الإطلاق الفضائي غير الصاروخي

جزء من سلسلة عن
رحلة الفضاء
تاريخ تاريخ رحلات الفضاء سباق الفضاء الجدول الزمني لرحلات الفضاء مسبارات الفضاء البعثات القمرية بعثات المريخ
التطبيقات الاتصالات مراقبة الأرض استكشاف تجسس جيش ملاحة مستعمرة التلسكوبات السياحة
المركبة الفضائية مركبة فضائية روبوتية القمر الصناعي مسبار الفضاء مركبة شحن فضائية مركبة فضائية مأهولة وحدة أبولو القمرية كبسولات الفضاء مكوك الفضاء محطات الفضاء الطائرات الفضائية فوستوك
إطلاق إلى الفضاء ميناء فضائي منصة الإطلاق مركبات الإطلاق القابلة للتصرف وإعادة الاستخدام سرعة الهروب الإطلاق الفضائي غير الصاروخي
أنواع الرحلات الفضائية شبه مداري مداري بين الكواكب بين النجوم بين المجرات
قائمة المنظمات الفضائية وكالات الفضاء القوات الفضائية شركات
بوابة الرحلات الفضائية
ف ت هـ

يشير مصطلح الإطلاق الفضائي غير الصاروخي إلى المفاهيم النظرية للإطلاق إلى الفضاء حيث يتم توفير قدر كبير من السرعة والارتفاع اللازمين للوصول إلى المدار بواسطة تقنية دفع لا تخضع لحدود معادلة الصاروخ . ^[1] وعلى الرغم من أن جميع عمليات الإطلاق الفضائية حتى الآن كانت صواريخ، فقد تم اقتراح عدد من البدائل للصواريخ. ^[2] في بعض الأنظمة، مثل نظام الإطلاق المركب، أو سكاي هوك ، أو إطلاق زلاجة الصواريخ ، أو روكون ، أو الإطلاق الجوي ، يمكن توفير جزء من إجمالي دلتا في ، إما بشكل مباشر أو غير مباشر، باستخدام الدفع الصاروخي.

إن تكاليف الإطلاق في الوقت الحاضر مرتفعة للغاية ــ 2500 إلى 25 ألف دولار للكيلوغرام الواحد من الأرض إلى مدار أرضي منخفض . ونتيجة لهذا فإن تكاليف الإطلاق تشكل نسبة كبيرة من تكاليف كافة المساعي الفضائية. وإذا أمكن خفض تكاليف الإطلاق فإن التكلفة الإجمالية للمهام الفضائية سوف تنخفض. ونظراً للطبيعة الأسية لمعادلة الصواريخ فإن توفير قدر ضئيل من السرعة إلى مدار أرضي منخفض بوسائل أخرى من شأنه أن يخفض إلى حد كبير تكاليف الوصول إلى المدار.

إن تكاليف الإطلاق التي تصل إلى مئات الدولارات للكيلوغرام الواحد من شأنها أن تجعل من الممكن تنفيذ العديد من المشاريع الفضائية واسعة النطاق المقترحة مثل استعمار الفضاء ، والطاقة الشمسية الفضائية ^[3] وتحويل المريخ إلى كوكب صالح للعيش فيه . ^[4]

الطريقة [أ]	سنة النشر	التكلفة التقديرية للبناء (مليار دولار أمريكي ) [ب]	كتلة الحمولة (كجم)	التكلفة التقديرية لـ LEO (دولار أمريكي/كجم) [ب]	القدرة ( طن /سنة)	مستوى جاهزية التكنولوجيا
صاروخ قابل للاستهلاك [5]	1903 [6]		225 – 130,000	1,500 – 30,000[7]	غير متاح	9
مصعد فضائي	1895 [8]					2
خطاف السماء غير الدوار	1990	< 1				2
خطاف السماء الأسرع من الصوت [9]	1993	< 1 [ج]	1500 [د]		30 [هـ]	2
روتوفاتور [10]	1977					2
إطلاق طائرة فرط صوتية من الفضاء إلى المدار [11] [12] (HASTOL)	2000		15000 [ف]			2
نافورة الفضاء	ثمانينيات القرن العشرين
الحلقة المدارية [13]	1980	15	2 × 10 11	< 0.05	4 × 10 10	2
حلقة الإطلاق (صغيرة) [ بحاجة لمصدر ]	1985	10	5000	300	40,000	2 +
حلقة الإطلاق (كبيرة) [ بحاجة لمصدر ]	1985	30	5000	3	6,000,000	2 +
قاذفة الطائرات الورقية [14]	2005					2
ستارترام [15]	2001	20 [جم]	35000	43	150,000	2
مدفع الفضاء [16]	1865 [ح]	0.5	450	200 [18]		6
المدرج الفضائي	1979 [19]	1-2 [20]		0.25 [21] -250 [20]
مُسرّع ذاكرة الوصول العشوائي [ بحاجة لمصدر ]	2004					6
سبين لانش [22]	2022					6
سلينجاترون [23] [24]	1998 [25]		100			2 الى 4

في هذا الاستخدام، يهدف مصطلح "ثابت" إلى نقل الفهم بأن الجزء الهيكلي للنظام لا يحتوي على أجزاء متحركة داخلية.

برج الفضاء هو برج يصل إلى الفضاء الخارجي . لتجنب الحاجة الفورية لمركبة يتم إطلاقها بسرعة مدارية لرفع حضيضها ، يجب أن يمتد البرج فوق حافة الفضاء (فوق خط كارمان 100 كم )، ^[26] ولكن ارتفاع البرج الأقل بكثير يمكن أن يقلل من خسائر السحب الجوي أثناء الصعود. إذا ذهب البرج طوال الطريق إلى مدار متزامن مع الأرض على ارتفاع 35999 كيلومترًا تقريبًا (22369 ميلًا)، فإن الأجسام التي يتم إطلاقها على هذا الارتفاع يمكن أن تنجرف بعيدًا بأقل قدر من القوة وستكون في مدار دائري. تصور كونستانتين تسيولكوفسكي مفهوم الهيكل الذي يصل إلى مدار متزامن مع الأرض لأول مرة . ^[27] كان المفهوم الأصلي الذي تصوره تسيولكوفسكي هو هيكل الضغط. أثبت بناء هيكل ضغط من الألف إلى الياء أنه مهمة غير واقعية حيث لم تكن هناك مادة موجودة بقوة ضغط كافية لدعم وزنها في ظل مثل هذه الظروف. ^[28] تستخدم أفكار أخرى أبراج ضغط عالية جدًا لتقليل المتطلبات على مركبات الإطلاق. يتم "رفع" المركبة إلى أعلى البرج، والذي قد يمتد فوق الغلاف الجوي ويتم إطلاقه من الأعلى. وقد اقترح العديد من الباحثين مثل هذا البرج الطويل للوصول إلى ارتفاعات قريبة من الفضاء تصل إلى 20 كم (12 ميلاً). ^{[29] [30]}

تتضمن الهياكل القابلة للشد للإطلاق الفضائي غير الصاروخي مقترحات لاستخدام كابلات طويلة وقوية للغاية (تُعرف باسم الحبال ) لرفع حمولة إلى الفضاء. يمكن أيضًا استخدام الحبال لتغيير المدار بمجرد الوصول إلى الفضاء.

يمكن أن تكون الحبال المدارية مقفولة مديًا ( خطاف السماء ) أو دوارة (مُحَوِّلات الدوران). يمكن تصميمها (نظريًا) لالتقاط الحمولة عندما تكون الحمولة ثابتة أو عندما تكون الحمولة تفوق سرعة الصوت (لها سرعة عالية ولكنها ليست مدارية). ^{[ بحاجة لمصدر ]}

يمكن استخدام الأربطة الجوية الداخلية لنقل الحركية (الطاقة والزخم) بين الطائرات التقليدية الكبيرة (دون سرعة الصوت أو فوق الصوتية المنخفضة) أو أي قوة دافعة أخرى والمركبات الديناميكية الهوائية الأصغر حجمًا، ودفعها إلى سرعات تفوق سرعة الصوت دون الحاجة إلى أنظمة دفع غريبة. ^{[ بحاجة لمصدر ]}

الخطاف السماوي هو فئة نظرية من الدفع بالحبال المدارية المخصصة لرفع الحمولات إلى ارتفاعات وسرعات عالية. ^{[31] [32]} تتضمن مقترحات الخطاف السماوي تصميمات تستخدم حبالًا تدور بسرعة تفوق سرعة الصوت لالتقاط الحمولات عالية السرعة أو الطائرات عالية الارتفاع ووضعها في المدار. ^[33]

المصعد الفضائي هو نوع مقترح من أنظمة النقل الفضائي. ^[34] ومكونه الرئيسي هو كبل يشبه الشريط (يُسمى أيضًا حبلًا ) مثبتًا على السطح ويمتد إلى الفضاء فوق مستوى المدار الجغرافي المتزامن. ومع دوران الكوكب، تعمل القوة الطاردة المركزية عند الطرف العلوي من الحبل على مقاومة الجاذبية، وتحافظ على شد الكابل. يمكن للمركبات بعد ذلك تسلق الحبل والوصول إلى المدار دون استخدام الدفع الصاروخي.

يمكن صنع مثل هذا الكابل من أي مادة قادرة على دعم نفسها تحت الشد عن طريق تقليص قطر الكابل بسرعة كافية مع اقترابه من سطح الأرض. على الأرض ، مع جاذبيتها القوية نسبيًا، لا تكون المواد الحالية قوية وخفيفة بما يكفي . مع المواد التقليدية، يجب أن تكون نسبة التقليص كبيرة جدًا، مما يزيد من إجمالي كتلة الإطلاق إلى درجة غير قابلة للتطبيق ماليًا. ومع ذلك، تم اقتراح أنابيب الكربون النانوية - أو المواد القائمة على أنابيب نيتريد البورون النانوية - كعنصر شد في تصميم الحبل. قوتها المقاسة عالية مقارنة بكثافتها الخطية. إنها واعدة كمواد لجعل مصعد الفضاء على الأرض ممكنًا. ^[35]

اقترح لانديس وكافاريلي أن هيكل التوتر ("المصعد الفضائي") الممتد إلى الأسفل من مدار متزامن مع الأرض يمكن دمجه مع هيكل الضغط ("برج تسيولكوفسكي") الممتد إلى الأعلى من السطح، لتشكيل الهيكل المشترك الذي يصل إلى مدار متزامن مع الأرض من السطح، وله مزايا هيكلية على أي منهما على حدة. ^[28]

ينطبق مفهوم المصعد الفضائي أيضًا على الكواكب والأجرام السماوية الأخرى . بالنسبة للمواقع في النظام الشمسي ذات الجاذبية الأضعف من جاذبية الأرض (مثل القمر أو المريخ )، فإن متطلبات القوة إلى الكثافة ليست كبيرة جدًا بالنسبة لمواد الربط. يمكن للمواد المتاحة حاليًا (مثل كيفلر ) أن تكون بمثابة مادة ربط للمصاعد هناك.

يستخدم الحبل الداخلي الغلاف الجوي الكبل الطويل داخل الغلاف الجوي لتوفير بعض أو كل السرعة اللازمة للوصول إلى المدار. يستخدم الحبل لنقل الحركية (الطاقة والزخم) من طرف ضخم وبطيء (عادةً طائرة كبيرة دون سرعة الصوت أو فوق الصوتية المنخفضة) إلى طرف فرط صوتي من خلال الديناميكا الهوائية أو الحركة المركزية. يُعد جهاز إطلاق الحبل الداخلي الغلاف الجوي أحد الحبال الداخلية المقترحة. ^[14]

النافورة الفضائية هي شكل مقترح من أشكال المصاعد الفضائية التي لا تتطلب أن يكون الهيكل في مدار متزامن مع الأرض ، ولا تعتمد على قوة الشد للدعم. وعلى النقيض من تصميم المصعد الفضائي الأصلي ( قمر صناعي مقيد )، فإن النافورة الفضائية عبارة عن برج شاهق الارتفاع يمتد من الأرض . ونظرًا لأن مثل هذا البرج الشاهق لا يمكنه تحمل وزنه باستخدام المواد التقليدية، يتم إطلاق حبيبات ضخمة لأعلى من أسفل البرج وإعادة توجيهها لأسفل بمجرد وصولها إلى القمة، بحيث تحافظ قوة إعادة التوجيه على الجزء العلوي من البرج عالياً. ^[36]

الحلقة المدارية هي مفهوم لحلقة عملاقة مبنية بشكل مصطنع معلقة في مدار أرضي منخفض تدور بسرعة أعلى قليلاً من سرعة المدار والتي ستحتوي على حبال ثابتة معلقة إلى الأرض. ^[37]

في سلسلة من المقالات عام 1982 نُشرت في مجلة الجمعية البريطانية للكواكب ، ^{[13] قدم} بول بيرش مفهوم أنظمة الحلقات المدارية. واقترح كابلًا دوارًا يوضع في مدار أرضي منخفض، يدور بسرعة أكبر قليلاً من السرعة المدارية. ليست في المدار، ولكن تركب على هذه الحلقة، مدعومة كهرومغناطيسيًا على مغناطيسات فائقة التوصيل، هي محطات حلقية تبقى في مكان واحد فوق نقطة معينة على الأرض. تتدلى من محطات الحلقات هذه مصاعد فضائية قصيرة مصنوعة من كابلات ذات نسبة عالية من قوة الشد إلى الكتلة. ادعى بيرش أن محطات الحلقات، بالإضافة إلى تثبيت الحبل، يمكنها تسريع الحلقة المدارية شرقًا، مما يتسبب في دورانها حول الأرض.

في عام 1982 اقترح المخترع البيلاروسي أناتولي يونيتسكي أيضًا مسارًا كهرومغناطيسيًا يحيط بالأرض، والذي أطلق عليه "نظام نقل الأوتار". عندما تتجاوز سرعة الخيط 10 كم / ثانية، فإن القوى الطاردة المركزية ستفصل الخيط عن سطح الأرض وترفع الحلقة إلى الفضاء. ^[38]

حلقة الإطلاق أو حلقة لوفستروم هي تصميم لنظام إطلاق مداري مغناطيسي قائم على حزام يبلغ طوله حوالي 2000 كيلومتر ويحافظ عليه على ارتفاع يصل إلى 80 كيلومترًا (50 ميلًا). سيتم تسريع المركبات التي تزن 5 أطنان مترية كهرومغناطيسيًا فوق الكابل الذي يشكل مسار تسارع، ومنه سيتم إطلاقها إلى مدار الأرض أو حتى أبعد من ذلك. سيحتاج الهيكل باستمرار إلى حوالي 200 ميغاواط من الطاقة لإبقائه في مكانه. ^{[ بحاجة لمصدر ]}

تم تصميم النظام ليكون مناسبًا لإطلاق البشر للسياحة الفضائية واستكشاف الفضاء واستعمار الفضاء بحد أقصى تسارع 3 جي. ^[39]

أحد التصاميم المقترحة هو برج قائم بذاته يتكون من أعمدة أنبوبية من مادة عالية القوة (مثل الكيفلار ) منفوخة بمزيج غاز منخفض الكثافة، مع أنظمة تثبيت ديناميكية بما في ذلك الجيروسكوبات و"موازنة الضغط". ^[40] تشمل الفوائد المقترحة على النقيض من تصميمات المصاعد الفضائية الأخرى تجنب العمل بأطوال كبيرة من الهياكل المشاركة في بعض التصميمات الأخرى، والبناء من الأرض بدلاً من المدار، والوصول الوظيفي إلى النطاق الكامل للارتفاعات ضمن النطاق العملي للتصميم. التصميم المقدم "على ارتفاع 5 كم ويمتد إلى 20 كم فوق مستوى سطح البحر"، ويقترح المؤلفون أن "النهج قد يتم توسيعه بشكل أكبر لتوفير الوصول المباشر إلى ارتفاعات أعلى من 200 كم".

إن الصعوبة الرئيسية التي تواجه مثل هذا البرج هي إمكانية انبعاجه لأنه عبارة عن بناء طويل ونحيف.

مع أي من قاذفات المقذوفات هذه، يعطي القاذف سرعة عالية عند مستوى الأرض أو بالقرب منه. وللوصول إلى المدار، يجب إعطاء المقذوف سرعة إضافية كافية لاختراق الغلاف الجوي، ما لم يتضمن نظام دفع إضافي (مثل الصاروخ). كما يحتاج المقذوف إلى وسيلة داخلية أو خارجية لإجراء الإدخال المداري . تنقسم التصميمات أدناه إلى ثلاث فئات، مدفوعة كهربائيًا، ومدفوعة كيميائيًا، ومدفوعة ميكانيكيًا.

تتضمن أنظمة الإطلاق الكهربائية محركات الكتلة، والمدافع الكهرومغناطيسية ، والمدافع الملفوفة . تستخدم كل هذه الأنظمة مفهوم مسار الإطلاق الثابت الذي يستخدم شكلًا من أشكال المحرك الكهربائي الخطي لتسريع المقذوف.

في الأساس، يُعد محرك الكتلة مسار إطلاق أو نفقًا طويلًا للغاية ومُحاذيًا أفقيًا بشكل أساسي لتسريع الحمولات إلى سرعات مدارية أو دون مدارية. اقترح آرثر سي كلارك هذا المفهوم في عام 1950، ^[41] وتم تطويره بمزيد من التفصيل بواسطة جيرارد ك. أونيل ، الذي يعمل مع معهد دراسات الفضاء ، مع التركيز على استخدام محرك الكتلة لإطلاق المواد من القمر.

يستخدم محرك الكتلة نوعًا من التنافر لإبقاء الحمولة منفصلة عن المسار أو الجدران. ثم يستخدم محركًا خطيًا (محرك تيار متناوب مثل الموجود في مدفع الملف، أو محرك أحادي القطب كما هو الحال في مدفع السكك الحديدية) لتسريع الحمولة إلى سرعات عالية. بعد مغادرة مسار الإطلاق، تكون الحمولة بنفس سرعة الإطلاق.

StarTram هو اقتراح لإطلاق المركبات مباشرة إلى الفضاء عن طريق تسريعها بمحرك كتلة. ستطفو المركبات عن طريق تنافر مغناطيسي بين مغناطيسات فائقة التوصيل على المركبة وجدران النفق المصنوعة من الألومنيوم بينما يتم تسريعها بواسطة محرك مغناطيسي متردد من ملفات الألومنيوم. من المحتمل أن يتم توفير الطاقة المطلوبة من خلال وحدات تخزين الطاقة الفائقة التوصيل الموزعة على طول النفق. يمكن للمركبات أن تنطلق بسرعة عالية حتى ارتفاع مداري منخفض أو حتى مداري متزامن مع الأرض؛ ثم يتطلب الأمر حرق محرك صاروخي صغير لجعل المدار دائريًا.

إن أنظمة الجيل الأول المخصصة لنقل البضائع فقط سوف تتسارع بسرعة تتراوح بين 10 إلى 20 جي وتنطلق من قمة جبل. ورغم أنها غير مناسبة لنقل الركاب، فإنها قادرة على نقل البضائع إلى المدار مقابل 40 دولاراً للكيلوغرام، أي أرخص 100 مرة من الصواريخ.

ستتسارع أنظمة الجيل الثاني القادرة على حمل الركاب لمسافة أطول بكثير عند 2 جي. ستدخل المركبات الغلاف الجوي على ارتفاع 20 كم من نفق مفرغ مقيد بحبال كيفلر ومدعوم بالتنافر المغناطيسي بين الكابلات الفائقة التوصيل في النفق وعلى الأرض. بالنسبة لكلا نظامي الجيل الأول والثاني، سيكون فم الأنبوب مفتوحًا أثناء تسارع المركبة، مع إبقاء الهواء خارجًا بواسطة الضخ المغناطيسي الهيدروديناميكي . ^{[15] [42] [43]}

المدفع الفضائي هو طريقة مقترحة لإطلاق جسم إلى الفضاء الخارجي باستخدام مدفع كبير أو مدفع . اقترح كاتب الخيال العلمي جول فيرن طريقة الإطلاق هذه في رواية من الأرض إلى القمر ، وفي عام 1902 تم تعديل فيلم رحلة إلى القمر .

ومع ذلك، حتى مع وجود " فوهة مدفع " تمر عبر قشرة الأرض والتروبوسفير ، فإن قوى الجاذبية المطلوبة لتوليد سرعة الإفلات ستظل أكبر مما يتحمله الإنسان. وبالتالي، فإن المدفع الفضائي سيقتصر على نقل البضائع والأقمار الصناعية المتينة. كما يحتاج المقذوف إلى وسيلة داخلية أو خارجية للاستقرار في المدار.

لا تستخدم مفاهيم إطلاق البنادق الاحتراق دائمًا. في أنظمة الإطلاق الهوائية، يتم تسريع المقذوف في أنبوب طويل بواسطة ضغط الهواء، الناتج عن توربينات أرضية أو وسائل أخرى. في بندقية الغاز الخفيف ، يكون الضغط عبارة عن غاز خفيف الوزن الجزيئي، لزيادة سرعة الصوت في الغاز.

يقترح جون هانتر من شركة Green Launch استخدام "مدفع هيدروجيني" لإطلاق حمولات غير مأهولة إلى المدار بتكلفة أقل من تكاليف الإطلاق العادية.

يستخدم مسرع الكبش أيضًا الطاقة الكيميائية مثل المدفع الفضائي ولكنه مختلف تمامًا من حيث أنه يعتمد على دورة دفع تشبه المحرك النفاث باستخدام عمليات احتراق الكبش النفاث و/أو سكرامجت لتسريع المقذوف إلى سرعات عالية للغاية. إنه أنبوب طويل مملوء بمزيج من الغازات القابلة للاشتعال مع غشاء قابل للكسر في كلا الطرفين لاحتواء الغازات. يتم إطلاق المقذوف، الذي يشبه شكل قلب الكبش النفاث، بوسيلة أخرى (على سبيل المثال، مدفع فضائي، كما ناقشنا أعلاه) بسرعة تفوق سرعة الصوت من خلال الحجاب الحاجز الأول إلى نهاية الأنبوب. ثم يحرق الغازات كوقود، ويتسارع إلى أسفل الأنبوب تحت الدفع النفاث. تدخل الفيزياء الأخرى في اللعب عند السرعات الأعلى.

إن مسرع الموجات الانفجارية يشبه البندقية الفضائية ولكنه يختلف في أن حلقات المتفجرات على طول البرميل يتم تفجيرها بالتتابع للحفاظ على التسارع العالي. بالإضافة إلى ذلك، بدلاً من الاعتماد فقط على الضغط خلف المقذوف، فإن مسرع الموجات الانفجارية يضبط وقت الانفجارات بشكل خاص للضغط على مخروط الذيل في المقذوف، كما قد يطلق المرء بذرة اليقطين عن طريق الضغط على الطرف المدبب.

في السلينجاترون، ^{[23] [44] يتم تسريع} المقذوفات على طول أنبوب أو مسار صلب يحتوي عادةً على لفات دائرية أو حلزونية، أو مجموعات من هذه الأشكال الهندسية في بعدين أو ثلاثة أبعاد. يتم تسريع المقذوف في الأنبوب المنحني عن طريق دفع الأنبوب بالكامل في حركة دائرية ذات سعة صغيرة بتردد ثابت أو متزايد دون تغيير اتجاه الأنبوب، أي أن الأنبوب بالكامل يدور ولكنه لا يدور. أحد الأمثلة اليومية لهذه الحركة هو تحريك مشروب عن طريق حمل الحاوية وتحريكها في دوائر أفقية صغيرة، مما يتسبب في دوران المحتويات، دون تدوير الحاوية نفسها.

يؤدي هذا الدوران إلى إزاحة الأنبوب باستمرار بمكون على طول اتجاه القوة المركزية المؤثرة على المقذوف، بحيث يتم بذل العمل باستمرار على المقذوف أثناء تقدمه عبر الآلة. القوة المركزية التي يتعرض لها المقذوف هي قوة التسارع، وهي متناسبة مع كتلة المقذوف ومتناسبة عكسيًا مع نصف قطر انحناء المسار.

إن السلينجاترون قادر على تحقيق سرعات أعلى بكثير من قاذفة دائرية مماثلة تعتمد على حبل دوار مصنوع من مواد متوفرة حاليًا (على سبيل المثال، مادة الداينما ). إن أقصى سرعة لطرف الحبل الدوار، بغض النظر عن حجمه المطلق، محدودة بنسبة القوة إلى وزن المواد، حيث يجب أن يدعم الحبل كتلته الخاصة تحت التسارع المركزي وكذلك كتلة المقذوف. في السلينجاترون، تتفاعل قوة الطرد المركزي للقذيفة بدلاً من ذلك في هيكل غير دوار يمكن أن يكون ضخمًا حسب الضرورة.

في الواقع، يعد تطبيق هذه القوة بين أنبوب التوجيه والقذيفة الفائقة السرعة أحد التحديات التقنية الرئيسية التي تواجه السلينجاترون. في ورقته البحثية الأولية، افترض الدكتور ديريك أ. تيدمان، مخترع السلينجاترون، أنه من أجل القضاء على الاحتكاك، يجب دعم المقذوف بواسطة الرفع المغناطيسي في أنبوب مفرغ. لاحقًا، اقترح تيدمان بدلاً من ذلك أن المقذوفات ذات السطح القابل للتآكل يمكن أن تنزلق مباشرة على جدار أنبوب التوجيه. عند السرعات العالية، سيشكل سطح المقذوف المتبخر وسادة من الغاز لتتحرك المقذوف عليها، مما يقلل من الاحتكاك. وتوقع أن معظم الطاقة المفقودة بسبب الاحتكاك ستذهب إلى تبخير المقذوف بدلاً من تآكل أنبوب التوجيه، مما يسمح للسلينجاترون بالمقارنة بشكل إيجابي مع البنادق الغازية الخفيفة من حيث تآكل السبطانة.

إن هذا الاحتكاك هو الذي يحدد الحد الأدنى لحجم السلينجاترون لكتلة مقذوف معينة وسرعة إطلاق. بالنسبة لسرعة معينة، فإن المسار الأصغر سوف يتسبب في تعرض المقذوف لتسارع مركزي أعلى، مما يضغط عليه بقوة أكبر في المسار ويزيد من الاحتكاك. إذا كان الاحتكاك مرتفعًا جدًا، فلن يتمكن المقذوف من التسارع. ولا يمكن زيادة سعة حركة الدوران للمسار للتعويض، لأنه يعاني من نفس حد سرعة الطرف مثل الحبل الدوار البسيط. ولكن وفقًا لتحليل تيدمان، فإن السلينجاترون الذي يطلق مقذوفات تزن 1 رطل (454 جرامًا) بسرعة 6 كم / ثانية (حوالي 80٪ من السرعة المدارية) يمكن أن يكون صغيرًا مثل 11.2 مترًا، ^[45] على الرغم من أنه عند أكثر من 10000 دورة في الدقيقة، فإن مثل هذا القاذف سيحتاج إلى سرعة دوران أسرع من بعض محركات الأقراص الصلبة.

تستخدم جميع تصميمات تيدمان اللاحقة للسلنجترون مسارًا حلزونيًا بدلاً من مسار دائري. يبدأ المقذوف في المنتصف ويتسارع في عدة دورات أثناء تحركه للخارج بينما يدور المسار بسرعة ثابتة. لا يحافظ هذا على المقذوف في الطور فحسب، بل يسمح أيضًا، بشرط أن تتمتع محركاته بالطاقة الكافية، للآلة بالعمل في وضع إطلاق سريع، وإطلاق مقذوف مرة واحدة لكل دورة. توفي تيدمان في عام 2019. ^[46]

تعمل شركة SpinLaunch الأمريكية للفضاء الجوي على تطوير نظام إطلاق بالطاقة الحركية يعمل على تسريع الحمولة على ذراع جهاز الطرد المركزي المفرغ من الهواء قبل إطلاقها إلى الفضاء بسرعة تصل إلى 4700 ميل في الساعة (7500 كم / ساعة ؛ 2.1 كم / ثانية). ثم يشعل الصاروخ محركاته على ارتفاع حوالي 200000 قدم (60 كم) للوصول إلى سرعة مدارية تبلغ 17150 ميل في الساعة (27600 كم / ساعة ؛ 7.666 كم / ثانية) بحمولة تصل إلى 200 كجم. أجرت SpinLaunch العديد من اختبارات الإطلاق الناجحة على نموذج أولي بمقياس الثلث اعتبارًا من عام 2023.

في الإطلاق الجوي، تحمل طائرة حاملة المركبة الفضائية إلى ارتفاع وسرعة عاليين قبل إطلاقها. وقد استُخدمت هذه التقنية في المركبات المدارية الفرعية X-15 و SpaceshipOne ، وفي مركبة الإطلاق المدارية Pegasus .

العيوب الرئيسية هي أن الطائرات الحاملة تميل إلى أن تكون كبيرة جدًا، ولم يتم إثبات الفصل داخل تدفق الهواء عند السرعات تفوق سرعة الصوت أبدًا حيث أن الدفعة المقدمة متواضعة نسبيًا.

الطائرة الفضائية هي طائرة مصممة لتجاوز حافة الفضاء . وهي تجمع بين بعض ميزات الطائرة وبعض ميزات المركبة الفضائية . وعادة ما تكون على شكل مركبة فضائية مجهزة بأسطح ديناميكية هوائية ومحرك صاروخي واحد أو أكثر، وأحيانًا دفع هوائي إضافي أيضًا.

تم استخدام الطائرات الفضائية المبكرة لاستكشاف الرحلات الجوية الأسرع من الصوت (على سبيل المثال X-15 ). ^[47]

بعض التصاميم القائمة على محرك تنفس الهواء (راجع X-30 ) مثل الطائرات القائمة على محركات سكرامجت أو محركات التفجير النبضي يمكن أن تحقق سرعة مدارية أو تذهب بطريقة مفيدة للقيام بذلك؛ ومع ذلك، لا يزال يتعين على هذه التصاميم إجراء حرق صاروخي نهائي في أوجها لجعل مسارها دائريًا لتجنب العودة إلى الغلاف الجوي. يبدو أن التصميمات الأخرى الشبيهة بالمحركات التوربينية النفاثة القابلة لإعادة الاستخدام مثل سكايلون التي تستخدم محركات نفاثة مبردة مسبقًا تصل إلى ماخ 5.5 قبل استخدام الصواريخ لدخول المدار لها ميزانية كتلة تسمح بحمولة أكبر من الصواريخ النقية مع تحقيقها في مرحلة واحدة.

تستطيع البالونات رفع الارتفاع الأولي للصواريخ. ومع ذلك، تتمتع البالونات بحمولة منخفضة نسبيًا (على الرغم من أن مشروع Sky Cat هو مثال على بالون رفع ثقيل مخصص للاستخدام في الغلاف الجوي السفلي)، وتنخفض هذه الحمولة بشكل أكبر مع زيادة الارتفاع.

يمكن أن يكون الغاز المستخدم في الرفع الهيليوم أو الهيدروجين . والهيليوم ليس مكلفًا فقط عند توفره بكميات كبيرة ولكنه أيضًا مورد غير متجدد . وهذا يجعل البالونات تقنية مساعدة باهظة الثمن في الإطلاق. يمكن استخدام الهيدروجين لأنه يتميز بأنه أرخص وأخف وزنًا من الهيليوم، ولكن عيبه أيضًا أنه شديد الاشتعال. وقد تم إثبات إطلاق الصواريخ من البالونات، المعروفة باسم " الصواريخ الصاروخية "، ولكن حتى الآن، فقط للمهام دون المدارية ("الصواريخ التجريبية") سيكون حجم البالون المطلوب لرفع مركبة الإطلاق المدارية كبيرًا للغاية.

تم تصنيع نموذج أولي لمنصة إطلاق بالون بواسطة شركة JP Aerospace تحت اسم "Project Tandem"، ^[48] على الرغم من أنه لم يتم استخدامه كمركبة لإطلاق الصواريخ. كما تقترح شركة JP Aerospace مرحلة علوية أسرع من الصوت وأخف من الهواء. كما تعمل شركة إسبانية، zero2infinity ، على تطوير نظام إطلاق رسميًا يسمى bloostar استنادًا إلى مفهوم rockoon ، ومن المتوقع أن يصبح جاهزًا للعمل بحلول عام 2018. ^{[49] [ بحاجة لتحديث ]}

اقترح جيرارد ك. أونيل أنه باستخدام البالونات الكبيرة جدًا قد يكون من الممكن إنشاء ميناء فضائي في طبقة الستراتوسفير . يمكن إطلاق الصواريخ منه أو يمكن لمحرك كتلة تسريع الحمولات إلى المدار. ^[50] هذا له ميزة أن معظم (حوالي 90٪) من الغلاف الجوي يقع تحت ميناء الفضاء. SpaceShaft هو نسخة مقترحة من هيكل عائم في الغلاف الجوي من شأنه أن يعمل كنظام لرفع البضائع إلى ارتفاعات قريبة من الفضاء ، مع منصات موزعة على عدة ارتفاعات من شأنها أن توفر مرافق سكنية للعمليات البشرية طويلة المدى في جميع أنحاء الغلاف الجوي الأوسط وارتفاعات الفضاء القريب. ^{[51] [52] [53]} بالنسبة للإطلاق الفضائي، فإنه سيكون بمثابة مرحلة أولى غير صاروخية للصواريخ التي يتم إطلاقها من الأعلى. ^[52]

قد يتم الجمع بين تقنيات منفصلة. في عام 2010، اقترحت وكالة ناسا أنه قد يتم تسريع طائرة سكرامجت المستقبلية إلى 300 متر/ثانية (وهو حل لمشكلة عدم إمكانية بدء تشغيل محركات سكرامجت بسرعة تدفق هواء صفرية) عن طريق المساعدة الكهرومغناطيسية أو غيرها من وسائل الإطلاق ، مما يؤدي بدوره إلى إطلاق صاروخ المرحلة الثانية الذي يحمل قمرًا صناعيًا إلى المدار. ^[54]

جميع أشكال قاذفات المقذوفات هي أنظمة هجينة جزئيًا على الأقل إذا تم إطلاقها إلى مدار أرضي منخفض ، بسبب متطلبات الدوران المداري ، والتي تنطوي على ما لا يقل عن 1.5 في المائة من إجمالي دلتا في لرفع الحضيض (على سبيل المثال حرق صاروخ صغير)، أو في بعض المفاهيم أكثر من ذلك بكثير من دافع الصواريخ لتسهيل تطوير مسرع الأرض. ^[15]

يمكن لبعض التقنيات أن يكون لها مقياس أسي إذا تم استخدامها بمعزل عن بعضها البعض، مما يجعل تأثير التركيبات يكون بحجم يخالف البديهة. على سبيل المثال، 270 م/ث أقل من 4٪ من سرعة مدار الأرض المنخفض ، لكن دراسة أجرتها وكالة ناسا قدرت أن إطلاق مزلجة ماجليفتر بهذه السرعة يمكن أن يزيد من حمولة صاروخ ELV التقليدي بنسبة 80٪ عند جعل المسار يرتفع أيضًا إلى جبل يبلغ ارتفاعه 3000 متر. ^[55]

إن أشكال الإطلاق الأرضي المحدودة بتسارع أقصى معين (مثل تلك الناتجة عن تحمّلات قوة الجاذبية البشرية إذا كانت مخصصة لنقل الركاب) لها مقياس طول قاذفة أدنى مماثل ليس خطيًا ولكن بسرعة مربعة. ^[56] يمكن أن يكون للحبال مقاييس غير خطية وأسية أكثر. ستكون نسبة كتلة الحبل إلى الحمولة في حبل الفضاء حوالي 1:1 بسرعة طرفية 60٪ من سرعته المميزة ولكنها تصبح أكثر من 1000:1 بسرعة طرفية 240٪ من سرعته المميزة . على سبيل المثال، من أجل التطبيق العملي المتوقع ونسبة كتلة معتدلة مع المواد الحالية، فإن مفهوم HASTOL سيكون له النصف الأول (4 كم / ثانية) من السرعة إلى المدار يتم توفيرها بوسائل أخرى غير الحبل نفسه. ^[11]

اقترح ماشال سافاج في كتابه "مشروع الألفية" اقتراحًا لاستخدام نظام هجين يجمع بين محرك كتلة للرفع الأولي يتبعه دفع إضافي بواسطة سلسلة من أشعة الليزر الأرضية المتسلسلة وفقًا للطول الموجي كواحدة من الأطروحات الأساسية للكتاب، لكن الفكرة لم يتم متابعتها بأي درجة ملحوظة. أثبتت مقترحات سافاج المحددة أنها غير قابلة للتطبيق على أسس هندسية وسياسية، وبينما يمكن التغلب على الصعوبات، فإن المجموعة التي أسسها سافاج، والتي تسمى الآن مؤسسة الكون الحي ، لم تتمكن من جمع أموال كبيرة للبحث.

إن الجمع بين تقنيات متعددة من شأنه في حد ذاته أن يزيد من التعقيد وتحديات التطوير، ولكن تقليل متطلبات الأداء لنظام فرعي معين قد يسمح بتقليل تعقيده الفردي أو تكلفته. على سبيل المثال، قد يكون عدد الأجزاء في محرك صاروخ يعمل بالوقود السائل أقل بمقدار مرتبتين من حيث الحجم إذا تم تغذيته بالضغط بدلاً من التغذية بالمضخة إذا كانت متطلبات دلتا في محدودة بما يكفي لجعل عقوبة الوزن لمثل هذا خيارًا عمليًا، أو قد يكون قاذف أرضي عالي السرعة قادرًا على استخدام أداء معتدل نسبيًا ووقود صلب غير مكلف أو محرك هجين صغير على مقذوفته. ^{[57] قد يعوض} المساعدة بالطرق غير الصاروخية عن عقوبة الوزن لجعل الصاروخ المداري قابلاً لإعادة الاستخدام . على الرغم من أن المركبة الفضائية المدارية ، وهي أول مركبة فضائية خاصة مأهولة، قد قللت من متطلبات أداء الصاروخ بسبب كونها نظامًا مشتركًا مع إطلاقها الجوي . ^[58]

• الإطلاق الجوي إلى المدار
• مقارنة بين أنظمة الإطلاق المداري
• هوبر (مركبة فضائية)
• سائق الكتلة
• دفع المركبات الفضائية

• القائمة القياسية لطرق النقل والهندسة الفضائية
• قائمة المراجع الخاصة بنقل الأرض إلى المدار، وهي منشور موسع عن الأساليب الجديدة لنقل الأرض إلى المدار
• وثيقة برنامج المركبة الفضائية المدارية الفرعية
• جائزة Google Lunar X PRIZE محفوظ في 2016-03-05 على موقع Wayback Machine ، بعض المبادرات التجارية