В фантастических фильмах мы видим, как космические корабли взлетают с любого места на планете. В реальности же они стартуют с космодромов, расположенных только в оптимальных для старта ракет местах. Возможно ли в будущем и в принципе стартовать в космос с любого места, и какая мощность для этого нужна?

#космический корабль
+1
#космос
11.03.2023
41 266
Средний вопрос

Чисто теоретически можно запускать что-нибудь не только «в космос» (то есть, выше 100 километров), но и на орбиту, из любой точки Земли. Но до тех пор, пока человечеству доступны только реактивные двигатели (химические или иные другие), практически это невозможно. И беда не с мощностью — виноваты безопасность, логистика и физика.

Отбросим сразу соображения с пересечением линии Кармана (условная граница между атмосферой и космосом): военные придумали еще 80 лет назад, как поднять несколько центнеров или даже тонну-две выше сотни километров над уровнем моря. Пресловутая «Фау-2» в апогее достигала 176 километров уже в 1944 году. А вот чтобы покинуть гравитационный колодец Земли, необходимо для начала выйти на орбиту вокруг нее (строго говоря, на орбиту выходить необязательно, но вторая космическая скорость все равно выше первой, то есть минимальной для выхода на орбиту).

.Просто для того, чтобы один килограмм оказался на стабильной круговой околоземной орбите высотой 200 километров над уровнем моря, потребуется порядка 30 мегаджоулей. Грубо и округленно — это ровно то количество кинетической энергии, которое имеет килограмм чего угодно, движущийся со скоростью 7800 метров в секунду (E=1/2mv^2). Вдобавок потребуется компенсировать гравитационные потери; они, если говорить совсем упрощенно, по модулю равны потенциальной гравитационной энергии тела (U=mgh). В нашем случае — это еще около 2 мегаджоулей.

Суммарные примерно 32 мегаджоуля — меньше энергии, чем содержится в килограмме керосина. Проблема в том, что нет технологий, позволяющих передать ее мгновенно. Пока такие технологии не появились, приходится довольствоваться химическими ракетами. Которые поднимают не только полезную нагрузку, но и топливо для ее подъема, а также топливо для подъема этого топлива… Неизбежный порочный круг.

Накладываемые этой непростой ситуацией ограничения и диктуют правила расположения космодромов. Рабочее тело реактивных двигателей всегда будет сверхзвуковым, а значит, они будут ужасно шумными. Рядом с жилыми районами ракету не запустишь. Плюс, чтобы хоть немного разорвать вышеописанный порочный круг с топливом, нужны ступени, которые после завершения своей работы будут падать. Или же, в случае нештатной ситуации, вся ракета будет падать целиком. То есть требуются зоны отчуждения площадью во многие сотни квадратных километров. Это, кстати, и при альтернативных технологиях запуска пригодится, техника не может быть идеальной.

Не забываем, что ракету, полезную нагрузку и топливо надо к месту запуска доставить или прямо там произвести. Инфраструктура сама не возникает на ровном месте и стоит дорого, так что в горы или на полюса космодром перенести получится с трудом.

Геометрия нашей планеты помогает запускать ракеты — на экваторе выше всего линейная скорость вращения Земли, почти 464 метра в секунду. А на широте 45 градусов — уже всего 327,7 метра в секунду. Поскольку эта скорость складывается со скоростью ракеты, такая разница очень ощутима. Так, «Союз-2.1б/СТ-Б» на низкую околоземную орбиту может вывести 7,85 тонны с Плесецка (62 градуса северной широты), 8,25 тонны с Байконура (45 градусов) и целых 9,2 тонны с Куру во Французской Гвиане (5 градусов северной широты). Вне зависимости от используемых технологий запуска, эту разницу придется учитывать в любом случае.

Ну и самое главное, что накладывает ограничения — орбитальная механика. Подробнее мы касались этой темы в материале о противоспутниковом оружии. Универсальная «валюта» космонавтики — приращение скорости, она же характеристическая скорость, она же «дельта». Запуск на орбиту в 200 километров потребует десяти километров в секунду, но ее наклонение окажется равным широте космодрома. Для Байконура — это 45,6 градусов. Изменение наклонения — пожалуй, самая затратная процедура для космического аппарата. При запуске с полюса, чтобы перейти в экваториальную плоскость, нужно более 20,5 километра в секунду. От требуемой характеристической скорости напрямую зависит, сколько энергии нужно передать полезной нагрузке (или сжечь топлива).

Комментарии

30 Комментариев

Jora Bayramow
09.07.2023
-
0
+
Если будет создана анти гравитационный космический корабль, то можно будет стартовать с любого места.
zanzibar corp.
21.03.2023
-
1
+
Несколько дней за интерфейсами какой-нибудь веселой ksp - и у вас автоматом отпадут все задаваемые в этом треде вопросы :).
manomax voland
19.03.2023
-
0
+
О чем речь, вы и на луне не были и сонце не знаете что такое, о школьном и научном понимании не расказывайте мне, сами лично не испытали на себе, а теория это лишь теория, а верить на слово никому нельзя.
Николай Ц.
12.03.2023
-
2
+
"Запуск на орбиту в 200 километров потребует десяти километров в секунду, но ее наклонение окажется равным широте космодрома." Василий, :-)) не столь категорично, плиз.) Если ты посмотришь на абсолютно любой запуск, например, с базы космических сил Ванденберг, (она же западный полигон США, пусков оттуда сплошной поток), или с израильского космодрома, ты с удивлением увидишь, что это не так.) ни один пуск с них не даёт наклонения опорной орбиты, равной широте этих космодромов. Ни один-одинëшенек, ни единого исключения. ) И ряд пусков с того же Плесецка опровергнут твоё утверждение.) и с мыса Канаверал тоже. И для Байконура. Наклонение опорной орбиты вовсе не обязано быть равным широте точки старта. Конкретный пример: "Для Байконура — это 45,6 градусов." Совершенно верно.) А наклонение орбиты Юрия Алексеевича Гагарина, запущенного оттуда (напрямую, без изменений орбиты и манёвров, был всего один-единственный виток) составляло 65 градусов. Как же так? )) видимо, что-то надо подправить) 
Николай Ц.
12.03.2023
-
2
+
Если не космический корабль, а груз поменьше, то можно запускать с любой точки Земли, есть сверхлегкие и лёгкие ракеты-носители, запускаемые не только с самолёта, но и с самоходного колёсного шасси. "В реальности же они стартуют с космодромов, расположенных только в оптимальном для старта ракет местах" Совершенно неверное утверждение. Космодромы расположены там, где их можно организовать. С точки зрения энергии старта оптимальные из них только экваториальные и самые северные (на полюсах было бы энергетически ещё лучше, но там нету космодромов). А остальные энергетически не оптимальны. Василий верно обрисовал безопасность, зоны отчуждения, есть еще трассы выведения, измерительные пункты вдоль трасс, и тп инфраструктура.
    Виктор
    12.03.2023
    -
    0
    +
    «(на полюсах было бы энергетически ещё лучше, но там нету космодромов)» так-так, Николай, а по-подробнее можно? Ведь на полюсах вращение планеты не помогает. Или там эффект достигается за счёт строго вертикальной траектории запуска? Какая расчётная получится ПН (из примера с «Союзом»)?
    +
      ещё комментарии
      Николай
      12.03.2023
      -
      2
      +
      Так не всем же пускам должно помогать вращение Земли. Для некоторых, напротив, оно вредит - и его приходится компенсировать: гасить скорость вращения Земли. Обнулять её двигателями ракеты-носителя в процессе выведения на орбиту. Слыхали про полярные орбиты, например? Или, к примеру, солнечно-синхронные? :-)) весьма, весьма популярные орбиты для оптической разведки, радиолокационной, и других важных дел.)Про нагрузку "Союза" - посмотрите его пуски с Плесецка на полярные и солнечно-синхронные орбиты.Если детальнее, про них рассказывал тут, в главе "Солнечно-синхронная — очень популярная орбита" https://naked-science.ru/article/cosmonautics/sverhlegkie-rakety-nositeli-zachem-letyat-kosmicheskie-lastochki
        Виктор
        12.03.2023
        -
        0
        +
        Благодарствую за лекбиз по теме! Ознакомился с материалом: солнечно-, суточно-, гео-синхронные, низкие опорные орбиты. Для точных расчётов, конечно, сейчас моих вычислительных способностей явно недостаточно. Но хотя бы сформировал чёткий понятийный аппарат В-) Сейчас задача минимум: разобрать на уровне физики 9-го класса частный случай доставки ПН на орбиту МКС. В прошлом нашем диалоге Вы упоминули о снижении веса ЛА(КА) при движении с гиперзвуковыми скоростями. На чём основан данный эффект? Дополнительная подъёмная сила, или же за счёт «убегания» самолёта от центра масс Земли?
          Николай
          12.03.2023
          -
          2
          +
          На здоровье. ) вес снижается из-за вращения вокруг Земли и возникающей центробежной силы. С ростом скорости она растёт, вес уменьшается. При вырастании скорости до орбитальной вес уменьшается до нуля.То же происходит и с ракетой при выведении груза на орбиту: с ростом горизонтальной скорости гравитационное ускорение всё больше парируется центробежной силой, при достижении орбитальной скорости парируется полностью, оба ускорения полностью уравниваются.
            Виктор
            12.03.2023
            -
            0
            +
            Суть понятна! Т.е. в общем случае при прочих равных ПН КА с прямоточным дигателем, движущегося +-горизонтально в верхних слоях атмосферы (начиная с 12..15км), по сравнению с условно вертикальной траекторией классического ракетоносителя, будет значительно выше за счёт: 1) подъёмной силы крыла; 2) центробежного ускорения(силы); 3) вычета массы окислителя и сопутствующего оборудования; 4) снижения массы двигателя и, возможно, топлива, т.к. тяга для набора высоты потребуется значительно меньше???
              Николай
              13.03.2023
              -
              1
              +
              Если он движется горизонтально, с чего он будет выше? Это как?) вес будет меньше с ростом горизонтальной скорости. Вот и всё. А вертикальная скорость есть следствие вертикального разгона. И почему обычная ракета-носитель, значительно разгоняющаяся вверх, окажется ниже, а горизонтально летящий аппарат выше неё - это утверждение непонятно. Ракета пройдёт за пару минут все слои атмосферы, где есть ощутимая аэродинамика. И будет подниматься дальше с накопленной скоростью, продолжая увеличивать её с растущим ускорением. А горизонтально летящий аппарат что будет делать? Останется глубоко внизу.
                Виктор
                13.03.2023
                -
                0
                +
                Немного некорректно выразился, извините. Хотел кратко обозначить низкую скороподъёмность ГПЛА относительно классического ракетоносителя. Про быстрый проход плотных слоёв тоже думал. Гипотетически существует некая оптимальная траектория набора высоты (функция), где аэродинамические потери и затраты топлива самые низкие, а быть может и ниже чем у ракеты, стартующей с поверхности по более вертикальному «пути».
                Николай
                13.03.2023
                -
                2
                +
                "а быть может и ниже чем у ракеты, стартующей с поверхности по более вертикальному «пути»." Это вряд ли, ведь аэродинамический путь ГПЛА будет существенно длинее. А так да, траектории выведения конечно оптимизируют по потерям, как аэродинамическим, так и гравитационным.
                Виктор
                13.03.2023
                -
                0
                +
                Да, похоже Вы правы: аэродинамические потери съедят львиную долю топлива ГПЛА даже при самом оптимистичном раскладеХ( Сейчас вот вспоминаю: то ли где-то видел, то ли слышал о разработках «электродинамического обтекателя»: сильное э/м поле в передней части ЛА расщепляет (или откидывает?) молекулы, тем самым создавая зону меньшего сопротивления (разряжения?) + зато в условно горизонтальном (медленный набор высоты, подъёмная сила от крыла и ГПВРД) полёте гравитационные потери должны быть меньшеВ-) P.S. Вообще, конечно, эти прикидки - гадание на кофейной гуще. Так понимаю: все ТТХ действующих, и тем более проектируемых, ГПЛА засекречены, поэтому даже оттолкнуться от каких-то цифр (особенно по ПН) не видется возможнымХ( Ну разве что эта строчка из Вики: «Сторонники ГПВРД утверждают, что уменьшение стартовой массы за счёт топлива составит 30 %, а увеличение за счёт добавления гиперзвукового ПВРД составит 10 %. К сожалению, неопределённость при вычислении любой массы в гипотетическом аппарате так велика, что незначительные изменения в прогнозах эффективности или массы ГПВРД могут перевесить чашу весов доли ПН в одну или другую сторону...»
                Николай
                13.03.2023
                -
                2
                +
                Генератор столь сильного электромагнитного поля и весить будет изрядно, и энергии потреблять, для большой мощности производимой работы. Энергия это снова бортовая масса. Чудес тут вряд ли стоит ожидать. А ГПВРД для высоких значений числа Маха не существуют, гадать о них сегодня лишь толочь воду в ступе. Ничего определённого.
                Николай
                13.03.2023
                -
                2
                +
                " в условно горизонтальном (медленный набор высоты, подъёмная сила от крыла и ГПВРД) полёте гравитационные потери должны быть меньшеВ-)" Наоборот. Гравитацитионные потери растут с длительностью выведения на орбиту.
Фильмы, на то и фильмы, что бы следить за сюжетом. Не забываем, в каком строе общества живëм. Общество ПОТРЕБИТЕЛЕЙ. Фильм - продукт потребления. К научной фантастике продукты не имеют отношения. Замечаем, что в космическом суррогате этого жанра меняются только детали - рубильники и тумблеры, на кнопки и клавиши, далее на сенсорные экраны. Вот с источниками энергии интереснее. Тут прëт откровенная мистика - анаптаниум, вибраниум и прочее. О чëм это говорит? О полном застое в развитии и даже откат назад к шаманам с бубном. Это уже политика! Наука рванëт лишь со сменой общественного строя. Когда поглупевшее население поумнеет, то ему уже не втюхаешь рокочущие в без воздушном пространстве космические крейсеры и дышащих атомным кислородом путешественников в квантовом мире. Логика подсказывает, что источники энергии - ключ к космическим путешествиям в дальний космос. Ну, а практика подсказывает, что с задачами такого порядка может справиться только высоко организованное общество. В противном случае человечество застрянет на Пятнадцатом Айфоне и будет пускать слюни пялясь в "Хабл".
    Питон
    12.03.2023
    -
    1
    +
    Сам то что-то развил? Ты так же пялиться в смартфон.
    Артем
    12.03.2023
    -
    2
    +
    Вы не правы. Нельзя все общество равнять под одну гребёнку. В каждой стране есть одаренные ученые, которые и являются авангардом прогресса. Другой вопрос что прогресс мог двигаться быстрее, если человечество бы тратило больше средств на науку и её популяризацию среди народных масс.
-
0
+
"Проблема в том, что нет технологий, позволяющих передать ее мгновенно. Пока такие технологии не появились, приходится довольствоваться химическими ракетами.." Даже когда эти технологии появятся, мгновенная передача энергии означает что перегрузка будет стремиться к бесконечности... А это не комфортно..
Очень своевременно! УжЕ прилично времени пытаюсь разобраться в основных премудростях вывода в космос (>200км) ПН. «Пока такие технологии не появились, приходится довольствоваться химическими ракетами. Которые поднимают не только полезную нагрузку, но и топливо для ее подъема, а также топливо для подъема этого топлива… Неизбежный порочный круг.» Ещё в 60-х годах прошлого века американский Х-15, сбрасываемый с В-52 на высоте 15км, при включении двигателя всего на 85с, за тем по инерции достигал >100км. Т.е. гипотетически можно увеличить «взлётную» массу к примеру с 16 до 200т, а вместо запаса окислителя применить ГПВРД, гипотетический потолок которого >75км, а далее по инерции далеко за 100км. Оставшуюся часть пройти на ЖРД или путём дополнительного впрыска окислителя в КС прямоточного двигателя. Должно получиться и дешёво (относительно ракетного запуска с пов. земли) и довольно эффективно (если учитывать долю ПН и полную возвращаемость ЛА). «...и целых 9,2 тонны с Куру во Французской Гвиане (5 градусов северной широты). Вне зависимости от используемых технологий запуска, эту разницу придется учитывать в любом случае.» Очень ценная инфо! Сам опасался считать, а здесь всё проверено эмпирически В-) А если условный «Союз» запустить с 0° и высоты в 12...15км, то какая ПН будет?=)
    Лев
    11.03.2023
    -
    1
    +
    Комментарий удален пользователем или модератором...
    +
      ещё комментарии
      Виктор
      11.03.2023
      -
      0
      +
      Да-да, ужЕ в курсе этих ограничений. Во-первых, ГПВРД - довольно свежий фрукт, во многом «закрытый» (для широких масс) и местами неизученный вовсе (или лишь теоретически). Во-вторых, если впрыскивать О² в КС к ещё имеющимуся в верхних слоях атмосферы, то это получится дешевле, чем вести полный объём с «ноль метров над уровнем моря». В-третьих, обратно, гипотетически возможно спускаться со скоростью не сильно превышающей звук («комелем» вперёд с включённым двигателем - потребует доп топлива, конечно); ну или да, заглушка на жаропрочные (и без того) части прямоточного двигателя. На уровне проектов есть комбинированные сверх-гиперзвуковые. Или на край, отстреливающиеся по выполнении задачи, твердотопливные ускорители=)
        Василий
        15.03.2023
        -
        1
        +
        Предлагаю загуглить Skylon Британцы пытаются, но у них не получится. Почему эти все (в том числе об X-15) рассуждения не имеют смысла рассказывать долго, правда. Начинать стоит с формулы Циолковского и азов орбитальной механики. Что X-15, что SpaceShip One/Two -- это суборбитальные полеты, там и близко энергетики для выхода из гравитационного колодца нет
    Аркадий
    12.03.2023
    -
    2
    +
    Суборбитальный Х-15 даже близко не доходил до скоростей орбитального полёта, как и упомянутая в заметке Фау-2, всего 1713 м/с против требуемых 7800 (а энергия, напомню, пропорциональна квадрату скорости). Касательно последнего пункта - высота не так критична, как скорость. В принципе чего-то добьётесь, запуская с летящего вдоль экватора самолёта, но не сказать, чтобы этот результат был каким-то фантастическим, порядка процентов, а вот инженерных проблем при запуске серьёзных нагрузок таким способом заимеете по полной
    +
      ещё комментарии
      Виктор
      12.03.2023
      -
      0
      +
      Ну, инженеры на то мы и инженеры, чтобы иметь проблемы, а не они нас© Вероятно ^2 в скорости у поверхности и ^2 в стратосфере - «две большие разницы», т.к. меньше аэродинамическое сопротивление. Из оф цифр ПН: Байконур(~Восточный) - 8,25т, Куру(~экватор) - 9,2т, ∆=>10℅. По стартовой массе при одинаковой ПН это ~ 30..50т. По самым скромным прикидкам, если запускаем КА на ГПВРД с самолёта: - полностью минус первая ступень (у Союза ~44т); - минус О² и корпус второй ступени (~64+9=73т). Итого 313т стартовой массы минус (73+44)=117т. 313-117=196т - вполне подъёмная задача для аналога Ан-225. Сюда же: технически-устаревшие технологии «Союзов»: ЖРД открытого цикла, запасы H²O² для ТНА и жидкого N² для наддува и.др.. + Самолёт ужЕ обладает начальной скоростью ~1М и набором высоты, а с учётом отстреливыемых ускорителей, эти показатели можно довести и до оптимальных для начала работы непосредственно ГПВРД В-)
        Василий
        15.03.2023
        -
        1
        +
        Самолет в качестве первой ступени не дает выигрыша в энергетике практически никакого (опять же исходя из формулы Циолковского). Он позволяет только добросить ракету до старта с нужной широты и позволяет использовать на ней двигатели с более высотным соплом.

Есть что спросить?

Вы можете получить ответ на вопрос по любой теме от экспертов нашей редакции, хорошо разбирающихся в этой теме.

Задать вопрос

Похожие вопросы

Краткий ответ: Да, можно. Но это очень дорогая, очень опасная и совершенно бессмысленная затея. А если чуть...Читать далее

Сама идея использования зеркал для компенсации недостатка освещенности в населенных пунктах не лишена...Читать далее

Мог ли сбой интернета в России 30 января быть вызван вспышкой на Солнце? Или это балуется Роскомнадзор?
Спрашивает
Roman Markin
#интернет
+4
#космос
#мобильные технологии
#Рунет
#солнечные вспышки
31 января
31 745
Простой вопрос
8

Вчера, 30 января 2024 года, между 18:40 и 22:20 по московскому времени, многие пользователи Рунета не могли...Читать далее

Вряд ли в обозримом будущем астероиды станут выводить на околоземную орбиту. Космические двигатели,...Читать далее

Подтвердить?
Подтвердить?
Причина отклонения
Подтвердить?
Не получилось опубликовать!

Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.

Понятно
Жалоба отправлена

Мы обязательно проверим комментарий и
при необходимости примем меры.

Спасибо
Аккаунт заблокирован!

Из-за нарушений правил сайта на ваш аккаунт были наложены ограничения. Если это ошибка, напишите нам.

Понятно
Что-то пошло не так!

Наши фильтры обнаружили в ваших действиях признаки накрутки. Отдохните немного и вернитесь к нам позже.

Понятно
Лучшие материалы
Войти
Регистрируясь, вы соглашаетесь с правилами использования сайта и даете согласие на обработку персональных данных.
Ваша заявка получена

Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.

Понятно
Ваше сообщение получено

Мы скоро прочитаем его и свяжемся с Вами по указанной почте. Спасибо за интерес к проекту.

Понятно