3, 2, 1...løft! Videnskaben om at affyre raketter fra Australien

Australiens rumagentur vil officielt påbegynde operationer den 1. juli 2018.

Mens åbningsagenturets leder Megan Clarke undersøger vores nationale kapacitet i rummet, mange stater fremsætter stærke sager vedrørende deres eksisterende forhold, menneskelige ressourcer og infrastruktur.

Men hvorfra skal Australien affyre raketter? Woomera i South Australia affyrede sin første raket i 1967, men i virkeligheden kunne Australien understøtte flere lanceringssteder. Og jo tættere på ækvator, typisk jo bedre.

Lad os se på hvorfor.

Lancering af nyttelasten

Det første trin i en rumfart er at lancere nyttelasten (typisk en satellit) og få den til at blive i en passende bane uden at falde tilbage til jorden.

For at opnå dette, først skal raketten løfte sig selv og nyttelasten fra affyringsrampen, gennem de lavere niveauer af atmosfæren til højder større end 100 km. Dette opnås ved hjælp af en nær lodret bane.

En gang uden for atmosfæren, stigningsvinklen reduceres, og raketten begynder at accelerere for at nå sin kredsløbshastighed. Den skal køre med mere end 7,8 km/s (ca. 28000 km/t) for at blive i Low-Earth Orbit (LEO). LEO'er er baner med en højde på mindre end 2000 km, og bruges af de fleste små satellitter.

Størstedelen af ​​raketbrændstoffet bruges i denne accelerationsfase. Den høje sluthastighed er påkrævet for at sikre, at den frigivne nyttelast forbliver i kredsløb.

Imidlertid, ved passende valg af lanceringssted og lanceringsretning, den nødvendige hastighed for at opnå LEO kan reduceres.

Jorden roterer en omdrejning om dagen i østlig retning, hvilket resulterer i en overfladehastighed på 0,46 km/s (ca. 1670 km/t) ved ækvator. Når du bevæger dig mod nord eller syd fra ækvator, denne overfladehastighed falder.

Så, i det ideelle tilfælde, lancerer østpå fra ækvator, hastigheden for at blive i LEO reduceres fra 7,8 km/s til cirka 7,3 km/s.

Da brændstof, der kræves for at opnå disse hastigheder, er proportional med hastigheden i anden kvadrat, dette er en væsentlig besparelse.

Forskellige opsendelser til forskellige baner

Denne hastighedsfordel er vigtigst for rumfartøjer, der forlader jorden, og satellitter, der går til geostationær kredsløb (en høj kredsløb om jorden, hvor de roterer med jorden og forbliver nøjagtigt over et fast punkt på jorden). Ved at starte fra ækvator i en retning mod øst kan de fuldt ud udnytte denne hastighedsfordel.

Imidlertid, for små satellitter, der sigter efter LEO, har dette begrænset værdi. De ville cirkle over ækvator og kunne kun se (eller være synlige fra) en strimmel flere hundrede kilometer bred.

I stedet er de fleste LEO-opsendelser lidt nord eller syd for ækvator, så den resulterende bane er skrå i forhold til jordens ækvatoriale plan. Fra disse baner, efter flere afleveringer, det meste af jorden (undtagen nord- og sydpolen) er synlig.

Et godt eksempel på en sådan bane er den internationale rumstation, som kan spores på ISS tracker.

Undtagelsen fra dette er satellitter i det, der kaldes solsynkrone og polære baner, flyver næsten direkte over nord- og sydpolen. Disse kræver lanceringer i nord eller syd retning og kan ikke udnytte hastighedsfordelen.

Blå himmel, ingen vind

Den største motivator for at bygge opsendelsessteder tæt på ækvator er hastighedsfordelen og tilhørende brændstofbesparelser nævnt ovenfor. Reduktioner i brændstofmasse tillader stigninger i tilladt nyttelastmasse.

Dette afspejles af de store veletablerede rumhavne:Cape Canaveral i Florida (USA), Baikonur Cosmodrome i Kasakhstan (Rusland), Kourou i Fransk Guinea (Europa), og Jiuqan (Kina), som alle er placeret i nærheden af ​​ækvator.

Ser frem til, der vil være betydelig efterspørgsel efter fremtidig opsendelseskapacitet til LEO enten på skrå eller solsynkrone baner, da de er nemme at nå og velegnede til observations- og kommunikationssatellitter.

Sekundære overvejelser ved valg af opsendelsessteder er vejr- og klimarelaterede. Det er klart, at dage med blå himmel med lidt vind er ønskelige til opsendelse, men – som demonstreret af Cape Canaveral i Florida – er det muligt at drive en rumhavn i en region, der regelmæssigt besøges af orkaner. Ikke desto mindre nævner NASA vejret som en af ​​hovedårsagerne til opsendelsesforsinkelser.

Endelig, det er ønskeligt, at lanceringspladserne ligger tæt på byer, så folk har et sted at bo, og så lanceringssteder kan bidrage til lokalsamfundet.

Lancering fra Australien

Australien har en rig arv inden for rumrelateret innovation, forskning, og samarbejde, går tilbage til NASA Mercury- og Gemini-programmerne.

I dag er der flere hjemmelavede start-ups, der udvikler opsendelsesmuligheder for adgang til rummet, såsom Hypersonix og Gilmour Space Technologies (plus Rocketlab i New Zealand), alle specifikt målrettet mod små satellitopskydninger.

En udvikling herfra ville være en australsk rumhavn, hvilket yderligere ville anspore til denne udvikling og hjælpe med at vokse Australiens rumindustri.

Hidtil er størstedelen af ​​raketopsendelser i Australien blevet udført i Woomera Prohibited Area, beliggende i det sydlige Australien. En fordel ved Woomera er, at baner til at begynde med løber over land. Dette muliggør lettere kommunikation med raket- eller flyveeksperimentet, hvilket gør den ideel til raketudvikling. Men dette er ikke afgørende ved opsendelser af rum.

At være et stort land, Australien kan rumme flere lanceringssteder. Equatorial Launch Australia (ELA) annoncerede for nylig, at de har sikret sig jord til at starte opførelsen af ​​Arnhem Space Center i Northern Territory i 2018.

På samme måde udforsker Australian Space Launch (ASL) steder i Bowen-regionen, North Queensland og Southern Launch har startet valg af sted langs sydkysten.

Rumopsendelser fra Australien kan forventes i en ikke så fjern fremtid. At have en national opsendelseskapacitet vil øge den voksende rum- og satellitindustri markant.

Denne artikel blev oprindeligt publiceret på The Conversation. Læs den originale artikel.