אחת הסיבות לכך ששוגרים רקטות גדולות ישירות מעלה היא מבנית. צילינדרים חזקים תחת דחיסה, ערימת צילינדרים זה על גבי זה אומרת שהמשקל סימטרי, אתה צריך פחות משקל מבני כדי להחזיק את הכל. הפעל אותו ישר למעלה ובצע שינויים עדינים בכיוון והכוחות מחולקים באותה מידה דרך המבנה כל הדרך למעלה. הפוך את כל זה על הצד ופתאום אתה צריך הרבה יותר מבנה כדי לתמוך במשקל, להוסיף כנפיים ואתה צריך עוד יותר מבנה כדי להפיץ את העומס האווירודינמי.

אחרת היא שהתנגדות האוויר היא האויב. שיגור לרוחב פירושו שהטיל יצטרך להתגבר על התנגדות האוויר זמן רב יותר. על כוכב לכת חסר אוויר שיגור הצידה עשוי להיות הגיוני יותר, עם אווירה המסלול היעיל ביותר למסלול פירושו להגיע מספיק גבוה כדי לעבור חלק גדול מהאטמוספירה לפני שהיא מתהפכת ומאיצה למהירות מסלולית.

זה עניין של מסלול אופטימלי - תמרון המגרש / סיבוב הכבידה שתלוי במאפייני הרקטה, האטמוספירה, הכבידה וכו '. בפרט, עבור רקטות עם יחס דחף ומשקל ראשוני נמוך , המסלול מתחיל כמעט אנכי; "עיגול" הזווית לאנכית מושלמת מקלה על תשתית משטח השיגור ותהליך ההכנה; "חוסר היעילות" הוא כל כך זעיר שכל חיסכון כאן ייבלע על ידי עלויות של סיבוך התשתית לשיגור אלכסוני.

ומה עם רקטות עם TWR ראשוני גבוה מאוד? ובכן, אלה שקיימים, כמו SS-520-4, משיקים באלכסון או בתצורות "מעניינות" אחרות. אך הם נדירים במיוחד, מסיבות כלכליות פשוטות. "הדלק זול, המנועים יקרים" הוא האמרה הישנה של תעשיית הרקטות. חסכוני יותר להוסיף עוד דלק, ולהגדיל את המסה ההתחלתית, מאשר לנסות לצמצם את הפסדי הכבידה על ידי קיצור הזמן למסלול באמצעות מנועים חזקים יותר. כך שכמעט לכל מערכות המשגר ​​הנפוצות יש TWR התחלתי נמוך - וכתוצאה מכך, מיקום שיגור אנכי.

באשר לכנפיים - כנפיים הגיוניות עד שמאך 2-3 אולי, אחרי כן הם רק מוסיפים משקל וגוררים. . והרקטה חייבת להגיע למאך 21. לא משנה מה תקבל חיסכון מוקדם בטיסה מכונפת, הם יהפכו במהרה לאובדן עצום.

האווירה מתדלדרת באופן אקספוננציאלי כשאתה עולה. משמעות הדבר היא שחלק האטמוספירה הקרוב לאדמה הוא צפוף יותר באופן משמעותי מאשר גבוה יותר. במילים אחרות, התנגדות האוויר גבוהה בהרבה כשאתה קרוב לאדמה.

על מנת למזער את כמות הדלק שאבד להילחם בהתנגדות האוויר, עליך למזער את משך הזמן שאתה מבלה בו החלק הכי עבה באווירה. כל זווית הטיה ראשונית $ \ theta $ מאריכה את משך הזמן שאתה מבלה באטמוספירה התחתונה בכ- גורם של $ \ frac {1} {\ cos \ theta} $ , רק משיקולי גיאומטריה. כפי שניתן היה לצפות, הכיוון המהיר ביותר לעזוב את האטמוספירה התחתונה הוא ישר למעלה.

מלבד התשובות הטובות שכבר קיבלת, שים לב שכדי שרקטה תצא באלכסון אתה צריך את התאוצה אנכית יותר מ- 1 גרם. בשבתאי V, התאוצה הראשונית הייתה בקושי מעבר ל -1 גרם. אם אתה שם את הרקטה בזווית של 45 מעלות, עכשיו אתה צריך 1.41 גרם רק כדי לא ליפול לקרקע.

יש גם סוגיות הנדסיות ענקיות. כשאתה עומד רקטה גדולה אנכית, היא צריכה לתמוך במשקל שלה, ואתה משחרר אותה מיד עם תחילת העלייה. אם הרקטה שלך נמצאת בזווית, אתה צריך להתמודד עם תמיכה במשקל הרקטה לרוחב (השווה את עוצמת הצד של פחית בירה בהשוואה מלמעלה למטה, וזכור שרקטה היא בעצם ערימת טנקים דלק כל אחד עם מנועים בתחתית), בנוסף הרקטה תצטרך להחליק מהתומכות שלה עד שיהיה לה מספיק מהירות. וכזכור, משהו כמו משקולות שבתאי V שלושת אלפים טון בהרמה.

כלכלת דלק

כשאתה אומר משאבים אניח שאתה מתמקד בעיקר בעלויות הדלק, שם אתה יכול לחסוך כסף על ידי ניצול המראה אופקי דמוי מטוס. מתברר שלמטוסים ורקטות עלויות הפעלה כלכליות שונות מאוד. בואו נניח עליו מספרים. לשם פשטות נשקול את SpaceX Falcon 9 ו- Boeing 777 (בפרט 777-200 המשמש למסלולים כמו NYC-London).

מחיר 777-200 עולה כ- $ 300 מיליון דולר ואורך חייו הוא כ- 40,000 מחזורים. כאומדן גס פירוש הדבר שהעלות המופחתת של טיסה מניו יורק ללונדון תהיה בסדר גודל של 7,500 דולר. עלויות הדלק באותה טיסה יהיו בסביבות 30,000 $. מחיפוש בגוגל מהיר נראה שהעלות הכוללת לשעה תהיה בערך $ 30,000 לשעת טיסה, כך שכל עלות הטיסה תהיה צפונית ל- $ 100,000. בלי קשר, קל לראות כי עלות המטוס עצמו היא חלק קטן מהעלות הכוללת של טיסה.

פלקון 9, לעומת זאת, עולה אולי כ- 60 מיליון דולר לבנייה (מספרים מדויקים אינם זמינים אך רוב ההערכות מציבות אותו בטווח זה). נכון לעכשיו שיא השימוש הרב-פעמי יושב על חמש פעמים, אבל יכול להיות קצת נדיב ולהגיד שאפשר לעשות בו שימוש חוזר 10 פעמים בלי שיפוץ. זה נותן לנו עלות לכל טיסה של $ 6,000,000. על פי SpaceX עלות הדלק של טיסה היא 200,000 $. אנו יכולים לראות במהירות כי עלות הרכב היא עלות משמעותית מאוד של טיסה בודדת. SpaceX מעמידה את העלות על 0.4% ולכן נראה שההערכה שלנו ל -0.033 נמצאת במגרש הכדורים. גם אם היינו נדיבים ביותר ונחשבים שהוא יכול לטוס פי 100, זה עדיין אומר שעלות הרכב לטיסה גבוהה משמעותית מעלות הדלק לטיסה, מהפך מוחלט מאופן פעילות חברות התעופה. h1>

אז מה תרוויח בהמראה אופקית בסגנון מטוס? ייתכן שתוכל להפחית את חשבון הדלק הזה מעט, נוכל שוב להיות נדיב ולהגיד שתחסוך $ 100,000 לטיסה. מה הייתם מפסידים? כפי שממחישות התשובות וההערות האחרות: לא מעט. תהיה לך עלייה מאסיבית באתגרים ההנדסיים שאתה צריך לטפל בהם (מה שאומר יותר עלויות פיתוח), אבל חשוב מכך, אתה מציג כל כך הרבה מקומות נוספים לדברים שישתבשו. לא רק שהוא עדיין צריך להופיע כמו שרקטה עושה לאווירה העליונה, אתה צריך שזה יעבוד כמו מטוס באטמוספירה התחתונה. זה יהיה גם צריך לעבור ללא רבב בין פרופילי טיסה אלה.

TLDR: זה לא עובד כי במקרה הטוב אתה חוסך מעט בעלויות הדלק אבל מוסיף בעיות מורכבות ואמינות הנדסית מסיבית.

הערה: המספרים המשמשים הם הערכות גסות מחיפוש מהיר, אך אני מאמין שהם ממחישים את כלכלת הנושא. מקורות מסוימים כוללים:

מה פירוט העלויות בהשקת פלקון 9? https://aviation.stackexchange.com/questions/654/whats-the- עלות טיפוסית-והתפלגותה-לטיסה מסחרית ארוכה https://en.wikipedia.org/wiki/Boeing_777 https: //aviation.stackexchange.com/questions/2263/what-is-the-lifespan-of-commercial-airframes-in-general https://www.spacex.com/reusability-key- הפיכת-אדם-חיים-רב-פלנטרי https://thepointsguy.com/guide/cost-of-fueling-an-airliner/