическому полету, если не будет достаточной тяги для полного выхода с орбиты. (См. Космическая пушка # Выход на орбиту )

Орбитальный запуск [ править ]

Кроме того, если требуется орбита, то необходимо генерировать гораздо большее количество энергии, чтобы дать кораблю некоторую боковую скорость. Скорость, которая должна быть достигнута, зависит от высоты орбиты - на большой высоте требуется меньшая скорость. Однако, если учесть дополнительную потенциальную энергию пребывания на больших высотах, в целом используется больше энергии для достижения более высоких орбит, чем для более низких.

Скорость, необходимая для поддержания орбиты у поверхности Земли, соответствует боковой скорости около 7,8 км / с (17 400 миль в час), энергии около 30 МДж / кг. Это в несколько раз больше энергии на килограмм практических смесей ракетного топлива .

Получение кинетической энергии затруднительно, поскольку аэродракт имеет тенденцию замедлять космический корабль, поэтому космические корабли с ракетными двигателями обычно летят по компромиссной траектории, которая очень рано покидает самую толстую часть атмосферы, а затем летит, например, на переходную орбиту Хомана, чтобы достичь конкретная требуемая орбита. Это сводит к минимуму аэродинамическое сопротивление, а также сводит к минимуму время, которое автомобиль тратит на удержание. Airdrag представляет собой серьезную проблему практически для всех предлагаемых и текущих систем запуска, хотя обычно это не так, как сложность получения достаточной кинетической энергии, чтобы просто достичь орбиты.

Скорость побега [ править ]

Если необходимо полностью преодолеть гравитацию Земли, космический корабль должен получить достаточно энергии, чтобы превысить глубину ямы потенциальной энергии гравитации. Как только это произойдет, при условии, что энергия не будет потеряна неконсервативным образом, транспортное средство выйдет из-под влияния Земли. Глубина потенциальной ямы зависит от положения транспортного средства, а энергия зависит от скорости транспортного средства. Если кинетическая энергия превышает потенциальную энергию, происходит утечка. На поверхности Земли это происходит на скорости 11,2 км / с (25 000 миль в час), но на практике требуется гораздо более высокая скорость из-за аэродинамического сопротивления.

Типы космических запусков [ править ]

Запуск ракеты [ править ]

Ракеты большего размера обычно запускаются со стартовой площадки, которая обеспечивает стабильную поддержку в течение нескольких секунд после зажигания. Благодаря высокой скорости истечения - от 2500 до 4500 м / с (от 9000 до 16 200 км / ч; от 5600 до 10 100 миль в час) - ракеты особенно полезны, когда требуются очень высокие скорости, такие как орбитальная скорость примерно 7800 м / с (28000 км / ч; 17000 миль / ч). Космические аппараты, выведенные на орбитальные траектории, становятся искусственными спутниками , которые используются во многих коммерческих целях. Действительно, ракеты остаются единственным способом вывода космических аппаратов на орбиту и дальше. ^[12] Они также используются для быстрого ускорения космических аппаратов, когда они меняют орбиту или сходят с орбиты для посадки.. Также ракета может использоваться для смягчения жесткого приземления с парашютом непосредственно перед приземлением (см. Ретророзетку ).

Нераакетный запуск [ править ]

Нераакетный запуск в космос относится к концепциям запуска в космос, где большая часть скорости и высоты, необходимых для достижения орбиты, обеспечивается двигательной техникой, которая не подчиняется ограничениям уравнения ракеты . ^[13] Был предложен ряд альтернатив ракетам. ^[14] В некоторых системах, таких как комбинация система запуска, Skyhook , ракетные сани запуск , Rockoon или запуск воздуха , часть от общего дельта-V может быть предусмотрено, прямо или косвенно, с помощью ракетных двигателей.

Сегодняшние затраты на запуск очень высоки - от 2500 до 25000 долларов за килограмм с Земли на низкую околоземную орбиту (НОО). В результате затраты на запуск составляют большой процент от стоимости всех космических усилий. Если запуск можно удешевить, общая стоимость космических полетов снизится. Из-за экспоненциального характера уравнения ракеты, обеспечение даже небольшой скорости на НОО другими способами может значительно снизить стоимость выхода на орбиту.

Стоимость запуска в сотни долларов за килограмм сделает возможными многие предлагаемые крупномасштабные космические проекты, такие как колонизация космоса , космическая солнечная энергия ^[15] и терраформирование Марса . ^[16]

Ссылки [ править ]

^ Майкл Корен (14 июля 2004 г.), «Частный корабль взлетает в космос, история» , CNN.com , архивировано 2 апреля 2015 г.
Перейти ↑ O'Leary 2009 , p. 84.
^ «Где начинается космос? - Аэрокосмическая техника, авиационные новости, зарплата, рабочие места и музеи» . Аэрокосмическая техника, Авиационные новости, Заработная плата, Работа и музеи . Архивировано 17 ноября 2015 года . Проверено 10 ноября 2015 .
^ Вонг и Фергюссон 2010 , стр. 16.
^ Петти, Джон Ир (13 февраля 2003), "Вступление" , пилотируемый , NASA, архивируются с оригинала на 27 октября 2011 года , восстановлены 2011-12-16 .
^ Томпсон, Andrea (9 апреля 2009), Грань пространства Найдена , space.com, архивируется с оригинала на 14 июля 2009 года , восстановлена 2009-06-19 .
^ Sangalli, L .; и другие. (2009), «Ракетные измерения скорости ионов, нейтрального ветра и электрического поля в столкновительной переходной области авроральной ионосферы», Журнал геофизических исследований , 114 (A4): A04306, Bibcode : 2009JGRA..114.4306S , DOI : 10.1029 / 2008JA013757 .
^ Росс, И. М. Букварь по принципу Понтрягина в оптимальном управлении , Collegiate Publishers, Сан-Франциско, 2009.
^ Росс, И. Майкл; Сехават, Пуйя; Флеминг, Эндрю; Гун, Ци (март 2008 г.). «Оптимальное управление с обратной связью: основы, примеры и экспериментальные результаты для нового подхода» . Журнал наведения, управления и динамики . 31 (2): 307–321. Bibcode : 2008JGCD ... 31..307R . DOI : 10.2514 / 1.29532 . ISSN 0731-5090 .
^ Ци Гун; Вэй Канг; Бедросян Н.С. Fahroo, F .; Пуйя Сехават; Боллино, К. (декабрь 2007 г.). «Псевдоспектральное оптимальное управление для военных и промышленных приложений» . 2007 46-я конференция IEEE по решениям и контролю : 4128–4142. DOI : 10.1109 / CDC.2007.4435052 . ISBN 978-1-4244-1497-0. S2CID 2935682 .
^ Сможем ли мы попасть в космос, не нанеся вреда Земле огромными выбросами углерода
^ «Космический полет сейчас - расписание запусков по всему миру» . Spaceflightnow.com. Архивировано из оригинала на 2013-09-11 . Проверено 10 декабря 2012 .
^ "Нет ракет? Нет проблем!" . Популярная механика . 2010-10-05 . Проверено 23 января 2017 .
↑ Георгий Дворский (30 декабря 2014 г.). «Как человечество покорит космос без ракет» . io9 .
^ «Свежий взгляд на космическую солнечную энергию: новые архитектуры, концепции и технологии. Джон К. Мэнкинс. Международная астронавтическая федерация IAF-97-R.2.03. 12 страниц» (PDF) . Архивировано из оригинального (PDF) 26.10.2017 . Проверено 28 апреля 2012 .
↑ Роберт М. Зубрин («Пионер космонавтики»); Кристофер П. Маккей. Исследовательский центр НАСА Эймса (ок. 1993 г.). «Технологические требования для терраформирования Марса» .

Внешние ссылки [ править ]

http://www.spacelaunchreport.com/ Периодический дайджест новостей о запусках космических объектов во всем мире.
ПОСЛЕДНИЕ ЗАПУСКИ СПУТНИКОВ с http://www.n2yo.com/
Space Review - это онлайн-издание, посвященное подробным статьям, комментариям и обзорам, касающимся всех аспектов исследования космоса.

[Outer_space_cnn_spaceshipone-1] Майкл Корен (14 июля 2004 г.), «Частный корабль взлетает в космос, история» , CNN.com , архивировано 2 апреля 2015 г.

[FOOTNOTEO'Leary200984-2] Перейти ↑ O'Leary 2009 , p. 84.

[Outer_space_space_begin-3] «Где начинается космос? - Аэрокосмическая техника, авиационные новости, зарплата, рабочие места и музеи» . Аэрокосмическая техника, Авиационные новости, Заработная плата, Работа и музеи . Архивировано 17 ноября 2015 года . Проверено 10 ноября 2015 .

[FOOTNOTEWongFergusson201016-4] Вонг и Фергюссон 2010 , стр. 16.

[Outer_space_petty20030213-5] Петти, Джон Ир (13 февраля 2003), "Вступление" , пилотируемый , NASA, архивируются с оригинала на 27 октября 2011 года , восстановлены 2011-12-16 .

[Outer_space_thompton20090409-6] Томпсон, Andrea (9 апреля 2009), Грань пространства Найдена , space.com, архивируется с оригинала на 14 июля 2009 года , восстановлена 2009-06-19 .

[Outer_space_jgr114-7] Sangalli, L .; и другие. (2009), «Ракетные измерения скорости ионов, нейтрального ветра и электрического поля в столкновительной переходной области авроральной ионосферы», Журнал геофизических исследований , 114 (A4): A04306, Bibcode : 2009JGRA..114.4306S , DOI : 10.1029 / 2008JA013757 .

[Trajectory_optimization_Ross-8] Росс, И. М. Букварь по принципу Понтрягина в оптимальном управлении , Collegiate Publishers, Сан-Франциско, 2009.

[9] Росс, И. Майкл; Сехават, Пуйя; Флеминг, Эндрю; Гун, Ци (март 2008 г.). «Оптимальное управление с обратной связью: основы, примеры и экспериментальные результаты для нового подхода» . Журнал наведения, управления и динамики . 31 (2): 307–321. Bibcode : 2008JGCD ... 31..307R . DOI : 10.2514 / 1.29532 . ISSN 0731-5090 .

[10] Ци Гун; Вэй Канг; Бедросян Н.С. Fahroo, F .; Пуйя Сехават; Боллино, К. (декабрь 2007 г.). «Псевдоспектральное оптимальное управление для военных и промышленных приложений» . 2007 46-я конференция IEEE по решениям и контролю : 4128–4142. DOI : 10.1109 / CDC.2007.4435052 . ISBN 978-1-4244-1497-0. S2CID 2935682 .

[11] Сможем ли мы попасть в космос, не нанеся вреда Земле огромными выбросами углерода

[12] «Космический полет сейчас - расписание запусков по всему миру» . Spaceflightnow.com. Архивировано из оригинала на 2013-09-11 . Проверено 10 декабря 2012 .

[13] "Нет ракет? Нет проблем!" . Популярная механика . 2010-10-05 . Проверено 23 января 2017 .

[14] Георгий Дворский (30 декабря 2014 г.). «Как человечество покорит космос без ракет» . io9 .

[15] «Свежий взгляд на космическую солнечную энергию: новые архитектуры, концепции и технологии. Джон К. Мэнкинс. Международная астронавтическая федерация IAF-97-R.2.03. 12 страниц» (PDF) . Архивировано из оригинального (PDF) 26.10.2017 . Проверено 28 апреля 2012 .

[Non-rocket_spacelaunch_Requirements-16] Роберт М. Зубрин («Пионер космонавтики»); Кристофер П. Маккей. Исследовательский центр НАСА Эймса (ок. 1993 г.). «Технологические требования для терраформирования Марса» .