如果用氣球把火箭提升到高空再發射,是否會大大提高運載能力?

朋友剋制x


關於這個問題,中國科普博覽邀請中國科學院光電研究院的黃宛寧來回答:

用氣球帶火箭臨空發射的概念叫Rockoon,就是rocket+balloon,這並不是什麼新概念,早在1949年就有人提出過。

早期Rockoon實驗照片

Rockoon是一種固體燃料探測火箭,不是在地面立即點燃,而是先被高空科學氣球帶入高層大氣,然後與氣球分離,火箭點火。 這使得火箭能夠達到更高的高度,因為火箭不需要通過大氣層底部的空氣稠密區(飛行阻力較大),而且由氣球本身也提供了一部分勢能,所以可以為火箭節省部分燃料,讓其飛得更高。

最初的概念是由Cmdr. Lee Lewis, Cmdr. G. Halvorson, S. F. Singer, 和 James A. Van Allen,在1949年3月1日在美國海軍的諾頓聲音號試驗船上發射Aerobee火箭時共同提出的。

根據時代雜誌1959年的報道,範.艾倫說服了海岸警衛隊,允許其在一艘開往格林蘭島的破冰船上發射Rockoon。第一次氣球飛到了70000英尺高度,但是下面掛的火箭沒有點火成功;第二次依然如此。理論上,平流層的極低溫度會影響火箭點火,於是範.艾倫在第三次的氣球吊艙內增加了加熱措施,火箭點火成功了。

美國海軍研究辦公室在Loki火箭的一些發射中使用了Rockoon方式,在發射前將Loki放在氦氣球帶上高空,用於高空大氣研究。 Loki的第一次Rockoon發射是在1955年7月1日,從格陵蘭海岸附近的船上發射。

在1955年7月到10月期間,愛荷華大學研究小組在宇宙射線研究中從格陵蘭海岸的船上成功地發射了Loki I和Deacon火箭(使用Rockoon的方式)。 陸軍軍械公司提供了JPL開發的Loki火箭,美國海軍研究辦公室(ONR)贊助了這個項目。

1957年9月,作為美國國際地球物理年貢獻的一部分,美國海軍的破冰船U.S.S發射了36顆Rockoon(氣球發射的火箭)。 這是由愛荷華大學的James A.Van Allen和Lawrence J. Cahill領導的科學計劃的一部分,大西洋、太平洋和南極地區的冰川覆蓋範圍從南緯75度到南緯72度,這是南極地區第一個已知的高空火箭探測。所以1957年應該看作是Rockoon概念發展最鼎盛的時期。

Rockoon的概念在上世紀50年代得到了充分的實踐,達到了它的設計目的,當然基於當時的一個重要背景,用於科學研究的固體燃料探空火箭飛行的高度並不高,而使用了氣球搭載之後確實能夠明顯提高探空火箭的飛行高度。

當然隨著火箭技術的發展,從地面直接起飛的探空火箭的飛行高度也可以高達500-800km,這對於大氣科學研究來說已經足夠了,所以Rockoon的概念在後來似乎被淘汰了。

但是近些年來,Rockoon的概念又有了死灰復燃的跡象,全世界範圍有多家商業公司拿了個新瓶裝Rockoon的老酒,這個新瓶子就是使用Rockoon來發射微小衛星入軌,這當然也得益於近些年來微小衛星技術的迅速發展。這些公司的名單包括:JP太空公司,愛荷華州立大學和普渡大學(Purdue Orbital),洛杉磯的Leo Aerospace公司,羅馬尼亞的太空公司ARCASPACE,西班牙的zero2infinity,英國的B2Space,Stofiel航空航天公司等等。

但是以上這些商業公司的所有計劃目前基本都在概念階段,很少有實質性進展。僅有西班牙的zero2infinity公司在2017年5月進行了一次高空氣球的臨空火箭發射,但是僅僅是為了測試一級火箭,並沒有公佈火箭飛行的高度,達到的速度等等關鍵數據。


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提升發射點高度,是可以提高火箭運載能力的。

我們先來看一個例子,如下圖所示。

就是這款導彈,看起來和普通的導彈大小差不了太多。它是用來幹嘛的呢?

ASM-135空天導彈,瞭解一下。它是用來攻擊400公里左右軌道高度的中偵查衛星、空間站、再入式彈頭的導彈。

這款導彈就是在天上發射的,,由F-15帶到高空再發射。在地面這麼小體積是沒法打到衛星的。

同理如果有氣球把導彈帶到那麼高,也可以增加其射程或者高度。

目前世界上比較大的飛艇是LCA60T,可以運送60噸的貨物。但是這是在低空,空氣密度大,浮力也大。

導彈運高几公里沒什麼意義,但是運到30公里高度就可以面對更小的阻力了。但是阻力地了空氣浮力也低,如上圖所示。

在30公里高度,空氣密度是地面上的百分之一多一點,那麼剛才那個飛艇即使是真空的,也最多在這裡提供100千克的載重。完全沒法拉起來剛才的導彈了。

所以這裡就有矛盾了,我們在高空發射火箭,是為了減小空氣阻力,提升火箭運載能力。但是空氣阻力低的高空,浮力也低。這就是為什麼咱們還沒有試過氣球發射導彈。


蛋科夫斯基


我覺得,用氣球🎈帶火箭🚀臨空發射非常不靠譜。

我看,用真空磁懸浮電磁彈射把火箭🚀彈射到高空再發射還靠譜點。興建幾十公里甚至上百公里長的真空磁懸浮加速軌道,將火箭🚀加速到時速兩千甚至四千公里後,把火箭彈射到高空再點火🔥,可極大減輕火箭重量,提高火箭運載能力,加速軌道可重複利用,可降低發射成本。


過客傳說v


理論上可以,但是問題是如果你要把幾百噸的火箭運上高空,需要多大的氣球啊,更不用說氣球本身的重量和容易受到風的影響亂飄了。要知道幾層樓高的氣球也不過幾噸的運載能力。


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