Single-stage-to-orbit/hu

Egy indulásra kész Aeris 4A

Egy SSTO felszáll a kifutópályáról (v0.16)

Az egyetlen-fokozattal-a-pályára [single-stage-to-orbit] eszköz (ismert rövidítése: SSTO) egy olyan eszköz, amely lépes elérni a keringési pályát több fokozat használata vagy alkotóelemek leválasztása nélkül. Ezen túl rendszerint elvárás a leszállásra és az újra felhasználhatóságra való képesség is. Az SSTO jellemzően a kifutópályáról szállnak fel, vagy a kilövőállásról indulnak és a keringési pályát pusztán a járműben tárolt hajtóanyag felhasználásával érik el. Az SSTO-knak nem feltétlen kell a pályára jutás után, visszatérni a légkörbe és leszállni az újratöltéshez, mivel a pályán is teli-tölthetik a tartályaikat csatlakozva más eszközökhöz. Az SSTO építés általánosságban erőteljes megragadása és egyesítése az űrhajó és a repülőgép építésben szerzett ismereteknek, mivel egy olyan eszközt kell építeni, amely mind a világűrben otthonosan mozog, mind a légkörben képes megbízhatóan repülni az aerodinamikus kialakításával.

Tágabban értelmezve egy többször felhasználható egyfokozatú leszállóegység amelyik képes önerőből elérni a keringési pályát - alapértelmezésben a Kerbin körülményei közt működtetve. Az ilyen SSTO-k többnyire jól működnek a Laythe körülményei közt is.

Az SSTO építés megközelítései

Az SSTO akárcsak a többfokozatú rakéták többfajta kialakításban, többfajta hajtóművel, többféle célra készülhetnek, és a több lehetőséget több szempontból is végig kell gondolni egy SSTO építésekor.

Alapvetően két fő fajtája van az SSTO-nak:

• Az első, a gyakrabban használt elgondolás az egyfokozatú űrrepülőgép, amely vízszintes nekifutással a kifutópályáról száll fel, és a légkörben a szárnyak felhajtóerejével emelkedik, és visszaúton a leszálláskor is repülőgépként viselkedik.

Ennek a kialakításnak előnye:

• Kisebb tolóerővel is képes elérni a keringési pályát (akár TWR<1 (!) esetben is), ez súlymegtakarítást jelenthet.
• A légkörbe való belépéskor képes aerodinamikailag szabályozni a süllyedést és a fékezést.
• A leszállás helyét pontosan meg tudja közelíteni, illetve hatékonyan lehet vele a megfelelő helyet megkeresni.
• Megfelelő légkörrel rendelkező égitesteken hatékony felderítőegység lehet.

hátránya:

• Roppant kényes a megfelelően kiválasztott kellően sima le- és felszállási helyszínre.

• A másik megközelítés az egyfokozatú rakéta, amely függőelegesen száll fel és le.

Ennek a kialakításnak előnye:

• A megfelelő hajtóművel légkörmentes égitesten módosítások, segédhajtóművek beépítése nélkül is használható.
• Kevésbé kényes a leszállási helyszín simaságára.

Az SSTO hajtóműveinek kiválasztásakor két dolgot kell szem előtt tartani, a tolóerő-súly arányt és a hatékonyságot.

• A szilárd hajtóanyagú rakéták használata nem ésszerű, ugyanis amellett hogy nem szabályozható a teljesítményük és nem rendelkeznek tolóerővektor-eltérítéssel, semmilyen utántöltésre nincs lehetőség. Legfeljebb csak a vészleválasztás kialakításakor kerülhetnek szóba.

• A levegőt igénylő sugárhajtóművek, bár használhatatlanok a világűrben, roppant népszerűek a SSTO építők közt, mivel roppant üzemanyag-hatékonyak, amely megengedi, hogy nagy sebességet és magasságot érjenek el a hajtóanyagkészlet megőrzése mellett, amíg a ritka légkörben rakétákra kapcsolva hajtóanyag-hatékonyan lehet tovább haladni. A sugárhajtóművek viszont mellőzendők akkor, ha az SSTO leginkább csak oxigén-mentes légkörben, vagy légkörmentes környezetben fog üzemelni.

• A a folyékony hajtóanyagú rakétahajtóművek ideálisak az SSTO számára mivel a tolóerő nagysága és legtöbbször iránya is szabályozható. Az SSTO-k esetén a aerospike hajtóművek is kedvezőek, mivel jó a tolóerő-súly arányuk, és a sűrűbb légkörben sem romlik drasztikusan a hatékonyságuk. Az, hogy nem lehet alájuk leválasztható fokozatot építeni, itt nem jelent hátrányt.

• A vegyes (rakéta-sugárhajtómű) üzemű hajtóművek ideálisnak tűnek az SSTO kialakításhoz, viszont a megfelelő tisztán sugárhajtómű-rakétahajtómű páros gyakran hatékonyabbnak bizonyulhat.

• Az ionhajtóművek tolóereje túl kevés, energiaigénye túl nagy, hogy akárcsak számításba is jöhessenek.

Mindegyik kialakítás és hajtómű kombinációnál a szerkezetnek kellően szilárnak kell lennie hogy túlélhesse a többszöri felemelkedés és leszállás következményeit, és ezt mind a tömeg és a karbantartásigény megnövekedése nélkül. Ráadásul az újrahasználható járműnek képesnek kell lennie megbízhatóan és stabilan leszállni.

Például a raktári járművek közt egyedül az Aeris 4A nevezhető SSTO-nak.

Az építés alatt megfontolandó kérdések

Az űrrepülőgép építése messze összetettebb, mint a rakétáké. A rakéták tervezésekor csak a szerkezei stabilitásra, tömegközéppontra és a tolóerő súlypontjára kell ügyelni, addig az űrrepülőknél az emelés súlypontjára, a támadásszögre, a légellenállásra, a megfelelő levegő-ellátásra, stb. is ügyelni kell.

Az építés alatt megfontolandó kérdések [Features and benefits]

• A sugárhajtóművek használata esetén hatékonyabb lehet a többfokozatú rakétáknál. Ez ez az oxidálószer felhasználása nélkül működő sugárhajtóművek hatékonyabb működésének köszönhető, másrészt a kevesebb oxidálószer miatti kisebb indulási tömegnek.
• Nem mennek kárba a drága hajtóművek, tartályok és az egyéb szerkezeti elemek.
• Nem kell a leválasztott elemeket begyűjteni.
• Az űrrepülőgép kialakítás esetén mint repülőgép is működhet a légkörön belül.

Hátrányok [Disadvantages]

• Az SSTO-k nem lehetnek olyan nehezek mint a rakéták a szerkezeti megfontolások miatt.
• Az űrrepülőgép SSTO-k megkövetelik az aerodinamikailag helyes kialakítást.
• Tisztán rakétahajtóművel alacsonyabb hatékonyságúak a többfokozatú kialakításnál.
• A bolygóközi utazáshoz kevésbé alkalmasak, mivel jelentős üres-tömeget kell magukkal cipelniük.
• A megfelelően hatékony kialakítást nehezebb megvalósítani.

Lásd még

• Single-stage-to-orbit on Wikipedia