Yörüngeye iki aşamalı - Two-stage-to-orbit

Bir iki-aşamalı-to-yörünge ( TSTO ) ya da iki aşamalı roket fırlatma aracı iki farklı olan bir uzay aracı olan aşamalar yörünge hız elde etmek için ardışık olarak bir güç sağlamak. Bu arasında olan üç aşamalı-to-yörünge başlatıcısı ve bir hipotetik tek kademeli-için-yörünge (CSTO) başlatıcısı.

Kalkışta ilk aşama aracın hızlandırılmasından sorumludur. Bir noktada ikinci aşama birinci aşamadan ayrılır ve kendi gücüyle yörüngesine devam eder.

Tek aşamalı yörüngeye göre böyle bir sistemin bir avantajı, aracın kuru kütlesinin çoğunun yörüngeye taşınmamasıdır. Bu, yapının ve motor kütlesinin çoğu dışarı atıldığı ve yörüngedeki kütlenin daha büyük bir yüzdesi yük kütlesi olduğu için yörünge hızına ulaşma maliyetini azaltır.

Üç veya daha fazla aşamaya göre bir avantaj, karmaşıklığın azalması ve daha az ayırma olayıdır , bu da maliyeti ve arıza riskini azaltır.

LEO görev profili için GLOW ve Yapısal Katsayı grafiği.
Tek Aşamalı Yörüngeye (SSTO) ve sınırlı aşama İki Aşamalı Yörüngeye (TSTO) araçlar için Yapısal katsayı ve I SP'nin önemi . İtici Isp menzili için Delta v = 9,1 km/s ve yük kütlesi = 4500 kg olan bir LEO görevine dayanmaktadır. GLOW=Brüt Kaldırma Ağırlığı

Örnekler

Bir aracın ne zaman TSTO olduğu, fırlatma sırasında kayışlı güçlendirici roketlerin kullanılması nedeniyle her zaman net değildir . Bunlar uçuşun başlarında düşürülür ve ana motor(lar)ın ateşlemeye devam etmesi halinde ek bir aşama olarak kabul edilebilir veya edilmeyebilir. Bunlar bazen yarım aşama olarak kabul edilir ve örneğin ek güçlendiricilere sahip tek çekirdekli bir aşama olan Atlas füzesi için bir buçuk aşamadan yörüngeye (1.5STO) ifadesine yol açar . Benzer şekilde, ek güçlendiricilere sahip iki aşamalı tasarımlar, örneğin Ariane 5 veya çoğu Atlas V varyantı (401 ve 501 hariç) gibi 2.5 aşamalı roketler olarak adlandırılabilir .

Yeniden kullanılabilir fırlatma sistemleri

Yeniden kullanılabilir bir fırlatma sistemine atıfta bulunularak, bu yaklaşım genellikle tek aşamalı yörüngeye (veya SSTO ) alternatif olarak önerilmektedir . Destekçileri, her aşamanın bir SSTO fırlatma sisteminden daha düşük bir kütle oranına sahip olabileceğinden, böyle bir sistemin yapısal malzemelerinin sınırlarından daha uzağa inşa edilebileceğini savunuyorlar. İki aşamalı bir tasarımın daha az bakım gerektirmesi, daha az test gerektirmesi, daha az arıza yaşaması ve daha uzun çalışma ömrüne sahip olması gerektiği tartışılmaktadır. Buna ek olarak, iki aşamalı yaklaşım, alt aşamanın, basınç ve sürtünmenin yüksek olduğu Dünya'nın alt atmosferinde operasyon için optimize edilmesini sağlarken, üst aşama, dünyanın daha sonraki bölümünün vakuma yakın koşullarında operasyon için optimize edilebilir. başlatmak. Bu, aynı donanımı kullanarak her iki ortamda da çalışması gereken tek kademeli veya bir buçuk kademeli araçlara göre iki kademeli bir aracın yük kütle fraksiyonunda bir artışa izin verir.

Eleştirmenler, etkileşime girmesi gereken iki ayrı aşamayı tasarlamanın artan karmaşıklığının, ilk aşamanın fırlatma sahasına geri döndürülmesiyle ilgili lojistik ve ikinci bir aşamada aşamalı test yapmanın zorluklarının bu faydalardan daha ağır basacağını savunuyorlar. Uçak benzeri alt aşamalar söz konusu olduğunda, aynı zamanda yüksek hızlı uçakların ( SR-71 gibi ) geliştirilmesinin ve işletilmesinin ne kadar zor ve pahalı olduğunu tartışırlar ve performans iddialarını sorgularlar. Nakliye uçaklarını ilk aşama olarak kullanan birçok 'mini mekik' tasarımı , yakıtları için büyük bir harici tank taşımaları gereğinden dolayı Uzay Mekiği gibi buz/köpük ile benzer sorunlarla karşı karşıyadır .

2020 itibariyle SpaceX Sadece ürün sağlayıcısı elde iki aşamalı bir yörünge aracın ilk aşama yeniden kullanımını Falcon 9 ve 2.5 aşamalı Falcon Ağır . Roket Laboratuvarı , Elektron roketinin ilk aşamasını kurtardı , ancak onu tekrar uçurmadı.

Helikopter benzeri ilk aşama

Uçak benzeri operasyonların uçak benzeri bir görünüme dönüşmediği görüşünden hareketle, bazı yeniden kullanılabilir TSTO konseptleri, VTOL veya VTOHL uçağı olarak çalışan ilk aşamalara sahiptir . DC-X VTOL opsiyon tasarım çalışılabilir kanıtlamıştır. DH-1 konsepti gibi diğer tasarımlar bunu bir adım daha ileri götürür ve fırlatma rampasına inmeden önce yörünge aşamasını dünya yüzeyinin yaklaşık 60 km yukarısındaki bir noktaya getiren bir 'açılır/açılır' yaklaşımı kullanır. tekrar. DH-1 söz konusu olduğunda, üst kademe, daha gerçekçi bir kütle oranına sahip ve güvenilirlik için optimize edilmiş, etkin bir şekilde 'neredeyse SSTO'dur.

Uçak benzeri ilk aşama

Bazı TSTO tasarımları, uçak benzeri bir birinci aşama ve roket benzeri bir ikinci aşamadan oluşur. Uçak elemanları kanatlar, hava soluyan motorlar veya her ikisi olabilir. Bu yaklaşım, Dünya'nın atmosferini bir engelden bir avantaja dönüştürdüğü için çekicidir. Belirli bir hız ve irtifanın üzerinde, kanatlar ve scramjet'ler etkisiz hale gelir ve roket yörünge yolculuğunu tamamlamak için açılır.

Saenger (uzay aracı) bu türün ilk kavramları arasındaydı.

Bir yörünge aracı olmasa da , Ansari X Ödülü için geliştirilen başarılı özel SpaceShipOne suborbital uzay aracı , "alt yarısı" olarak kanatlı bir uçakla iki aşamalı bir sistemin uzayın kenarına ulaşabileceğini gösterdi . SpaceShipOne'ın arkasındaki ekip , bu teknolojiye dayalı olarak ticari bir yörünge altı fırlatma sistemi - SpaceShipTwo - inşa etti ve uçurdu .

Pegasus roket roket bileşeni kendisi birden aşamadan oluşmaktadır çünkü uçak başlattı ederken, iki aşamalı-to-yörüngeye sistemi değildir.

Referanslar