Космічний запуск — це найперша частина польоту, яка досягає космосу. Космічний запуск передбачає зліт, коли ракета чи інша космічна ракета-носій відривається від землі, плавучого корабля чи літального апарату на початку польоту. Підйом буває двох основних типів: запуск ракети (сучасний звичайний метод) і неракетний космічний запуск (де використовуються інші форми руху, включаючи повітряні реактивні двигуни чи інші види).
Проблеми з досягненням до космосу
Визначення космічного простору
Між атмосферою Землі та космосом немає чіткої межі, оскільки щільність атмосфери поступово зменшується зі збільшенням висоти. Існує кілька стандартних позначень меж, а саме:
- Fédération Aéronautique Internationale встановила лінію Кармана на висоті 100 кілометрів, як робоче визначення межі між аеронавтикою та космонавтикою. Це використовується тому, що на висоті близько 100 кілометрів, як підрахував Теодор фон Карман, транспортний засіб мав би рухатися швидше, ніж орбітальна швидкість, щоб отримати достатню аеродинамічну підйомну силу від атмосфери, щоб підтримувати себе.
- Сполучені Штати позначають людей, які подорожують на висоті понад 80 кілометрів, астронавтами.
- Космічний човник НАСА використовував 400 000 футів, або 120 кілометрів, як висоту входу в атмосферу (так званий інтерфейс входу), який приблизно позначає межу, де атмосферний опір стає помітним, таким чином починаючи процес перемикання від керування двигунами до маневрування за допомогою аеродинамічних рулів.
У 2009 році вчені повідомили про детальні вимірювання за допомогою Supra-Thermal Ion Imager (прилад, який вимірює напрямок і швидкість іонів), що дозволило їм встановити межу на висоті 118 кілометрів, над Землею. Кордон являє собою середину поступового переходу протягом десятків кілометрів від відносно м’яких вітрів земної атмосфери до більш бурхливих потоків заряджених частинок у космосі, які можуть досягати швидкості понад 268 м/с.
Енергія
Тому, за визначенням, для здійснення космічного польоту необхідна достатня висота. Це означає, що необхідно подолати мінімальну гравітаційну потенційну енергію: для лінії Кармана це приблизно 1 МДж/кг. W=mgh, m=1 кг, g=9,82 м/с2, h=105м. W=1*9,82*105≈106Дж/кг=1 МДж/кг
На практиці потрібна більша енергія, ніж ця, через втрати, такі як опор повітря, пропульсивна ефективність, циклічна ефективність двигунів, які використовуються, і гравітаційний опір.
За останні п'ятдесят років космічний політ зазвичай означав залишатися в космосі протягом певного періоду часу, а не підніматися вгору і негайно падати назад на землю. Це передбачає орбіту, яка здебільшого залежить від швидкості, а не висоти, хоча це не означає, що тертя повітря та відповідні висоти по відношенню до цього й орбіти не потрібно брати до уваги. На набагато більших висотах, ніж на багатьох орбітальних висотах, підтримуваних супутниками, висота починає ставати все більшим фактором, а швидкість — меншим. На менших висотах через високу швидкість, необхідну для перебування на орбіті, тертя повітря є дуже важливим фактором, який впливає на супутники, набагато більше, ніж у популярному уявленні про космос. На ще менших висотах повітряні кулі без швидкості руху можуть виконувати багато ролей, які виконують супутники.
Сила-G,
Багато вантажів, особливо люди, мають обмежувальну силу перевантаження, яку вони можуть витримати. Для людини це приблизно 3-6 г. Деякі пускові установки, такі як гарматні пускові установки, давали б прискорення в сотні або тисячі g і, отже, абсолютно непридатні.
Надійність
Пускові установки різняться залежно від їх надійності для досягнення місії.
Безпека
Безпека - це ймовірність заподіяння травми або втрати життя. Ненадійні пускові установки не обов’язково є небезпечними, тоді як надійні пускові установки зазвичай, але не завжди безпечні.
Оптимізація траєкторії
Оптимізація траєкторії — це процес проектування траєкторії, який мінімізує (або максимізує) деяку міру продуктивності, задовольняючи набір обмежень. Взагалі кажучи, оптимізація траєкторії — це техніка для обчислення розв’язання задачі оптимального керування без циклу. Він часто використовується для систем, де обчислення повного замкнутого циклу не вимагається, є непрактичним або неможливим. Якщо задачу оптимізації траєкторії можна розв’язати зі швидкістю, оберненою константою Ліпшица, то її можна використовувати ітеративно для створення замкнутого розв’язку в розумінні Каратеодорі. Якщо для задачі нескінченного горизонту виконується лише перший крок траєкторії, це називається моделлю прогнозованого керування (MPC).
Хоча ідея оптимізації траєкторії існує вже сотні років (варіаційне числення, проблема брахістохрони), вона стала практичною для реальних проблем лише з появою комп’ютера. Багато з початкових застосувань оптимізації траєкторії були в аерокосмічній промисловості, обчислення траєкторій запуску ракет і ракет. Зовсім недавно оптимізацію траєкторії також використовували в широкому спектрі промислових процесів і робототехніки.
Викиди вуглецю
Багато ракет використовують викопне паливо. Наприклад, ракета SpaceX Falcon Heavy спалює 400 метричних тонн гасу та викидає більше вуглекислого газу за кілька хвилин, ніж середній автомобіль за понад два століття. Оскільки очікується, що в найближчі роки кількість запусків ракет значно зросте, очікується, що вплив виведення на орбіту на Землю стане набагато гіршим. [нейтральність спірна] Деякі виробники ракет (наприклад, Orbex, ArianeGroup) використовують інші способи запуску. види палива (наприклад, біопропан, метан, отриманий з біомаси).
Стійкий космічний політ
Суборбітальний запуск
Суборбітальний космічний політ — це будь-який космічний запуск, який досягає космосу, не здійснюючи повного оберту навколо планети, і вимагає максимальної швидкості близько 1 км/с лише для досягнення космосу та до 7 км/с для більшої відстані, наприклад міжконтинентальний космічний політ. Прикладом суборбітального польоту може бути балістична ракета, або майбутній туристичний політ, такий як Virgin Galactic, або міжконтинентальний транспортний політ, як SpaceLiner. Будь-який космічний запуск без корекції оптимізації орбіти для досягнення стабільної орбіти призведе до суборбітального космічного польоту, якщо немає достатньої тяги, щоб повністю покинути орбіту.
Орбітальний запуск
Крім того, якщо необхідна орбіта, тоді має бути згенерована набагато більша кількість енергії, щоб надати кораблю певної бокової швидкості. Швидкість, якої необхідно досягти, залежить від висоти орбіти – на великій висоті потрібна менша швидкість. Однак, враховуючи додаткову потенційну енергію перебування на більших висотах, загалом більше енергії використовується для досягнення вищих орбіт, ніж нижчих.
Швидкість, необхідна для підтримки орбіти біля поверхні Землі, відповідає бічній швидкості приблизно 7,8 км/с (17400 миль/год), енергії приблизно 30 МДж/кг. Це в кілька разів перевищує енергію на кг практичних сумішей ракетного палива.
Отримати кінетичну енергію незручно, оскільки повітряний опор має тенденцію сповільнювати космічний корабель, тому космічні кораблі з ракетними двигунами зазвичай літають за компромісною траєкторією, яка залишає найтовщу частину атмосфери дуже рано, а потім летять, наприклад, на орбіту пересадки Гомана, щоб досягти необхідна конкретна орбіта. Це мінімізує опір повітря, а також мінімізує час, який транспортний засіб витрачає на самостійне підняття. Airdrag є значною проблемою практично для всіх запропонованих і поточних систем запуску, хоча зазвичай вона менша, ніж труднощі з отриманням достатньої кінетичної енергії для того, щоб взагалі вийти на орбіту.
Швидкість евакуації
Щоб повністю подолати земне тяжіння, космічний корабель повинен отримати достатню кількість енергії, щоб перевищити глибину гравітаційної свердловини потенційної енергії. Як тільки це станеться, за умови, що енергія не втрачається будь-яким неконсервативним способом, транспортний засіб вийде з-під впливу Землі. Глибина потенційної ями залежить від положення транспортного засобу, а енергія залежить від швидкості транспортного засобу. Якщо кінетична енергія перевищує потенційну, то відбувається втеча. На поверхні Землі це відбувається зі швидкістю 11,2 км/с (25 000 миль/год), але на практиці потрібна набагато вища швидкість через повітряний опір.
Види космічних запусків
Ракетний запуск
Ракети більшого розміру зазвичай запускаються зі стартового майданчика, який забезпечує стабільну підтримку протягом кількох секунд після запалювання. Завдяки високій швидкості вихлопу — від 2500 до 4500 м/с (9000—16200 км/год; 5600—10100 миль/год) — ракети особливо корисні, коли потрібні дуже високі швидкості, наприклад орбітальна швидкість приблизно 7800 м/с (28 000) км/год; 17 000 миль/год). Космічні кораблі, виведені на орбітальні траєкторії, стають штучними супутниками, які використовуються в багатьох комерційних цілях. Дійсно, ракети залишаються єдиним способом виведення космічних кораблів на орбіту та за її межі. Вони також використовуються для швидкого прискорення космічних кораблів, коли вони змінюють орбіту або знімаються з орбіти для посадки. Крім того, ракета може бути використана для пом'якшення жорсткого приземлення з парашутом безпосередньо перед приземленням.
Неракетний запуск
Неракетний космічний запуск відноситься до концепцій запуску в космос, де більша частина швидкості та висоти, необхідних для досягнення орбіти, забезпечується силовою технікою, яка не підпадає під обмеження ракетного рівняння. Було запропоновано ряд альтернатив ракетам. У деяких системах, таких як система комбінованого запуску, скайхук, ракетний запуск на санках, рокун або повітряний запуск, частина загального дельта-v може бути забезпечена, прямо чи опосередковано, за допомогою ракетної тяги.
Сучасні витрати на запуск дуже високі – від 2500 до 25 000 доларів за кілограм із Землі на низьку навколоземну орбіту (НОО). У результаті витрати на запуск становлять великий відсоток від вартості всіх космічних починань. Якщо запуск вдасться зробити дешевшим, загальна вартість космічних місій буде зменшена. Через експоненціальну природу ракетного рівняння надання навіть невеликої швидкості LEO іншими способами має потенціал для значного зниження вартості виходу на орбіту.
Вартість запуску в сотні доларів за кілограм уможливить багато пропонованих великомасштабних космічних проектів, таких як колонізація космосу, космічна сонячна енергія і тераформування Марса.
Примітки
- Edge of Space Found. Процитовано 2 серпня 2008.
{{}}
:|archive-date=
вимагає|archive-url=
() - Can we get to space without damaging the Earth through huge carbon emissions
- No Rockets, No Problem
- How Humanity Will Conquer Space Without Rockets
- Technological Requirements for Terraforming Mars
Вікіпедія, Українська, Україна, книга, книги, бібліотека, стаття, читати, завантажити, безкоштовно, безкоштовно завантажити, mp3, відео, mp4, 3gp, jpg, jpeg, gif, png, малюнок, музика, пісня, фільм, книга, гра, ігри, мобільний, телефон, android, ios, apple, мобільний телефон, samsung, iphone, xiomi, xiaomi, redmi, honor, oppo, nokia, sonya, mi, ПК, web, Інтернет
Kosmichnij zapusk ce najpersha chastina polotu yaka dosyagaye kosmosu Kosmichnij zapusk peredbachaye zlit koli raketa chi insha kosmichna raketa nosij vidrivayetsya vid zemli plavuchogo korablya chi litalnogo aparatu na pochatku polotu Pidjom buvaye dvoh osnovnih tipiv zapusk raketi suchasnij zvichajnij metod i neraketnij kosmichnij zapusk de vikoristovuyutsya inshi formi ruhu vklyuchayuchi povitryani reaktivni dviguni chi inshi vidi SpaceX Crew Dragon Problemi z dosyagnennyam do kosmosuViznachennya kosmichnogo prostoru Mizh atmosferoyu Zemli ta kosmosom nemaye chitkoyi mezhi oskilki shilnist atmosferi postupovo zmenshuyetsya zi zbilshennyam visoti Isnuye kilka standartnih poznachen mezh a same Federation Aeronautique Internationale vstanovila liniyu Karmana na visoti 100 kilometriv yak roboche viznachennya mezhi mizh aeronavtikoyu ta kosmonavtikoyu Ce vikoristovuyetsya tomu sho na visoti blizko 100 kilometriv yak pidrahuvav Teodor fon Karman transportnij zasib mav bi ruhatisya shvidshe nizh orbitalna shvidkist shob otrimati dostatnyu aerodinamichnu pidjomnu silu vid atmosferi shob pidtrimuvati sebe Spolucheni Shtati poznachayut lyudej yaki podorozhuyut na visoti ponad 80 kilometriv astronavtami Kosmichnij chovnik NASA vikoristovuvav 400 000 futiv abo 120 kilometriv yak visotu vhodu v atmosferu tak zvanij interfejs vhodu yakij priblizno poznachaye mezhu de atmosfernij opir staye pomitnim takim chinom pochinayuchi proces peremikannya vid keruvannya dvigunami do manevruvannya za dopomogoyu aerodinamichnih ruliv U 2009 roci vcheni povidomili pro detalni vimiryuvannya za dopomogoyu Supra Thermal Ion Imager prilad yakij vimiryuye napryamok i shvidkist ioniv sho dozvolilo yim vstanoviti mezhu na visoti 118 kilometriv nad Zemleyu Kordon yavlyaye soboyu seredinu postupovogo perehodu protyagom desyatkiv kilometriv vid vidnosno m yakih vitriv zemnoyi atmosferi do bilsh burhlivih potokiv zaryadzhenih chastinok u kosmosi yaki mozhut dosyagati shvidkosti ponad 268 m s Energiya Tomu za viznachennyam dlya zdijsnennya kosmichnogo polotu neobhidna dostatnya visota Ce oznachaye sho neobhidno podolati minimalnu gravitacijnu potencijnu energiyu dlya liniyi Karmana ce priblizno 1 MDzh kg W mgh m 1 kg g 9 82 m s2 h 105m W 1 9 82 105 106Dzh kg 1 MDzh kg Na praktici potribna bilsha energiya nizh cya cherez vtrati taki yak opor povitrya propulsivna efektivnist ciklichna efektivnist dviguniv yaki vikoristovuyutsya i gravitacijnij opir Za ostanni p yatdesyat rokiv kosmichnij polit zazvichaj oznachav zalishatisya v kosmosi protyagom pevnogo periodu chasu a ne pidnimatisya vgoru i negajno padati nazad na zemlyu Ce peredbachaye orbitu yaka zdebilshogo zalezhit vid shvidkosti a ne visoti hocha ce ne oznachaye sho tertya povitrya ta vidpovidni visoti po vidnoshennyu do cogo j orbiti ne potribno brati do uvagi Na nabagato bilshih visotah nizh na bagatoh orbitalnih visotah pidtrimuvanih suputnikami visota pochinaye stavati vse bilshim faktorom a shvidkist menshim Na menshih visotah cherez visoku shvidkist neobhidnu dlya perebuvannya na orbiti tertya povitrya ye duzhe vazhlivim faktorom yakij vplivaye na suputniki nabagato bilshe nizh u populyarnomu uyavlenni pro kosmos Na she menshih visotah povitryani kuli bez shvidkosti ruhu mozhut vikonuvati bagato rolej yaki vikonuyut suputniki Sila G Bagato vantazhiv osoblivo lyudi mayut obmezhuvalnu silu perevantazhennya yaku voni mozhut vitrimati Dlya lyudini ce priblizno 3 6 g Deyaki puskovi ustanovki taki yak garmatni puskovi ustanovki davali b priskorennya v sotni abo tisyachi g i otzhe absolyutno nepridatni Nadijnist Puskovi ustanovki riznyatsya zalezhno vid yih nadijnosti dlya dosyagnennya misiyi Bezpeka Bezpeka ce jmovirnist zapodiyannya travmi abo vtrati zhittya Nenadijni puskovi ustanovki ne obov yazkovo ye nebezpechnimi todi yak nadijni puskovi ustanovki zazvichaj ale ne zavzhdi bezpechni Optimizaciya trayektoriyi Optimizaciya trayektoriyi ce proces proektuvannya trayektoriyi yakij minimizuye abo maksimizuye deyaku miru produktivnosti zadovolnyayuchi nabir obmezhen Vzagali kazhuchi optimizaciya trayektoriyi ce tehnika dlya obchislennya rozv yazannya zadachi optimalnogo keruvannya bez ciklu Vin chasto vikoristovuyetsya dlya sistem de obchislennya povnogo zamknutogo ciklu ne vimagayetsya ye nepraktichnim abo nemozhlivim Yaksho zadachu optimizaciyi trayektoriyi mozhna rozv yazati zi shvidkistyu obernenoyu konstantoyu Lipshica to yiyi mozhna vikoristovuvati iterativno dlya stvorennya zamknutogo rozv yazku v rozuminni Karateodori Yaksho dlya zadachi neskinchennogo gorizontu vikonuyetsya lishe pershij krok trayektoriyi ce nazivayetsya modellyu prognozovanogo keruvannya MPC Hocha ideya optimizaciyi trayektoriyi isnuye vzhe sotni rokiv variacijne chislennya problema brahistohroni vona stala praktichnoyu dlya realnih problem lishe z poyavoyu komp yutera Bagato z pochatkovih zastosuvan optimizaciyi trayektoriyi buli v aerokosmichnij promislovosti obchislennya trayektorij zapusku raket i raket Zovsim nedavno optimizaciyu trayektoriyi takozh vikoristovuvali v shirokomu spektri promislovih procesiv i robototehniki Vikidi vuglecyu Bagato raket vikoristovuyut vikopne palivo Napriklad raketa SpaceX Falcon Heavy spalyuye 400 metrichnih tonn gasu ta vikidaye bilshe vuglekislogo gazu za kilka hvilin nizh serednij avtomobil za ponad dva stolittya Oskilki ochikuyetsya sho v najblizhchi roki kilkist zapuskiv raket znachno zroste ochikuyetsya sho vpliv vivedennya na orbitu na Zemlyu stane nabagato girshim nejtralnist spirna Deyaki virobniki raket napriklad Orbex ArianeGroup vikoristovuyut inshi sposobi zapusku vidi paliva napriklad biopropan metan otrimanij z biomasi Stijkij kosmichnij politSuborbitalnij zapusk Suborbitalnij kosmichnij polit ce bud yakij kosmichnij zapusk yakij dosyagaye kosmosu ne zdijsnyuyuchi povnogo obertu navkolo planeti i vimagaye maksimalnoyi shvidkosti blizko 1 km s lishe dlya dosyagnennya kosmosu ta do 7 km s dlya bilshoyi vidstani napriklad mizhkontinentalnij kosmichnij polit Prikladom suborbitalnogo polotu mozhe buti balistichna raketa abo majbutnij turistichnij polit takij yak Virgin Galactic abo mizhkontinentalnij transportnij polit yak SpaceLiner Bud yakij kosmichnij zapusk bez korekciyi optimizaciyi orbiti dlya dosyagnennya stabilnoyi orbiti prizvede do suborbitalnogo kosmichnogo polotu yaksho nemaye dostatnoyi tyagi shob povnistyu pokinuti orbitu Orbitalnij zapusk Krim togo yaksho neobhidna orbita todi maye buti zgenerovana nabagato bilsha kilkist energiyi shob nadati korablyu pevnoyi bokovoyi shvidkosti Shvidkist yakoyi neobhidno dosyagti zalezhit vid visoti orbiti na velikij visoti potribna mensha shvidkist Odnak vrahovuyuchi dodatkovu potencijnu energiyu perebuvannya na bilshih visotah zagalom bilshe energiyi vikoristovuyetsya dlya dosyagnennya vishih orbit nizh nizhchih Shvidkist neobhidna dlya pidtrimki orbiti bilya poverhni Zemli vidpovidaye bichnij shvidkosti priblizno 7 8 km s 17400 mil god energiyi priblizno 30 MDzh kg Ce v kilka raziv perevishuye energiyu na kg praktichnih sumishej raketnogo paliva Otrimati kinetichnu energiyu nezruchno oskilki povitryanij opor maye tendenciyu spovilnyuvati kosmichnij korabel tomu kosmichni korabli z raketnimi dvigunami zazvichaj litayut za kompromisnoyu trayektoriyeyu yaka zalishaye najtovshu chastinu atmosferi duzhe rano a potim letyat napriklad na orbitu peresadki Gomana shob dosyagti neobhidna konkretna orbita Ce minimizuye opir povitrya a takozh minimizuye chas yakij transportnij zasib vitrachaye na samostijne pidnyattya Airdrag ye znachnoyu problemoyu praktichno dlya vsih zaproponovanih i potochnih sistem zapusku hocha zazvichaj vona mensha nizh trudnoshi z otrimannyam dostatnoyi kinetichnoyi energiyi dlya togo shob vzagali vijti na orbitu Shvidkist evakuaciyi Shob povnistyu podolati zemne tyazhinnya kosmichnij korabel povinen otrimati dostatnyu kilkist energiyi shob perevishiti glibinu gravitacijnoyi sverdlovini potencijnoyi energiyi Yak tilki ce stanetsya za umovi sho energiya ne vtrachayetsya bud yakim nekonservativnim sposobom transportnij zasib vijde z pid vplivu Zemli Glibina potencijnoyi yami zalezhit vid polozhennya transportnogo zasobu a energiya zalezhit vid shvidkosti transportnogo zasobu Yaksho kinetichna energiya perevishuye potencijnu to vidbuvayetsya vtecha Na poverhni Zemli ce vidbuvayetsya zi shvidkistyu 11 2 km s 25 000 mil god ale na praktici potribna nabagato visha shvidkist cherez povitryanij opir Vidi kosmichnih zapuskivRaketnij zapusk Raketi bilshogo rozmiru zazvichaj zapuskayutsya zi startovogo majdanchika yakij zabezpechuye stabilnu pidtrimku protyagom kilkoh sekund pislya zapalyuvannya Zavdyaki visokij shvidkosti vihlopu vid 2500 do 4500 m s 9000 16200 km god 5600 10100 mil god raketi osoblivo korisni koli potribni duzhe visoki shvidkosti napriklad orbitalna shvidkist priblizno 7800 m s 28 000 km god 17 000 mil god Kosmichni korabli vivedeni na orbitalni trayektoriyi stayut shtuchnimi suputnikami yaki vikoristovuyutsya v bagatoh komercijnih cilyah Dijsno raketi zalishayutsya yedinim sposobom vivedennya kosmichnih korabliv na orbitu ta za yiyi mezhi Voni takozh vikoristovuyutsya dlya shvidkogo priskorennya kosmichnih korabliv koli voni zminyuyut orbitu abo znimayutsya z orbiti dlya posadki Krim togo raketa mozhe buti vikoristana dlya pom yakshennya zhorstkogo prizemlennya z parashutom bezposeredno pered prizemlennyam Neraketnij zapusk Neraketnij kosmichnij zapusk vidnositsya do koncepcij zapusku v kosmos de bilsha chastina shvidkosti ta visoti neobhidnih dlya dosyagnennya orbiti zabezpechuyetsya silovoyu tehnikoyu yaka ne pidpadaye pid obmezhennya raketnogo rivnyannya Bulo zaproponovano ryad alternativ raketam U deyakih sistemah takih yak sistema kombinovanogo zapusku skajhuk raketnij zapusk na sankah rokun abo povitryanij zapusk chastina zagalnogo delta v mozhe buti zabezpechena pryamo chi oposeredkovano za dopomogoyu raketnoyi tyagi Suchasni vitrati na zapusk duzhe visoki vid 2500 do 25 000 dolariv za kilogram iz Zemli na nizku navkolozemnu orbitu NOO U rezultati vitrati na zapusk stanovlyat velikij vidsotok vid vartosti vsih kosmichnih pochinan Yaksho zapusk vdastsya zrobiti deshevshim zagalna vartist kosmichnih misij bude zmenshena Cherez eksponencialnu prirodu raketnogo rivnyannya nadannya navit nevelikoyi shvidkosti LEO inshimi sposobami maye potencial dlya znachnogo znizhennya vartosti vihodu na orbitu Vartist zapusku v sotni dolariv za kilogram umozhlivit bagato proponovanih velikomasshtabnih kosmichnih proektiv takih yak kolonizaciya kosmosu kosmichna sonyachna energiya i teraformuvannya Marsa PrimitkiEdge of Space Found Procitovano 2 serpnya 2008 a href wiki D0 A8 D0 B0 D0 B1 D0 BB D0 BE D0 BD Cite web title Shablon Cite web cite web a archive date vimagaye archive url dovidka Can we get to space without damaging the Earth through huge carbon emissions No Rockets No Problem How Humanity Will Conquer Space Without Rockets Technological Requirements for Terraforming Mars