ロケットそり打ち上げ

ロケットスレッド打ち上げは、地上打ち上げ支援、カタパルト打ち上げ支援、スカイランプ打ち上げとも呼ばれ、宇宙船の打ち上げ 方法として提案されています。この概念では、打ち上げ車両は、山の斜面を登る東向きのレールまたは磁気浮上式トラックで支えられ、外部から加えられた力を使用して、打ち上げ車両を所定の速度まで加速します。最初の加速に外部から加えられた力を使用すると、打ち上げ車両が軌道に到達するために運ぶ必要のある推進剤が減ります。これにより、打ち上げ車両はより大きなペイロードを運ぶことができ、軌道に到達するためのコストが削減されます。地上加速器によって打ち上げ車両に追加される速度の量が十分に大きくなると、再使用型打ち上げ車両による単段軌道飛行が可能になります。

極超音速研究全般については、ホロマン空軍基地のトラックで2011年現在、最大で1000キロメートルの速度で移動する小型ロケットそりの試験が行われています。最高速度6453mph（2,885m/s、マッハ8.5）。^[1]

事実上、スカイランプは、そりを燃料補給のために開始位置に戻すため、ロケットの最も高価な第1段を完全に再利用可能にし、使用後数時間で再利用できる。現在の打ち上げロケットは、乾燥重量1キログラムあたり数千ドルの性能重視のコストがかかる。そり打ち上げは、性能要件を減らし、頻繁な繰り返し打ち上げでハードウェア費用を償却することを目的としている。山岳ベースの傾斜レールそりの設計では、搭載された宇宙船を加速するためにジェットエンジンやロケットを使用することが多い。電磁気的方法（バンタム、マグリフター、スタートラムなど）は、打ち上げ前にロケットを加速するために研究されている別の技術であり、空中打ち上げよりも大きなロケット質量と速度に拡張できる可能性がある。^{[2] [3]}

ロケットが自ら推進剤を携行している場合、ロケット方程式に定められている通り、その推進剤の大部分を旅の始めに使用して、その推進剤の大部分を加速させます。例えば、スペースシャトルは時速1,000マイル（1,600 km/h）に達するだけで燃料の3分の1以上を使用しました。^[4] そのエネルギーがロケットが携行する推進剤を使用せずに（またはまったく使用せずに）供給されれば、推進剤の必要量は大幅に削減され、ペイロードは打ち上げ時の質量のより大きな割合で済み、効率が向上します。

NASAのマグリフター研究では、ロケット方程式の指数関数的性質や、ロケットが静止状態で離陸する場合よりも推進効率が高いなどの要因により、高度3000メートルの山頂からELVロケットを270 m/s（600 mph）で打ち上げると、従来の発射台から打ち上げる同じロケットと比較して、低地球軌道へのペイロードが80％増加すると推定されています。^{[5]このような高さの山は、最も簡単なロジスティクスの場合は}米国本土内、地球の自転による利益をもう少し増やしたい場合は赤道近くに あります。他の可能性としては、このような打ち上げアシストにより、より大きな単段式軌道投入（SSTO）の離陸質量が35％削減され、1つのケースではエンジンが6基から4基に減少する可能性があります。^[5]

90% に近い効率が予想される場合、500 トンのロケットの打ち上げごとに消費される電気エネルギーは、エネルギー貯蔵における追加の損失を除いて、約 30 ギガジュール (8,300 kWh) になります (1 キロワット時あたりのコストは、米国の現在の電気料金では数セントです)。これは、初期資本コストが支配的な限界費用の低いシステムです^[3] 固定サイトではありますが、打ち上げ後の上昇の初期段階でロケットを操縦することで、さまざまな衛星に必要なさまざまな打ち上げ方位の大部分で、正味のペイロードが大幅に増加すると推定されました (後の軌道傾斜角変更のために電気推進を追加する代わりに)。1994 年の調査では、磁気浮上式ガイドウェイのコストは 1 マイルあたり 1,000 万～ 2,000 万ドルと推定され、資本コストの約 1% の磁気浮上式鉄道の年間メンテナンス コストが予測されていました^[5]

ロケットそり打ち上げは、機体の高度を上げるのに役立ち、提案では一般的に山を上るカーブを描く軌道が採用されている。高高度から打ち上げるあらゆる打ち上げシステムの利点には、重力抵抗（重力井戸で燃料を持ち上げるコスト）の低減が含まれる。空気が薄くなると空気抵抗が減り、より効率的なエンジン形状が可能になる。ロケットノズルは、異なる気圧で推力を最大化するために、さまざまな形状（膨張比）になっている。（NASAのロッキード・マーティンX-33用エアロスパイクエンジンは、さまざまな気圧で効率を維持するために形状を変えるように設計されたが、エアロスパイクエンジンは重量と複雑さを増した。X -33への資金提供は2001年に打ち切られた。エアロスパイクエンジンが飛行試験に到達したとしても、打ち上げ支援によるその他の利点は残る。）^{[6] [7]}

例えば、高度2500メートルでは空気は39%薄くなります。ロケットの噴流形状がより効率的になり、空気摩擦が減少することで、燃焼燃料量あたりのエンジン効率が5%向上します。^[8]

高高度打ち上げのもう一つの利点は、最大Q限界に達したときにエンジンのスロットルを戻す必要がないことです。厚い大気中で打ち上げられたロケットは、空気抵抗によって構造的な損傷を引き起こすほど高速になることがあります。 ^[9] 最大Qに達すると、ロケットがフルパワーに戻れるほど高度が上がるまで エンジンのスロットルが戻されます。アトラスV551がその一例です。高度 30,000フィートで最大Qに達します。エンジンは30秒間60%の推力にスロットルが戻されます。^[10] この加速の低下により、ロケットが克服しなければならない重力抵抗が増加します。さらに、最大Qに関係する宇宙船のエンジンは、 打ち上げ中にスロットルを調節する必要があるため、より複雑です。

高高度からの打ち上げは、 地球の大気の最も厚い部分の上から始まるため、最大 Q でスロットルを戻す必要はありません。

デボラ・A・グラントとジェームズ・L・ランドは、「気球支援打ち上げシステム - 大型揚力気球」^[11]で次のように書いている。「地上から打ち上げられた高度20kmのロケットは、20kmから打ち上げられた場合、高度100km近くまで到達できることが以前から立証されている。」彼らは、上記の問題を回避するために、小型ロケットを気球で大気圏の大部分より上に打ち上げることを提案している。

マッハ2以上の打ち上げを支援するそり軌道は、軌道までの燃料を40％以上削減し、完全に再利用可能な打ち上げロケットを目指す際の重量ペナルティを相殺するのに役立ちます。垂直に対して55°の角度で、高い山にある軌道は、新しい技術なしで1段の再利用可能なロケットの軌道投入を可能にします。^[12]

• ロバート・A・ハインラインは、1966年の小説『月は無慈悲な女王』の中で月面磁気浮上ロケットを登場させた。小説の終わりまでに、地球上に磁気浮上ロケットが建設された。
• ディーン・イングは1988年の小説『The Big Lifters』で同様のシステムを使用しました。
• ファイアボールXL5は海面からそりで打ち上げられました。
• シルバータワーには、極超音速宇宙飛行機アメリカの離陸を支援するために使用されたロケット発射そりがあります。
• 1951 年の映画版『宇宙衝突』では箱舟の打ち上げにロケットそりが使われたが、原作では使われていない。
• 『ボーダーランズ: プリシークエル』の最初のカットシーンにはロケットそりが登場します。
• マイク・グレルによるオリジナルのジェームズ・ボンドの物語『パーミッション・トゥ・ダイ』（グラフィック・ノベル）では、そりで推進するロケットが物語の重要な要素として登場します。
• インターステラ 5555では、クレッシェンドールズのバンドがロケットそりを使って離陸し、地球を離れます。
• 『エースコンバット5: ザ・アンサング・ウォー』は、ロケット発射時に空襲からロケットスレッド基地を守るミッションを特徴とするビデオゲームです。
• 『機動戦士ガンダム 逆襲のシャア』では、民間スペースシャトルの離陸を支援するためにロケットそりが使用されたことが描かれています。
• 2015年の映画『トゥモローランド』では、主人公がタイトルの都市を探索する際に、民間の「宇宙港」で使用される垂直発射ロケットそりが描かれています。

1. 「Skyramps」について議論しているウェブサイト: http://www.g2mil.com/skyramp.htm
2. 「高度に再利用可能な宇宙輸送システムの『第一段階の加速』を達成するための軽量ガス銃アプローチ」1997 M. Frank Rose、R .M. Jenkins、MR Brown、Space Power Institute、Auburn University、AL、36849
3. そりベースの再利用可能な打ち上げロケットに関するロッキード社の提案へのリンク。http://www.astronautix.com/lvs/recstics.htm
4. ヨーロッパのフェニックス：テスト機が再利用可能なロケットの舞台を整える http://www.space.com/missionlaunches/europe_phoenix_020621.html
5. ホロマン空軍基地: http://www.holloman.af.mil/photos/index.asp?galleryID=2718 2009-03-12 にWayback Machineでアーカイブ
6. NASA の空気圧ロケットブースト用クローズドエンド発射管提案: https://ntrs.nasa.gov/citations/20010027422
7. さまざまな気圧でのロケット効率とエアロスパイク エンジンについて説明します: http://www.aerospaceweb.org/design/aerospike/compensation.shtml