¿Se puede diseñar una aeronave para alcanzar la velocidad orbital dentro de la atmósfera sin quemarse?

Answer 1

Posiblemente, pero no prácticamente. La viabilidad de dicho avión dependería de muchos factores, incluida la altitud a la que voló, la duración requerida del vuelo, los requisitos de carga útil y muchos otros.

Claramente, tenemos materiales que pueden soportar, al menos por un período de tiempo, el calentamiento relacionado con el vuelo de Mach 25 a través de los alcances superiores de la atmósfera. Es más difícil decir cuánto tiempo se podría esperar que tales materiales brinden protección si se exponen a esas cargas térmicas durante períodos de tiempo más largos de lo que representaba el reingreso de Shuttle.

Además, tenemos sistemas de propulsión capaces de acelerar los vehículos a la velocidad orbital, aunque gran parte de la velocidad se alcanza fuera del grueso de la atmósfera. Es al menos concebible que uno pueda emplear la fuerza bruta suficiente para pasar a altas velocidades de Mach de un solo dígito; el X-15 logró Mach 6.7 usando potencia de cohete y gran altitud. Esto puede representar el mayor obstáculo. El desafío es superar las diversas formas de arrastre, que aumentan con el cuadrado de la velocidad. Dado que, en términos generales, la resistencia es mayor a bajas altitudes y altas velocidades, es difícil hacer que algo vaya muy rápido a baja altitud (alta densidad).

Answer 2

En la atmósfera inferior, no.

A nivel del mar, la velocidad orbital sería de aproximadamente 7.9 kilómetros por segundo (17,700 millas por hora o Mach 23.2). Las naves espaciales que vuelven a entrar purgan la mayor parte de su velocidad orbital en la atmósfera superior, y aún pueden alcanzar hasta unos 3000 ° C, dependiendo de la altura de la órbita desde la que vuelven a entrar. En la atmósfera inferior, el aire es mucho más denso, lo que significa que el calentamiento por compresión sería mucho más intenso que en el borde de la atmósfera. Cualquier vehículo que intente alcanzar velocidades orbitales en la atmósfera baja sería destruido por el calor.

En la atmósfera superior … tal vez.

Uno de los santos griales de la exploración espacial es un avión espacial de etapa única a órbita (SSTO). Un avión espacial SSTO despegaría horizontalmente, como un avión, luego usaría alas y motores a reacción para alcanzar una alta velocidad en la atmósfera superior. A medida que el oxígeno se vuelve demasiado delgado para que funcionen los motores a reacción, el vehículo cambiará a motores de cohetes para el resto del viaje en órbita.

Este vehículo alcanzaría velocidades casi orbitales mientras aún se encuentra en la atmósfera superior, luego circularizaría su órbita en el vacío cercano del espacio exterior. Dado que la velocidad del vehículo a través del aire superior es relativamente lenta, evita la mayor parte del calentamiento por compresión.

Todavía no tenemos un avión espacial SSTO que funcione, aunque la gente está trabajando en el problema. Aunque los costos de ingeniería son altos, un SSTO reutilizable sería un gran beneficio a largo plazo, ya que no tendríamos que construir un nuevo cohete desde cero para cada misión espacial.

Answer 3

Comencemos con la superficie de la tierra (nivel medio del mar).

En la superficie de la Tierra, la velocidad de escape es de aproximadamente 11.2 km / s, (7 millas por segundo, o casi 25,000 millas por hora), que es aproximadamente 33 veces la velocidad del sonido (Mach 33) y varias veces la velocidad del hocico. una bala de rifle (hasta 1,7 km / s).

La velocidad de órbita ( velocidad tangencial) en la superficie de la Tierra (ecuador) al nivel medio del mar sería de 7.9 km / s (28,440 km / ho 17,672 mph).

Velocidad orbital – Wikipedia

Ningún material conocido por el hombre o Dios puede soportar el calentamiento aerodinámico y las cargas aerodinámicas de arrastre causadas por el vuelo a esa velocidad en la atmósfera inferior.

Sin embargo, a 9,000 km de altitud en “espacio”, es un poco menos de 7.1 km / s.

Aquí, no solo es mucho más lento, sino que también debe enfrentar un calentamiento aerodinámico significativamente menor.

Un buen ejemplo de la diferencia entre la velocidad orbital y la velocidad de escape es cuando Apolo fue a la luna.

Primero, el cohete Saturno V impulsó a los astronautas a una órbita cercana a la Tierra que requería una velocidad de aproximadamente 18,000 mph. Luego, una vez que todo se verificó, volvieron a encender la tercera etapa del Saturno V para ganar velocidad para salir de la órbita de la Tierra y dirigirse hacia la Luna. Esto requirió una velocidad más alta de aproximadamente 25,000 mph.

Al llegar a la Luna, dispararían el motor de la nave espacial para ‘reducir la velocidad’ para orbitar la Luna. Sin esta maniobra de ‘frenado’, tendrían demasiada velocidad y serían girados alrededor de la Luna y arrojados de regreso a la Tierra (demasiado rápido para la órbita).

Al abandonar la órbita lunar, tuvieron que encender nuevamente el motor de su nave espacial para ganar velocidad y salir de su órbita lunar (escapar de la gravedad de la Luna) para regresar a la Tierra.

El transbordador espacial solía hacer lo que estás hablando. ¿Fue un avión?

La nave espacial de Virgin Galactic Dos hace eso. ¿Es un avión? SpaceShipTwo es llevado a su altitud de lanzamiento por un Scaled Composites White Knight Two, antes de ser lanzado para volar a la atmósfera superior impulsado por su motor de cohete.

White Knight Two es definitivamente un avión.

Muchas respuestas relacionadas aquí:

¿Por qué un avión no puede volar en el espacio, mientras que un cohete puede?

Answer 4

El transbordador espacial era un avión. Podría alcanzar la velocidad orbital en la atmósfera y no quemarse.

Necesitaba refuerzos externos y un gran depósito de combustible descartable para hacerlo. Sin embargo, tenía sus propios motores de cohete, simplemente ya no necesitaba el tanque de combustible una vez que el combustible se agotó.

Answer 5

Una velocidad ‘orbital’ es de 17,000 mph. Ese tipo de velocidad es difícil de lograr por cualquier nave que respire aire. Incluso a un cohete le resultaría difícil volar a esas velocidades en la atmósfera.

Answer 6

No.

Podría alcanzar la velocidad oribital, pero eso sería MÁS DE 17,000 millas / hora. En la actualidad no tenemos materiales que puedan sobrevivir.