Un cohete espacial ioniza su trayectoria para reducir el consumo de combustible

Question

Un rayo (tal vez múltiples rayos desde el suelo que se cruzan, o simplemente un potencial alterno muy alto, algo así como haarp enfocado) en la punta del cohete apuntando a la trayectoria del mismo, ionizando sólo las moléculas más cercanas que están a punto de añadir fricción al cohete.

El cohete tiene la misma carga eléctrica estática firmada, por lo que las partículas ionizadas (núcleos) no añaden resistencia porque no se acercan lo suficiente antes de que pase el cohete, o al menos la presión del aire en todas las alturas disminuye en un buen margen.

Como los cohetes que viajan en una burbuja de vacío. Cuando el vacío se aplica sólo en la punta, podría tirar del cohete, aumentando su velocidad?

En otras palabras, ¿podría disminuir el consumo de combustible de los lanzamientos espaciales por fricción?

¿Se puede hacer?

¿Peligroso?

¿Trivial?

¿Cuánta energía se necesita? ¿Más que el combustible de las formas convencionales? Pero los ionizadores terrestres serían un depósito de combustible más ligero para el cohete, ¿no?

Answer 1

Cuando se consideran las fuerzas hidrodinámicas siempre hay que tener en cuenta dos cosas. Una es la viscosidad del fluido, es decir, cuánta energía hace falta para que fluya, y la otra es la inercia del objeto, es decir, cuánta energía hace falta para que se aparte de tu camino.

A altas velocidades el arrastre está dominado por las fuerzas de inercia. El aire pesa más de lo que crees: algo más de un kilo por metro cúbico. Para empujar el aire tienes que hacer que se mueva, así que tienes que aumentar su energía cinética. El trabajo que hay que hacer para aumentar la energía cinética es lo que provoca la resistencia. Así que ionizar el aire no va a suponer ninguna diferencia. Sigue teniendo la misma masa y el cohete sigue teniendo que empujar esa misma masa fuera del camino.

En principio, se podrían utilizar los láseres para calentar una columna de aire y reducir su densidad. Esto significaría que el cohete tendría que apartar menos masa y reduciría la resistencia. El problema es que sigue haciendo falta energía para calentar el aire, así que lo único que se ha hecho es cambiar parte del trabajo realizado por el cohete por el trabajo realizado por los láseres en el suelo. El verdadero problema es que sería desastrosamente ineficaz, ya que la reducción del combustible que necesita el cohete se vería superada por la enorme cantidad de energía necesaria para alimentar los láseres.

Answer 2

Mira un vídeo del lanzamiento de un cohete, por ejemplo, del transbordador espacial. Al cabo de un minuto de vuelo, el director del lanzamiento puede hacer una declaración sobre la presión dinámica máxima. El vehículo de lanzamiento está produciendo una onda de choque supersónica y la interacción de la atmósfera está en su punto máximo. Dentro de otro $30$ segundos a un minuto la presión dinámica con la atmósfera es casi nula. Aproximadamente la mitad de la atmósfera está dentro de $4$ kilómetros del nivel del mar, y el cohete lo supera en un minuto y después de dos minutos el cohete está en la alta estratosfera con muy poca presión atmosférica. Aunque esto consume energía y combustible que el cohete lleva no es una gran cantidad.

En principio, se podría calentar una columna de aire por delante del cohete. Sin embargo, esto no es del todo fácil. En primer lugar, está claro que querrías hacerlo desde el suelo, en lugar de que el cohete lleve el láser y la fuente de energía necesarios para hacerlo funcionar. Esto requeriría tanta o más energía que la que se pierde al atravesar la atmósfera, como es el caso habitual. Sigue existiendo el problema de que el aire no se calienta tanto por la radiación óptica. La atmósfera de la Tierra adquiere la mayor parte de su temperatura porque la radiación solar calienta el suelo y éste, a su vez, el aire. Para crear una columna de aire parcialmente evacuada se necesitaría algo similar a un rayo. El trueno se produce por la rápida expansión del aire de la corriente. Hacer volar un cohete a través de una columna de aire ionizada podría ser problemático.

Answer 3

Existe un concepto similar utilizado por los misiles balísticos llamado Aerospike de reducción de arrastre Es un disco plano desplegado por delante de la nariz que...

El aerospike crea un choque desprendido por delante del cuerpo. Entre el choque y el cuerpo delantero se produce una zona de flujo de recirculación que actúa como un perfil más aerodinámico del tren delantero, reduciendo la resistencia.

Curiosamente, se pueden crear efectos similares con arcos eléctricos o láseres:

El desarrollo posterior de este concepto ha dado lugar a la "pico de aire". 1 Se forma por la energía concentrada, ya sea de un antorcha de arco eléctrico o un láser pulsado, proyectado hacia delante desde el cuerpo, que produce una región de aire caliente de baja densidad por delante del cuerpo. Esto tiene la ventaja sobre un aerospike estructural de que la densidad del aire densidad del aire es menor que la que hay detrás de una onda de choque, lo que permite una mayor reducción de la resistencia aerodinámica.