Представим космический аппарат (КА), передняя часть которого состоит из центрального конуса обтекателя и кольцевого газозаборника по его краям, при этом соотношение площади основания конуса и кольцевого газозаборника подобрана таким чтобы обеспечить минимальный нагрев водорода, составляющего основную массу газа поступающего в газозаборника, при движении КА через атмосферу планеты. Идеальной ситуацией был бы полный отказ от конуса обтекателя, но данный элемент скрывает за собой механизмы и устройства КА а также бак товарного водорода, по этому при возможности он должен быть как можно меньше но не может иметь нулевую площадь.
Разделим поступающий поток водорода на два, массовое соотношение между которыми установим позже. Подвергнем первый поток резкому значительному сжатию посредством сужения канала через который он протекает и как следствие значительному возрастанию температуры потока. Одновременно будет производить охлаждение первого потока за счет второго. При достижении определенно давления первого потока отводим его из тракта теплообмена и подвергаем его резкому расширению что приводит к его конденсации. Результатом данного процесса является сжижение атмосферного водорода поступившего на борт КА который направляется в бак товарного водорода.
Второй поток водорода нагретый за счет первого направляем в
прямоточный твердофазный ядерный двигатель где нагреваем его до
температуры более 3000К и выбрасываем с обратной
стороны КА через с сопло с удельным импульсом
I_{SP}=3,000км/с, для компенсации сопротивления
атмосферы и увеличения массы КА за счет товарного водорода.
Интересной особенностью такого движения является то что на него не распространяется формула Циолковского потому что при данном движении скорость КА остается постоянной и извиняется лишь его масса.
Определим какое должно быть массовое соотношение между двумя потоками водорода пренебрегая различными потерями связанными с несовершенством конструкции.
Принимая первую космическую скорость V1=15.061км/с,
а скорость вращения планеты на экваторе V_E=2.590км/с,
находим скорость V_{atm} движения космического
аппарата относительно атмосферы планеты по формуле:
Находим массовое отношение m_1 по формуле:
Таким образом получается что из каждый 2,385(6)
единиц массы поступающих на борт КА 1,385(6)
направляется в прямоточный ТфЯРД, а 1,0 единиц массы в
бак товарного водорода.
Не существует каких либо принципиальных ограничений на такой полет и как следствие он может продолжаться до полного заполнения товарного бака водородом.
Принимая Гомановскую скорости V_H=5.933км/с по
трансземной траектории, находим полную отлетную скорость
V_{UE}, по формулам:
Находим массовый расход водорода m_2 при переходе
на трансземную траекторию по формуле:
Находим полный массовый расход водорода m_3 связанный с выводом одно единицы массы на траснземную траекторию, по формуле:
Таким образом для вывода 1,0 единицы массы на трансземную орбиту из атмосферы Урана требуется 5,209 единиц реактивной массы, что в общем то меньше чем требуется для вывода полезной нагрузки с поверхности Земли.
Стоит отметь что время полета по траснземной траектории составит примерно 32,2 года. Не быстро конечно но в следующем посту, если он будет, будет показано что запуск водорода в сторону земли это лишь первый этап гораздо более сложного и хитрого плана по обеспечению земли реактивной массой на низкой опорной земной орбите.
