Γιατί τα διαστημικά λεωφορεία δεν απογειώνονται όπως τα αεροπλάνα;

Ένα διαστημικό λεωφορείο πρέπει να επιτύχει μια ταχύτητα τόσο μεγάλη ώστε να φέρνει τους ταξιδιώτες αρκετά ψηλά ώστε να απελευθερωθούν από την ισχυρή βαρυτική έλξη της Γης. Αυτή η ταχύτητα είναι γνωστή ως «ταχύτητα διαφυγής». Για τη Γη, η τιμή της ταχύτητας διαφυγής είναι 11,2 χιλιόμετρα ανά δευτερόλεπτο (25.020 mph). Αυτό σημαίνει ότι πρέπει να επιταχύνεις έναν πύραυλο με 11,2 χιλιόμετρα το δευτερόλεπτο για να κάνεις την τροχιά. Επομένως, για να απελευθερωθεί από τη βαρυτική έλξη της Γης, είναι απαραίτητο ένας πύραυλος να επιτύχει μια εξαιρετικά υψηλή ταχύτητα.

Ενώ παρακολουθούσα το βίντεο του διαστημικού λεωφορείου Atlantis που προσγειώθηκε στο Διαστημικό Κέντρο Κένεντι της NASA, μια ερώτηση αναδύθηκε στο μυαλό μου:αν ένα διαστημικό λεωφορείο μπορεί να προσγειωθεί σαν αεροπλάνο, γιατί δεν μπορεί να απογειωθεί σαν ένα, αντί να εκτοξευτεί ευθεία;

Αφήστε τον πύραυλο να εκτοξευθεί!

Μια ‘εκτόξευση πυραύλου », που είναι η φάση απογείωσης κατά την πτήση ενός πυραύλου, απαιτεί πολύ εξοπλισμό υψηλής τεχνολογίας που είναι ειδικά σχεδιασμένος για να διευκολύνει την εκτόξευση του πυραύλου. Αυτό είναι ένα σημαντικό πράγμα για μια εκτόξευση πυραύλων που πρέπει να λάβετε υπόψη, ενώ το άλλο είναι ότι είναι πολύ ακριβό!

Εφόσον η κύρια λειτουργία του μηχανήματος εκτόξευσης φαίνεται να είναι να φέρνει το διαστημικό λεωφορείο στον αέρα, γιατί δεν μπορούν να επιταχυνθούν σε έναν διάδρομο και μετά να απογειωθούν, όπως κάνει ένα αεροπλάνο; Δεν θα ήταν μια πιο βιώσιμη επιλογή να απαλλαγείτε από αυτήν την τεράστια εξέδρα εκτόξευσης και να χρησιμοποιήσετε αντ' αυτού έναν διάδρομο;

Μεταφορά σε τροχιά

Για να απαντήσετε σε αυτήν την ερώτηση, πρέπει πρώτα να κατανοήσετε μερικά άλλα πράγματα που σχετίζονται με την εκτόξευση πυραύλων. Ο κύριος στόχος ενός πυραύλου (ας πούμε, ενός διαστημικού λεωφορείου) μετά την εκτόξευση του είναι να τον «φέρει σε τροχιά». Αυτό σημαίνει ότι ο πύραυλος πρέπει να επιτύχει μια συγκεκριμένη διαδρομή, η οποία σε αυτή την περίπτωση είναι μια τροχιά γύρω από τη Γη.

Γιατί χρειάζεται ένας πύραυλος να μπει σε τροχιά;

Η τροχιά είναι μια κυκλική διαδρομή γύρω από τη Γη όπου ο πύραυλος επιτυγχάνει μια ισορροπία (κάποιων ειδών) μεταξύ της δικής του ταχύτητας (με την οποία περιστρέφεται γύρω από τη Γη) και της βαρυτικής έλξης της Γης. Μόλις ο πύραυλος φτάσει σε τροχιά, η βαρυτική έλξη είναι αρκετά υψηλή ώστε να τον κρατά κλειδωμένο σε μια κυκλική διαδρομή γύρω από τη Γη, αλλά αρκετά χαμηλή ώστε ο πύραυλος να μην χρειάζεται να ξοδεύει πολλά καύσιμα για να μην πέσει πίσω στη Γη.

Πώς ένας πύραυλος φτάνει σε τροχιά;

Βλέπετε, η Γη ασκεί μια βαρυτική δύναμη και τραβάει προς τα κάτω κάθε αντικείμενο που επιχειρεί να την αφήσει ή να ξεφύγει. Επομένως, για να απελευθερωθεί από τη βαρυτική έλξη της Γης, είναι απαραίτητο ένας πύραυλος να επιτύχει μια εξαιρετικά υψηλή ταχύτητα.

Με άλλα λόγια, ένας πύραυλος πρέπει να επιτύχει μια ταχύτητα τόσο μεγάλη ώστε να φέρνει τους ταξιδιώτες αρκετά ψηλά ώστε να απελευθερωθούν από την ισχυρή βαρυτική έλξη της Γης. Αυτή η ταχύτητα είναι γνωστή ως «ταχύτητα διαφυγής». Για τη Γη, η τιμή της ταχύτητας διαφυγής είναι 11,2 χιλιόμετρα ανά δευτερόλεπτο (25.020 mph). Αυτό σημαίνει ότι πρέπει να επιταχύνετε έναν πύραυλο με 11,2 χιλιόμετρα ανά δευτερόλεπτο για να κάνετε την τροχιά.

Πώς ανεβαίνει ένας πύραυλος τόσο γρήγορα μετά την εκτόξευσή του;

Εφόσον έχει διαπιστωθεί ότι ένας πύραυλος πρέπει να είναι αρκετά γρήγορος για να μπει σε τροχιά, πώς του προσδίδουν μια τόσο τεράστια κατακόρυφη ταχύτητα;

Οι κύριοι κινητήρες του διαστημικού λεωφορείου και οι 2 συμπαγείς ενισχυτές παρέχουν την ώθηση που απαιτείται για να αποκτήσετε υψηλή κατακόρυφη ταχύτητα

Η ώθηση που απαιτείται για την εκτόξευση του διαστημικού λεωφορείου παρέχεται από δύο συμπαγείς πυραύλους και τρεις μηχανές διαστημικού λεωφορείου , όλα λειτουργούν κατά την απογείωση. Σύμφωνα με τη NASA, η ώθηση που παρέχεται από τους δύο συμπαγείς ενισχυτές είναι 6,6 εκατομμύρια λίβρες, ενώ οι τρεις κινητήρες του λεωφορείου παρέχουν ώση αξίας σχεδόν 1,2 εκατομμυρίων λιρών. Αυτό σημαίνει ότι η συνολική ώθηση κατά τη διάρκεια μιας εκτόξευσης είναι 7,8 εκατομμύρια λίβρες!

Μόνο μια τόσο δυνατή ώθηση μπορεί ενδεχομένως να εκτοξεύσει ένα λεωφορείο στον αέρα με απίστευτα υψηλή ταχύτητα. Η κατακόρυφη ανάβαση είναι αρχικά αργή. Χρειάζονται 8 δευτερόλεπτα για το λεωφορείο να επιτύχει ταχύτητα 100 mph (161 kmh). Καθώς όμως το καύσιμο ρέει με γρήγορο ρυθμό, το λεωφορείο αναρριχάται γρήγορα και στο τέλος του πρώτου λεπτού της πτήσης, επιτυγχάνει μια εκπληκτική ταχύτητα 1.000 mph (1609 km/h)! (Πηγή)

Γιατί λοιπόν οι πύραυλοι να μην απογειώνονται όπως τα αεροπλάνα;

Τώρα που ξέρετε τα πάντα για την ταχύτητα διαφυγής και τη σημασία του να μπείτε σε τροχιά πολύ γρήγορα, είναι πολύ απλό να καταλάβετε γιατί οι πύραυλοι δεν απογειώνονται όπως τα αεροπλάνα από έναν διάδρομο. Υπάρχουν μερικοί λόγοι πίσω από αυτό, κυρίως ότι ένα αεροπλάνο δεν πηγαίνει πιο γρήγορα από 500-600 mph. Ωστόσο, ως πιλότος ενός διαστημικού λεωφορείου, θέλετε να βγείτε από την ατμόσφαιρα το συντομότερο δυνατό, και για αυτό χρειάζεστε πολύ υψηλή ταχύτητα. Αυτός είναι ο λόγος για τον οποίο οι εκτοξεύσεις διαστημικών λεωφορείων χρησιμοποιούν μεγάλες εξωτερικές δεξαμενές υδρογόνου και ενισχυτές καυσίμου, καθώς θέλουν να επιτύχουν τεράστια ταχύτητα σε λίγα δευτερόλεπτα

Η εξωτερική δεξαμενή που είναι συνδεδεμένη στο διαστημόπλοιο για να τροφοδοτήσει την ανάβασή του μέσω αέρα

Φυσικά, μπορείτε επίσης να ξεφύγετε από την ατμόσφαιρα με χαμηλότερη ταχύτητα και να αφιερώσετε περισσότερο χρόνο κατά την κάθετη ανάβασή σας, αλλά αυτό θα απαιτούσε πολύ καύσιμο – μια απίστευτη ποσότητα, στην πραγματικότητα. Μια τέτοια μέθοδος εκτόξευσης ενός πυραύλου στο διάστημα θα ήταν εξαιρετικά αβίαστη, τόσο τεχνικά όσο και οικονομικά.

Πιθανές παγίδες

Σύμφωνα με τη NASA, το μέσο κόστος εκτόξευσης ενός διαστημικού λεωφορείου είναι περίπου 450 εκατομμύρια δολάρια ανά αποστολή, χρησιμοποιώντας την τρέχουσα τεχνολογία. Αλλά όταν προσθέτετε πρόσθετους ενισχυτές (ή περισσότερα καύσιμα) για να παράσχετε μια σταθερή ώθηση κατά την άνοδό του μέσω αέρα (για μια εκτόξευση τύπου αεροπλάνου), το κόστος της εκτόξευσης θα εκτοξευτεί στα ύψη με την πραγματική έννοια της λέξης.

Επίσης, θα πρέπει να λάβετε υπόψη και άλλες τεχνικές προεκτάσεις. Για παράδειγμα, ένα διαστημικό λεωφορείο ζυγίζει ήδη περισσότερα από 2,04 εκατομμύρια κιλά (4,5 εκατομμύρια λίβρες) τη στιγμή της εκτόξευσης. Έτσι, πόσο περισσότερο καύσιμο θα μπορούσατε να προσθέσετε στο βάρος του χωρίς να αυξήσετε σημαντικά το κόστος της εκτόξευσης;

Τα άκαμπτα φτερά του διαστημικού λεωφορείου δεν προορίζονται να το κάνουν να πετάει σαν αεροπλάνο

Επιπλέον, τα άκαμπτα φτερά ενός διαστημικού λεωφορείου δεν έχουν σχεδιαστεί για να το κάνουν να σηκώνεται όπως ένα αεροπλάνο. Αντίθετα, είναι εκεί για μια σειρά από άλλες λειτουργίες, συμπεριλαμβανομένης της διευκόλυνσης μιας ελεγχόμενης προσέγγισης κατά την επανείσοδο και ούτω καθεξής. (για περισσότερες πληροφορίες σχετικά με τη λειτουργία των φτερών στο διαστημικό λεωφορείο, κάντε κλικ εδώ).

Συνολικά, η εκτόξευση ενός διαστημικού λεωφορείου αναγκάζοντάς το να απογειωθεί από έναν διάδρομο όπως ένα αεροπλάνο δεν είναι μια εντελώς γελοία ιδέα, αλλά οι τεχνικές συνέπειες μιας τέτοιας εκτόξευσης είναι πολύ περίπλοκες και το κόστος που σχετίζεται είναι πολύ, πολύ υψηλότερο από το συμβατική κάθετη εκτόξευση.

Πηγή εικόνας:www.nasa.gov

Ως εκ τούτου, φαίνεται ότι η εικόνα ενός πυραύλου που εκτοξεύεται κάθετα από την εξέδρα εκτόξευσης, αφήνοντας ένα τεράστιο σύννεφο αερίου και καπνού, είναι εδώ για να μείνει.