Поднять ракету с поверхности Терры на циркулярную орбиту требует огромного количества delta V. Если же ваша задача вовлекает орбиту Хохмана, взлёт в большинстве случаев требует столько же delta V, сколько Хохман до точки назначения. Как об этом сказал Хайнлайн:

Из сборника статей Джерри Пурнелла A Step Farther Out by Jerry Pournelle (1979)

"Нет, - сказал Боб. - если вы можете вытащить корабль на орбиту, вы на полпути куда угодно."

Итак, требуется около 7.6 км/с delta V чтобы подняться на циркулярную орбиту. Это жалкие 360 километров или около того от поверхности Терры. Добавьте ещё 7.6 км/с, и вы можете лечь на более-менее удачную траекторию Хохмана до планеты Сатурн. Это на дальнем краю Солнечной системы, средняя дистанция - 1,433,000,000 километров. Надо же, и правда на полпути куда угодно!

Разумеется, как только у вас появятся факельные корабли, можно прекратить эту возню с орбитами Хохмана и перейти на брахистохронные (циклоидные) траектории. Брахистохроны обычно требуют Delta V в сотни раз больше эквивалентной орбиты Хохмана, так что любой корабль, способный на перемещение по циклоидной траектории даже не заметит цену взлёта с планеты.

Но даже в случае с факельными кораблями проблемой остаётся цена подъёма груза на орбиту.

Из рассказа Роберта Хайнлайна Космический Извозчик (1949)

Коммерческая Комиссия установила тариф в тридцать долларов за фунт веса при движении отсюда и до Луны с тремя пересадками. Может ли прямая перевозка быть дешевле? Корабль для прямого взлёта с Земли, безатмосферной посадки на Луне и возвращения с атмосферной посадкой на Землю будет настолько перегружен тяжёлым специальным снаряжением нужным только один раз за весь полёт, что не окупится и при тысяче долларов за фунт веса. Представьте только кошмарное сочетание парома, поезда метро и скоростного лифта. Поэтому "транслунные перевозки" использовала крылатые ракеты, пригодные для их катапультирования с Земли и последующей посадки после возвращения с нашей станции Нью-Йорк верхний. Длинная промежуточная дорога отсюда и до Лунного Терминала на орбите Луны требует комфорта, но не посадочного оборудования. Летучий Голландец и Филип Нолан никогда не совершали посадку, их даже собрали в космосе, и они походили на крылатые ракеты вроде Небесного Призрака и Светлячка не больше, чем вагон похож на парашют.

Корабли третьей стадии полёта - Лунный Нетопырь и Гремлин хороши только в прыжке с Лунного Терминала на Луну - никаких крыльев, коконы противоперегрузочных пассажирских мест и очень точный контроль над мощными двигателями.

Есть и другие способы, кроме ракетных ускорителей и космических шаттлов для доставки груза на орбиту. Например, рельсы с разгонником на какой-нибудь горе, система лазерного запуска, (в книге THE MILLENNIAL PROJECT, Маршалл Сэвэдж назвал её "Бифростский мост", поскольку в каком-то смысле это действительно мост в космос, сделанный из лучей радуги), разгонные петли, космические фонтаны или космический лифт.

Для сравнения, вот массы некоторых простых грузов, пища для размышлений о возможностях систем разгона.

Вот перечень современных тяжёлых ракет:

А вот некоторые предполагаемые решения, о которых мы поведём речь:

Подробности здесь, здесь, и здесь.

Проект Морской Дракон разработал Роберт Труа в 1962 году, как дешёвый способ запуска тяжёлых грузов. Для снижения цены стартовой площадки, запускать предполагалось с моря. Заполнение балластного танка в первой ступени ориентировало притопленную ракету в позиции для запуска. Грузовой отсек второй ступени должен был оказаться на удобном для погрузки уровне над поверхностью моря.

150 метров длины и 23 метра диаметра сделали бы "Морской Дракон" самой большой ракетой из тех, что были когда-либо построены. Для снижения цены самой ракеты основным конструкционным материалом должна была стать 8-мм сталь.

Проект был зарезан руководством НАСА в середине 60-ых из-за уменьшения бюджета.

Энтони Тейт предложил интересное решение проблеме тяжёлого грузовоза. В своём эссе, он говорит, что если мы вырастем и перестанем паниковать от каждого упоминания страшного слова на букву Я, ракета многократного использования на термальном газовом ядерном двигателе закрытого цикла сможет перевозить огромные количества груза на орбиту. Он назвал этот проект "Liberty Ship." Его дизайн включает кластер из семи ядерных двигателей, с тягой в 1,200,000 фунтов (5,340,000 ньютонов) каждый, с термальным выходом примерно в 80 гигаватт. Скорость истечения в 30,000 метров в секунду, удельный импульс 3060 секунд. Соотношение тяги к весу 10. Двигатель с системой безопасности, запасом топлива и всем прочим, весит 120 000 фунтов (54 тонны).

Ракета Сатурн-V как шаблон сборки даёт "либерти" массу в шесть миллионов фунтов (2,700,000 килограммов). Мистер Тэйт рассчитывает на delta V в 15 км/с, так что она будет способна на управляемое снижение и сможет как взлетать, так и садиться. Это вовлекает 2,400,000 фунтов (1,100,000 килограмм) реактивной массы. Если пользоваться жидким водородом, объём реактивной массы составит 15,200 кубометров, поскольку водород отличается малой плотностью. Это 20 метров диаметра и 50 метров высоты. Просто пышечка в сравнении с ракетой Сатурн-V.

Проектная высота 105 метров: 15 метров двигателей, 55 - бак водорода, 5 метров радиационной защиты и жилого пространства, модульный грузовой отсек 30 метров в высоту и 20 метров диаметром (влезет среднее офисное здание).

Сухая масса Сатурна-V 414,000 фунтов (188,000 килограмм).

Либерти обладает семью двигателями по 120,000 фунтов каждый, итого 840,000 фунтов. Мистер Тейт рассчитывает на структурную массу в 760,000 фунтов, так что останется достаточно избыточного запаса прочности. Добавьте 2,400,000 фунтов реакционной массы, и общий вес "Либерти" без полезной нагрузки составит 4,000,000 фунтов.

Поскольку она создавалась масштабированием проекта Сатурн-V, предполагаемая общая масса - 6,000,000 фунтов. Вычитаем 4,000,000 фунтов и получаем Два Миллиона Фунтов полезной нагрузки на низкой земной орбите. Великая галактика, это около 1,000 метрических тонн, в примерно восемь раз больше, чем у Сатурна-V.

Космический Челнок способен дотащить всего лишь 25 тонн до НЗО. "Либерти" способен поднять три МКС на орбиту в один взлёт.

После всего сказанного, стоит помнить, что термальный газовый атомный двигатель закрытого цикла - ужасно сложная инженерная задача, к решению которой мы и близко не подошли. Делать цикл открытым куда проще, но чёрта с два это когда-либо разрешат для ракеты "поверхность-орбита". Разбрасывать радиоактивную плутониевую смерть из двигателей на скорости в пятьдесят километров в секунду? Это не грузовая ракета, это оружие массового уничтожения! Впрочем, посмотрите на проект Nexus.

Есть интересный анализ корабля "либерти" на сайте Next Big Future.

Это из некоторых фрагментарных документов примерно 1964го года, опубликованных в Нежелательном Блоге.

Концепция компании Convair для чисто химической ступени запуска Nexus SSTO со второй ступенью на газовом ядерном термальном двигателе открытого цикла. Предположительно, разработчики считали, что вторая ступень сработает на достаточно большой высоте, чтобы хвост радиоактивных осадков остался на приемлемом расстоянии от земной биосферы.

Всё из тех же документов 1964 года из Нежелательного Блога.

Этот монстр - Uprated GCNR Nexus в три раза больше размером. Документ говорит о доставке 453 тонн груза на лунную орбиту вместо земной. Это примерно 4,600 тонн на низкой земной орбите, с пропорциональным увеличением радиоактивного выхлопа.

Чуть больше 122 метров высотой, диаметр второй ступени 37 метров. Общая взлётная масса 10,900 тонн. Вторая (ядерная) ступень обладает взлётной массой 5,900 тонн для перемещения к лунной орбите. Сухой вес на лунной орбите - 450 тонн. Конфигурация для НЗО будет отличаться.

Химическая ступень обладает общим delta V в 2.4 km/s. Газовые двигатели дают удельный импульс 2,220 секунд. Общее значение delta V для лунной конфигурации - 21.8 км/с.

http://www.youtube.com/v/V1vKMTYa40A
Планетарный Орион - 3,000 тонн груза на НЗО
Супер Орион - 8,000,000 тонн груза на НЗО

Пушка Верна - 280,000 тонн Карл Шрёдер предложил инновационную концепцию. Он опирался на статьи блога The Next Big Future (особенно эту и эту). Помните, что одна из лучших систем по доставке огромного количества груза на орбиту - проект Орион; если не учитывать радиоактивные осадки, электромагнитный импульс и Договор об Ограничении Ядерных Испытаний. Так что мистер Шрёдер предложил подумать о книге Жюля Верна с Земли на Луну, и гигантской пушке "Колумбиада". Вы используете устройство на десять мегатонн глубоко под землёй. Наверху - корабль проекта Орион. Электромагнитное излучение и радиация остаются внизу, в шахте, (как это было при всех исторических тестах). После чего 280,000 ТОНН груза улетают на низкую земную орбиту. Не фунтов. Тонн. Я сказал "улетают", но это больше похоже на "выброшены безжалостным пинком под тысячекратной перегрузкой", так что придётся обойтись без человека на борту (любое живое существо всё равно превратится в тонкий слой кровавого месива). Но 280,000 тонн? Это около тысячи МКС, весь Космический Лифт, (см. ниже), целая Лунная Колония, орбитальная заправочная станция, которая позволит десятикратно удешевить любую будущую миссию, космическая станция размером с ту, что показали в Космической одиссее 2001 , или одна десятая энергетической станции на 1.5 тераватта. Я знаю, что "зелёные" глотку сорвут в криках протеста, но концепция заслуживает внимания.

Из книги Ракетный Корабль Галилей Роберта Хайнлайна (1947). Благодарю Томаса Гэнона за предложенную идею.

"Что не так с этим числом? А, ладно, - сказал Каргрейвз. - Я не пытаюсь умничать. Ошибка едва ли не самая старая, и она всплывает снова и снова, каждый раз, когда кто-то без инженерного образования решает написать историю о будущих космических полётах. В основе - смешение стрельбы из пушек с ракетными технологиями. Если ты хочешь выстрелить в Луну, как это описал Жюль Верн, потребуется скорость в семь миль в секунду на выходе из ствола орудия - или снаряд не долетит. Но ракета может и не торопиться - если у тебя достаточно топлива и энергии, чтобы удерживать её на лету. Разумеется, это вызывет массу проблем с размером полезного груза. Но мы сейчас что-то такое и делаем. Я не понимаю, зачем подвергать себя излишним перегрузкам только ради чуть более скорого прибытия. Луна подождёт. Она уже долго ждёт.

Примечание редактора: Разумеется, причина, по которой "Галилей" мог позволить себе столь неспешный набор скорости, заключается в том, что он был кораблём с факельным двигателем, а потому не испытывал затруднений с соотношением масс.

The DH-1 вымышленный двухступенчатый корабль многократного использования, описанный в книге The Rocket Company (ISBN 1-56347-696-7). Некоторые главы доступны к ознакомлению здесь. Рекомендую эту книгу.

Хотя дизайн выдуман, он действительно сработает. Авторы запатентовали его. Небольшой груз означает, что корабль скорее для "доступа в космос", чем для масштабных грузовых перевозок. Бизнес-план разработчиков предусматривал продажу самих ракет (по привлекательной цене в $250 миллионов) вместо торговли услугами по доставке грузов.

Есть плагин DH-1 к симулятору Orbiter.

Этот сверхтяжёлый корабль появился в произведении Beyond Tomorrow автор - Dandridge Cole (Amherst Press 1965). За взлётом лучше всего следить с соседнего континента, поскольку двигатель выглядит так, словно может случайно сжечь штат Флорида. С погрузкой тоже следует что-то придумать - грузить контейнеры по одному с вертолёта - всё равно, что есть рис палочками по одному зёрнышку.

Мистер Коул предположил, что экономические потребности в такой ракете возникнут в ужасно далёком футуристическом будущем - 1990м году. Взлётная масса 50,000 тонн. При удельном импульсе 3,000 секунд, соотношение топлива к весу - 0.7 и масса груза 60 миллионов фунтов (27,000 тонн). Если ходовую делать слабее, с удельным импульсом 1,500 секунд, соотношение топлива будет 0.5 и масса груза 20 миллионов фунтов (9,000 тонн). Соотношение массы топлива кажется мне абсурдным, что-то надо пересчитать.

Дизайн предусматривает крылья для аэродинамической посадки на землю (Уж что-что, а это должно быть то ещё зрелище). Взлёт и посадка с воды, поскольку никакая взлётно-посадочная полоса не переживёт встречу с таким чудищем.

раздел будет дополнен