Безракетный космический запуск

Безракетный космический запуск (англ. Non-rocket spacelaunch, NRS) — космический запуск, или способ выведения на орбиту, при котором некоторая или вся необходимая скорость и высота достигается без помощи традиционных ракет, запускаемых с земной поверхности. Предложено множество альтернатив ракетам. В некоторых системах, таких как ракетные салазки и воздушный старт, ракета участвует в достижении орбиты, но включается после достижения некой начальной высоты или скорости другим способом.

В стоимости космических проектов транспортировка на орбиту составляет значительную часть бюджета; если её удастся сделать более эффективной, общая стоимость космического полёта сильно уменьшится. На текущий день стоимость запуска килограмма полезной массы с Земли на низкую опорную орбиту лежит в пределах от 10 до 25 тыс. $^[1], но некоторые страны субсидируют запуски на суммы около 4000 $.

Поскольку теоретически возможная минимальная стоимость энергии меньше на порядок, возможно значительное снижение стоимости. Для обживания космического пространства, то есть исследования и колонизации космоса, требуются намного более дешёвые методы запуска, а также способ предотвращения серьёзного вреда атмосфере со стороны тысяч, а возможно и миллионов запусков. Другой выгодой может быть возросшая безопасность и надёжность запусков, которая, в дополнение к меньшей стоимости, поможет удалять радиоактивные отходы в космос. Поскольку необходимо преодолеть гравитационный барьер Земли, транспортные средства должны использовать неракетные методы создания движущей силы, например, ионный двигатель, которые имеют большую эффективность движущего вещества (удельный импульс) и больший потенциальный максимум скорости, чем обычные ракеты, но сами не могут быть запущены в космос.^[2]

Сравнение безракетных методов запуска

Начальные условия эксплуатации для новых систем

Метод[3]	Год публикации	Оценочная стоимость постройки, млрд. $[4]	Полезная нагрузка кг	Оценочная стоимость вывода на НОО, $/кг[4]	Ёмкость тонн в год	Уровень готовности технологии
Обычная ракета[1]			&0000000000118000.000000118,000	0Ошибка выражения: неопознанный символ пунктуации «[».Ошибка выражения: неопознанный символ пунктуации «[»3 273	&&&&&&&&&&&&0200.&&&&&0200~	&&&&&&&&&&&&&&09.&&&&&09
Космический лифт	2004	&&&&&&&&&&&&&&06.2000006,2-40	&&&&&&&&&&018000.&&&&&018 000+	&&&&&&&&&&&&0220.&&&&&0220-400	&&&&&&&&&&&02000.&&&&&02000	&0000000000000003.0000002-4
Hypersonic Orbital Skyhook[5]	1993	&0000000000000001.000000<1[6]	&&&&&&&&&&&01500.&&&&&01500[7]		&&&&&&&&&&&&&030.&&&&&030[8]	&&&&&&&&&&&&&&02.&&&&&02
Rotovator (англ.)[9]	1977					&&&&&&&&&&&&&&02.&&&&&02
HASTOL[10],[11]	2000		&&&&&&&&&&015000.&&&&&015 000[12]			&&&&&&&&&&&&&&02.&&&&&02
Космический фонтан						&&&&&&&&&&&&&&02.&&&&&02+
Космический мост[13]	1980	&&&&&&&&&&&&&015.&&&&&015		&-1000000000000000.050000<0.05		&&&&&&&&&&&&&&02.&&&&&02
Пусковая петля[14] (малая)	1985	&&&&&&&&&&&&&010.&&&&&010	&&&&&&&&&&&05000.&&&&&05000	&&&&&&&&&&&&0300.&&&&&0300	&&&&&&&&&&040000.&&&&&040 000	&&&&&&&&&&&&&&02.&&&&&02+
Пусковая петля[14] (большая)	1985	&&&&&&&&&&&&&030.&&&&&030	&&&&&&&&&&&05000.&&&&&05000	&&&&&&&&&&&&&&03.&&&&&03	&&&&&&&&06000000.&&&&&06 000 000	&&&&&&&&&&&&&&02.&&&&&02+
KITE Launcher[15]	2005					&&&&&&&&&&&&&&02.&&&&&02
Космический трамвай[16]		&&&&&&&&&&&&&020.&&&&&020[17]	35,000	&&&&&&&&&&&&&043.&&&&&043	&&&&&&&&&0150000.&&&&&0150 000	&&&&&&&&&&&&&0-3.10000002-4
Электромагнитная катапульта						&&&&&&&&&&&&&&04.&&&&&04
en:Ram accelerator	2004			&0000000000000500.000000<500		&&&&&&&&&&&&&&06.&&&&&06[18]
Космическая пушка[19]	1865[20]	0.5	450	500		&&&&&&&&&&&&&&06.&&&&&06
Синглатрон[21]			&&&&&&&&&&&&0100.&&&&&0100			&&&&&&&&&&&&&&02.&&&&&02
Орбитальный самолёт	1992	&&&&&&&&&&&&&010.&&&&&010-15	&&&&&&&&&&012000.&&&&&012 000	&&&&&&&&&&&03000.&&&&&03000		&&&&&&&&&&&&&&07.&&&&&07
Лазерный двигатель						&0000000000000004.000000до 4

Статические структуры

В данном контексте под термином «статические» понимается, что конструктивная часть системы не имеет движущихся частей. Структура как целое, часто находящаяся на орбите, движется на высоких скоростях, но части системы не двигаются относительно других прилежащих частей.

Компрессионные структуры

Компрессионные структуры для безракетного космического запуска — это предложения по использованию длинных и очень крепких структур, подобных антенным мачтам на растяжках или искусственных гор, по которым может быть поднят груз.

Космическая башня

Космическая башня — строение, которое бы достигло внешнего космоса. Чтобы избежать необходимости в транспортном средстве, запускаемом с первой космической скоростью, башня должна возвышаться над границей космоса (выше отметки 100 км — Линия Кармана), но и башня гораздо меньшей высоты могла бы снизить лобовое сопротивление в атмосфере при подъёме. Спутники могут временно вращаться по эллиптическим орбитам, опускающимся до 135 км и ниже, но искажение орбиты, вызывающее вход в плотные слои атмосферы, будет очень быстрым, если только высота позже не будет срочно восстановлена до сотен километров.^[22] Если башня, расположенная на экваторе, будет простираться до геосинхронной орбиты на высоте примерно 36 000 км, объекты, выпущенные на такой высоте, могут затем улететь с минимальными затратами энергии и будут находиться на круговой орбите. Однако, башню такой экстремальной высоты невозможно сделать из материалов, существующих в данный момент на Земле. Кроме того, все более низколетящие спутники рано или поздно столкнутся с такой башней (так как плоскость орбиты любого спутника обязательно проходит через центр Земли и следовательно пересекает плоскость экватора). Набросок структуры, достигающей геосинхронной орбиты, впервые был предложен Константином Циолковским,^[23] который предложил компрессионную структуру, или «Башню Циолковского».

Примечания

1. ↑ ^{1 2} «SpaceCast 2020» Report to the Chief of Staff of the Air Force, 22 Jun 94.
2. ↑ Oleson, S. R., & Sankovic, J. M. Advanced Hall Electric Propulsion for Future In-Space Transportation.(недоступная ссылка — история) Проверено 21 ноября 2007.
3. ↑ Ссылки в этом столбце применимы ко всей строке, если не заменены явно.
4. ↑ ^{1 2} Все денежные значения приведены в долларах, не подверженных инфляции, на основе даты публикации, если не указано иное.
5. ↑ «The Hypersonic Skyhook», Analog Science Fiction/Science Fact, Vol. 113, No. 11, September 1993, pp. 60-70.
6. ↑ Оценки CY2008 из описания образцовой (reference) системы 1993 года.
7. ↑ Требует первой ступени до ~5 км/с.
8. ↑ Будет очень быстро возрастать за счёт эффекта самовытягивания.
9. ↑ «A Non-Synchronous Orbital Skyhook», Hans P. Moravec, Journal of the Astronautical Sciences, Vol. 25, Oct-Dec 1977
10. ↑ Paper, AIAA 00-3615 «Design and Simulation of Tether Facilities for HASTOL Architecture» R. Hoyt, 17-19 Jul 00.
11. ↑ Paper, NIAC 3rd Ann. Mtg, NIAC Subcontract No. 07600-040, «Hypersonic Airplane Space Tether Orbital Launch — HASTOL», John E. Grant, 6 Jun 01.
12. ↑ Требует первой ступени DF-9, предложенной компанией Boeing со скоростью до ~4 км/с.
13. ↑ «Orbital Ring Systems and Jacob’s Ladders — I—III» Note: in 1980s money
14. ↑ ^{1 2} Launch Loop slides for the ISDC2002 conference
15. ↑ Johansen, US Patent #6913224, Method and system for accelerating an object, 5 Jul 05
16. ↑ «The Startram Project»
17. ↑ Основано на образце Gen-1.
18. ↑ http://www.aa.washington.edu/AERP/ramac/otherfacilities.html
19. ↑ «Quicklaunch Inc.»
20. ↑ Роман Жюля Верна «Из пушки на Луну». Ньютоново пушечное ядро в книге 1728 года «A Treatise of the System of the World» было подразумеваемым мысленным экспериментом — Space Guns
21. ↑ «Slingatron, A Mechanical Hypervelocity Mass Accelerator»
22. ↑ Kenneth Gatland. The Illustrated Encyclopedia of Space Technology.
23. ↑ Hirschfeld, Bob Space Elevator Gets Lift. TechTV. G4 Media, Inc. (31 января 2002). — «The concept was first described in 1895 by Russian author K.E. Tsiolkovsky in his "Speculations about Earth and Sky and on Vesta."»  Архивировано из первоисточника 8 июня 2005. Проверено 13 сентября 2007.