空母から宇宙船を発射するというアイデアは、宇宙への人類のアクセスを根本的に促進する方法として定期的に提案されています。 ただし、この原則を使用するブースターは1つだけです。 何が有益で、どんな困難が空中開始を生み出すかについて、この投稿。
ちょっとした歴史
ロケット機
空中発射は、戦後、米国で高速および高高度での飛行を研究するために非常にうまく使用されました。 音速が世界で初めて克服されたベルX-1は、B-29爆撃機のサスペンションから始まりました。
決定は非常に論理的でした-ロケットエンジンの使用は燃料の少量の供給を意味し、それは地面からの完全なスタートには十分ではありませんでした。 モデルX-1が開発されました-X-1Aは2つのマッハで国境を越え、高高度（27 kmまで）での航空機の挙動を調査しました。 修正X-1B、C、D、Eがさらなる研究に使用されました。
次の大きな一歩はX-15ロケットでした。 彼はまた、空母-B-52爆撃機から始めました：
強力なエンジンは250キロニュートンの推力（レッドストーンロケットエンジンの推力の71％）を開発し、7000 km / hの速度と80 kmの高度に達することができました。 米国には、宇宙への2つの道があるようです。Mercuryカプセル、RedstoneとAtlasロケットでは高速で汚れ、X-15、X-20およびそれ以降のプロジェクトではより長く、しかしはるかに美しいです。 しかし、「飛行機」プログラムは宇宙飛行の影にあり、成功した目標にもかかわらず、「水銀」-「ジェミニ」-「アポロ」のような輝かしい開発は受けませんでした。
ニール・アームストロング 彼はX-15で飛行しましたが、時間通りにプロジェクトを去りました。
弾道ミサイル
別のアプローチは、空中発射弾道ミサイルの開発でした。 50年代の終わりに、弾道ミサイルが発射の準備に数時間を要したとき、弾道ミサイルは柔軟性と戦闘任務での反応時間で戦略爆撃機に負けました。 爆撃機は敵国の国境近くで何時間も弾幕を張ることができ、指揮後に数十分以内に攻撃することも、すぐに呼び戻すこともできます。 また、弾道ミサイルには迎撃できないという重大な利点がありました。 戦略爆撃機用の弾道ミサイルの開発という2つのシステムの利点を組み合わせるというアイデアが生まれました。 そこで、GAM-87 Skyboltプロジェクトが誕生しました。
最初のテスト打ち上げは1961年に始まり、最初の完全な打ち上げは1962年12月19日に行われました。 しかし、この頃までに、海軍はポラリス潜水艦用の弾道ミサイルで武装しており、これは数か月間水中で「弾幕」になる可能性がありました。 アメリカ空軍は、Skyboltに匹敵する性能のミニッツマン固体燃料ロケットを開発していましたが、ロケットは鉱山にあり、打ち上げの準備ができていて、はるかに便利でした。 プロジェクトは終了しました。
1974年10月24日に、ミニッツマンIIIロケットがC-5トランスポーターの貨物室から実験として投下されました。
テストは成功しましたが、軍はそのようなシステムの必要性を認識せず、プロジェクトは終了しました。
ソビエト「スパイラル」
ソ連には注目すべきプロジェクトが1つありましたが、それは非常に興味深いものでした。
極超音速加速器と軌道航空機のシステムは、滑走路から出発し、最大30 kmの高度と6M（6700 km / h）の速度を得ることが想定されていました。 その後、軌道面は、フッ素/水素燃料ペアのブースターステージと一緒に切り離され、軌道に入るまで自然に加速されました。 このプロジェクトは1964年に開始され、1969年に正式に閉鎖されました（ただし、軌道面は将来の「ブラン」の技術テストとして「地下」でテストされました）。 最も悲しいことは（なぜ-以下で詳しく説明します）、アクセラレータが構築されず、テストされていないことです。
ウェブサイトBuran.ruで詳細を読むことをお勧めします。
モダニティ
現在、1機の空中打ち上げ機、2機の軌道上空中打ち上げ機のプロジェクト、および極超音速エンジンのテスト用モデルがあります。 それらをより詳細に検討しましょう。
PHペガサス
最初の打ち上げ-1990年、合計42回の開始、3回の失敗、2回の部分的な成功（必要な直下の軌道）、443 kgの低軌道への進入。 空母は改造された旅客機L-1011を使用したため。 キャリアからの分離は、高度12キロメートル、速度0.95 M（1000 km / h）以下で行われます。
SpaceShipOne
軌道上空打ち上げ機。 Ansari X-Prizeコンペティションに参加するために開発され、2003年から2004年に17回のフライトを行いました。最後の3回は、高度約100 kmの準軌道宇宙飛行でした。 「今後5年間で約3,000人が宇宙に飛ぶことができる」 という楽観的な約束にもかかわらず、このプロジェクトはX賞を受賞した後実際に停止しました。過去10年間、宇宙旅行者は準軌道軌道に沿って飛行していません。
SpaceShipTwo
軌道上空打ち上げ機。 SpaceShipOneの代わりに10年間開発されました。 現在テスト飛行中、2014年2月の最大到達高度は23 kmです。
X-43、X-51
極超音速エンジンをテストするための無人車両。
X-43は当初、将来の宇宙船X-30の大規模モデルとして開発されました。 3回のフライトを行いました。 2001年6月の最初の計算は、上段の安定化が失われる計算の誤りにより失敗しました。 2番目は2004年3月に成功し、6.83Mの速度が達成されました。 3回目の飛行は2004年11月に行われ、12秒間で9.6Mの速度に達しました。
X-51は、低速（〜5M）であるが、より長いフライト用に設計されています。 彼は4回の飛行を行いました-2010年5月に最初に比較的成功（5Mで300秒のうち200回）、2013年5月に2回失敗、完全に成功（5Mで210秒）。
未実現プロジェクト
未実現のプロジェクトもあります： MAKS 、 HOTOL 、 Burlak 、 Vehra 、 AKS Tupolev-Antonova 、 "Flight" 、 Stratolaunch 、 S3 。
空中発射の収益性の計算
Pegasus LVは、空中発射の収益性の程度を判断する非常に便利な機会を提供してくれます。 実際、ミノタウロスI LVには、3番目と4番目のステージとして2番目と3番目のペガサスステージがあり、同じペイロードを表示しますが、地面から始まります。 質量の比較は、ペガサスに有利であるように見えます-空気発射ロケットの重量は23トン、地上発射-36トンです。 ただし、これらの打上げ機を完全に比較するには、ロケットステージが与える特性速度のマージンを計算する必要があります。 Encyclopedia Astronautica（ Pegasus-XLの データ、Minotaur Iのデータ ）を使用して、同じペイロードのステップの特徴的な速度の予備を計算しました。
ドキュメントの請求書
結果は非常に興味深いものでした。エアスタートにより、特徴的な速度の12.6パーセントが節約されました。 一方で、これは非常に顕著な利点です。 一方、空中発射システムの爆発的な成長を引き起こすことはそれほどありません。
スパイラルとの仮想的な比較に注意してください。 ペガサスがスパイラルアクセラレータ機に搭載されている場合、分離は〜1800 m / sの速度と30 kmの高度で発生し、少なくとも2000 m / sの固有速度を節約します。 同じ原理により、ミノタウロスと比較されます。 利益がどれだけ増えたかに注意してください。 これから、空中発射の利点はキャリアによって最も決定されることになります-分離の速度と高さが大きいほど、利点が高くなります。
空中発射の長所と短所に関する一般的な議論
長所
重力損失の減少 。 初期速度が高いほど、ロケットピッチの初期角度は低くなります。 重力損失はピッチ角関数の積分と見なされます。したがって、水平線へのピッチが小さいほど、損失は小さくなります。
モデルのピッチ角プロット。 湾曲した台形の領域（赤の影付き）は重力損失です。
空力抵抗の低減 。 圧力は、高さとともに指数関数的に減少します。
ペガサスが始まる12 kmの高度では、気圧は海面レベル（約200 mbar）の約5倍です。 高度30 km-すでに100分の1未満（〜10 mbar）。
背圧損失の減少 。 ロケットエンジンは、燃料の膨張と除去を妨げる外部圧力がない真空でより効率的に機能します。 表面の1つのエンジンのIDは真空よりも小さいため、希薄な雰囲気で開始すると背圧損失が減少します。
ジェットエンジンの比衝動は高い 。 酸化剤は周囲の空気から「無料」で摂取されるため、携帯する必要はありません。これは、輸送機によるシステムの特定のインパルスを増加させます。
既存のインフラストラクチャを使用する機能 。 空中発射システムは、発射設備を必要とせずに既存の飛行場を使用できます。 しかし、打ち上げの準備システム（複合施設の設置とテスト、燃料部品貯蔵庫、飛行制御棟）をまだ構築する必要があります。
目的の緯度から開始する機能 。 空母航空機の有効範囲が広い場合は、低緯度から始めて積載量を増やすか、目的の緯度にシフトして軌道の目的の傾斜を作成できます。
短所
スケーラビリティが非常に低い 。 DOEに443 kgを表示するロケットは、快適な23トンの重さがあり、問題なく飛行機に取り付けたり、吊り下げたり、置くことができます。 ただし、軌道に少なくとも2トンを投入するロケットの重量は100-200トンになり、これは既存の航空機の積載量に近いものです。An-124は120トン、An-225-247トンを持ち上げますが、1コピーで、航空機の製造は事実上不可能です。 ボーイング747-8F-140トン、ロッキードC-5-122トン、エアバスA380F-148トン重いミサイルを使用するには、高価で複雑で巨大な（KDPVなど）新しい航空機を開発する必要があります。
液体燃料は、キャリアの改良が必要です 。 低温コンポーネントは、長い離陸および上昇時間で蒸発するため、キャリアにコンポーネントの在庫が必要です。 特に液体水素の場合、非常に活発に蒸発するため、大量の供給が必要になります。
ペイロードおよび打ち上げロケットの構造強度の問題 。 西洋では、軸方向の過負荷のみに耐えるという要件で衛星が開発されることが多く、水平方向の組み立てでさえも（衛星が「横に」ある場合）受け入れられません。 たとえば、Kourou打上げサイトでは、ソユーズ打上げ機がペイロードなしで水平方向に輸送され、発射台に入れられ、そこにペイロードが取り付けられます。 空母機については、離陸でさえ軸方向/横方向の過負荷が発生します。 不安定な雰囲気の中でいわゆる 「空気穴」は複合体をひどく揺さぶることができます。 打上げ機は、燃料補給状態での並行飛行用にも設計されていません。確かに、単一の既存の液体推進打上げ機を単に貨物ハッチに搭載して打ち上げのためにストリームに投げ込むことはできませんでした。 新しいミサイルをより耐久性のあるものにする必要があります-これは過体重であり、有効性を失います。
強力な極超音速エンジンを開発する必要性 。 効率的な媒体は高速媒体であるため、従来のターボジェットはうまく適合しません。 L-1011は、ペガサスの高さの4％と速度の3％しか与えません。 しかし、強力な新しい極超音速エンジンは現代科学の危機にonしており、まだ行われていません。 したがって、それらは高価であり、開発に多くの時間とお金を必要とします。
おわりに
航空宇宙システムは、軌道に商品を配送する非常に効果的な手段となります。 しかし、これらの負荷が小さい場合（進行状況を考慮して予測した場合、おそらく5トン以下）、およびキャリア-極超音速である場合のみ。 24基のエンジンを搭載した双子のAn-225や常識を超える技術の超大勝利のような空飛ぶモンスターを作成する試みは、現在の知識レベルでは行き詰まりです。
ナビゲーション：タグ「スペースへのアクセスを容易にする」の投稿