Por que os ônibus espaciais não decolam como os aviões?

Enquanto assistia ao vídeo do ônibus espacial Atlantis que desembarcava no Centro Espacial Kennedy da NASA, outro dia, surgiu uma pergunta na minha cabeça: se um ônibus espacial pode aterrissar como um avião, por que não pode decolar como um, em vez de lançar Em linha reta acima?

Um ”lançamento de foguete“, que é a fase de decolagem no vôo de um foguete, requer um monte de equipamentos de alta tecnologia que foi especificamente projetado para facilitar o lançamento do foguete. Isso é uma coisa importante sobre um lançamento de foguete a considerar, enquanto o outro é que é realmente caro!

Uma vez que a função primária do mecanismo de lançamento parece estar a fazer com que o ônibus espacial entre no ar, por que eles não podem ser feitos para acelerar em uma pista e, em seguida, decolar, assim como um avião faz? Não seria uma opção mais viável para se livrar dessa plataforma de lançamento enorme e usar uma pista em vez disso?

Para responder a esta pergunta, primeiro você precisa entender algumas outras coisas associadas a um lançamento de foguetes. O objetivo principal de um foguete (digamos, um ônibus espacial) após seu lançamento é “torná-lo em órbita”. Isso significa que o foguete tem de alcançar um caminho específico, que neste caso é uma órbita em torno da Terra.

A órbita é um caminho circular ao redor da Terra, onde o foguete consegue um equilíbrio (de tipos) entre sua própria velocidade (com a qual gira em torno da Terra) ea atração gravitacional da Terra. Uma vez que o foguete chega à órbita, a atração gravitacional é alta o suficiente para mantê-lo trancado em um caminho circular em torno da Terra, mas baixo o suficiente para que o foguete não tem que gastar muito combustível para evitar cair de volta à Terra.

Você vê, a Terra exerce uma força gravitacional e puxa para baixo todo objeto que tenta deixá-lo ou escapar dele. Portanto, para se libertar da atração gravitacional da Terra, é essencial que um foguete atinja uma velocidade extremamente alta.

Em outras palavras, um fogueteprecisa atingiruma velocidade tão grande que ele leva viajantes suficientemente alto para se libertar da forte força gravitacional da Terra. Esta velocidade é conhecida como a “velocidade de escape”. Para a Terra, o valor da velocidade de escape é de 11,2 quilômetros por segundo (25,020 mph); Isso significa que você tem que acelerar um foguete em 11,2 quilômetros por segundo, a fim de fazer a órbita.

Uma vez que é estabelecido que um foguete precisa ser muito rápido para torná-lo em órbita, como eles dão-lhe uma enorme velocidade vertical?

O impulso necessário para lançar o ônibus espacial é fornecido pordois foguetes sólidos e três motores de ônibus espaciais, todos os quais operam durante o desembarque. De acordo com aNASA, o impulso fornecido pelos dois propulsores sólidos é de 6,6 milhões de libras, enquanto os três motores do ônibus fornecem quase 1,2 milhão de libras de força. Isto significa que o impulso total durante um lançamento é de 7,8 milhões de libras!

Apenas um impulso tão forte pode possivelmente lançar um ônibus no ar com uma velocidade incrivelmente alta. A subida vertical é lenta inicialmente; Leva 8 segundos para o ônibus para atingir uma velocidade de 100 mph (161 kmph). Mas como o combustível é consumido a uma taxa rápida, o ônibus sobe rapidamente e no final do primeiro minuto de vôo, ele atinge uma velocidade impressionante de 1.000 mph (1609 kmph)! (Fonte)

Agora que você sabe tudo sobre velocidade de escape ea importância de torná-lo em órbita muito rápido, é muito simples de entender por que foguetes não decolam como aviões fazer a partir de uma pista. Há algumas razões por trás disso, principalmente que um avião não vai mais rápido do que 500-600 mph. Como um piloto de um ônibus espacial embora, você quer sair da atmosfera assim que possível, e para isso, você precisa de uma velocidade muito alta. Essa é a razão pela qual lançamentos de ônibus espaciais usam grandes tanques externos de hidrogênio e propulsores de combustível, pois eles querem alcançar uma enorme quantidade de velocidade em questão de segundos

Claro, você também pode escapar da atmosfera a uma velocidade mais baixa e ter mais tempo durante a sua ascensão vertical, mas isso exigiria um monte de combustível – uma quantidade incrível, na verdade. Tal método de lançamento de um foguete no espaço seria altamente inviable, tanto técnica como financeiramente.

De acordo com aNASA, o custo médio de lançar um ônibus espacial é de cerca de US $ 450 milhões por missão, usando a tecnologia atual. Mas quando você adiciona boosters adicionais (ou mais combustível) para fornecer um impulso sustentado durante a sua ascensão através do ar (para um lançamento em estilo de avião), o custo do lançamento será Disparando no sentido real da palavra.

Além disso, você terá que considerar outras ramificações técnicas. Por exemplo, um ônibus espacial já pesa mais de 2,04 milhões de quilos (4,5 milhões de libras) no momento do lançamento; Então, quanto mais combustível você seria capaz de adicionar ao seu peso sem aumentar significativamente o custo do lançamento?

Além disso, as asas de um ônibus espacial não são projetadas para levá-lo como um avião. Em vez disso, eles estão lá para uma série de outras funções, incluindo facilitando uma abordagem controlada durante a reentrada e assim por diante.

Em suma, lançar um ônibus espacial ao fazê-lo decolar de uma pista como um avião não é uma ideia totalmente ridícula, mas as ramificações técnicas de tal lançamento são muito complexas, e os custos associados são muito, muito maiores do que os Lançamento vertical convencional.

Portanto, parece que o visual de um foguete lançando verticalmente a partir da plataforma de lançamento, deixando uma nuvem humongous de gás e fumaça, está aqui para ficar.