Legătură spațială

Legăturile spațiale sunt legături  lungi care pot fi folosite pentru propulsie, schimb de impuls, stabilizare și control al atitudinii sau pentru a menține poziția relativă a componentelor unui sistem mare de satelit/navă spațială cu senzori împrăștiați. În funcție de obiective și de altitudinea de zbor, zborul spațial care utilizează această formă de propulsie a navelor spațiale este considerat teoretic semnificativ mai puțin costisitor decât zborul spațial folosind doar motoare de rachetă .

Metode de bază

Sateliții Tether pot fi utilizați pentru o varietate de scopuri, inclusiv studii de propulsoare, stabilizarea mareelor ​​și dinamica plasmei orbitale. Sunt în curs de dezvoltare cinci metode majore de utilizare a legăturilor spațiale.

Cablurile electrodinamice sunt folosite în principal pentru a genera tracțiune. Acestea sunt cabluri conductoare care, cu ajutorul curentului, pot genera tracțiune sau rezistență împotriva câmpului magnetic planetar, la fel ca un motor electric.

Acestea pot fi fie legături care se rotesc, fie legături care nu se rotesc care apucă o navă spațială care vine și apoi o eliberează pe o altă orbită cu o viteză diferită. Legăturile de schimb de impuls pot fi folosite pentru manevre orbitale sau ca parte a unui sistem de transport planetar de la suprafață la orbită/orbită la plecare.

Aceasta este de obicei o legătură neconductivă care menține cu precizie o distanță predeterminată între mai multe nave spațiale care zboară în formație.

O variantă a unei pânze solare cu legături încărcate electric care generează impuls prin împingerea ionilor vântului solar.

Concept pentru agățarea unui obiect pe o orbită legată în spațiu.

Au fost propuse multe aplicații pentru legăturile spațiale, inclusiv desfășurarea ca ascensoare spațiale, ca skyhooks și pentru a efectua transferuri orbitale fără utilizarea de propulsor.

Istorie

Konstantin Ciolkovski a propus odată un turn atât de înalt încât să ajungă în spațiu, astfel încât să fie ținut acolo prin rotația Pământului . Cu toate acestea, la acea vreme, nu exista o modalitate realistă de a-l construi.

În 1960, Komsomolskaya Pravda a publicat un articol al lui Yuri Artsutanov în care detalia ideea unui cablu de tracțiune care să fie rulat de la un satelit geosincron până la pământ și în sus, menținând cablul echilibrat [1] . Aceasta este ideea unui lift spațial , un tip de legătură sincronă care se rotește cu pământul. Cu toate acestea, având în vedere tehnologia materială a vremii, și acest lucru nu era practic pe Pământ.

În anii 1970, Jerome Pearson a venit în mod independent cu ideea unui lift spațial, uneori numit o legătură sincronă, și a analizat în special un ascensor lunar care putea trece prin punctele L1 și L2 și s-a constatat că acest lucru era deja posibil cu materiale, existente la acea vreme.

În 1977, Hans Moravec și mai târziu Robert Forward au investigat fizica cârligelor cerești nesincrone, cunoscute și sub numele de cârlige cerești rotative, și au efectuat simulări detaliate ale legăturilor conice rotative care ar putea ridica obiecte de pe suprafață și le-ar plasa pe Lună , Marte , și alte planete, cu pierderi mici sau chiar cu o creștere netă a energiei.

În 1979, NASA a explorat fezabilitatea acestei idei și a dat direcție studiului sistemelor legate, în special sateliților legați.

În 1990, E. Sarmont a propus un Skyhook Orbital care nu se rotește pentru un sistem de transport spațial cu viteze de la Pământ la orbită și de ieșire în articolul „Orbital Skyhook: Acces la spațiu”. În acest concept , un vehicul de lansare suborbital ar zbura spre capătul inferior al Skyhook, în timp ce o navă spațială care se îndreaptă către sau se întoarce de pe o orbită superioară ar folosi capătul superior.

În anul 2000, NASA și Boeing au luat în considerare conceptul HASTOL , în care o legătură rotativă transporta încărcături utile de la o aeronavă hipersonică (la jumătate de viteză orbitală) pe orbită [2] .

Misiuni

Un satelit tether este un satelit conectat la un alt tether spațial. Au fost lansați o serie de sateliți pentru a testa tehnologiile de prindere, cu diferite grade de succes.

Tipuri

Există multe tipuri diferite (și care se suprapun) de legături.

Cabluri de schimb de impulsuri, rotative

Legăturile cu schimb de impulsuri sunt una dintre numeroasele utilizări ale legăturilor spațiale. Teterele de schimb de impuls sunt de două tipuri; rotativ și nerotitor. Cablul rotativ va crea o forță controlată asupra maselor finale ale sistemului datorită accelerației centrifuge. În timp ce sistemul de prindere se rotește, obiectele de la fiecare capăt al legăturii vor experimenta o accelerație constantă; Cantitatea de accelerație depinde de lungimea cablului și de viteza de rotație. Schimbul de impuls are loc atunci când corpul de capăt este eliberat în timpul rotației. Transferarea impulsului către obiectul eliberat va face ca legătura rotativă să piardă energie și, prin urmare, să piardă viteză și altitudine. Cu toate acestea, folosind propulsia electrodinamică sau propulsia ionică, sistemul se poate consolida apoi cu o risipă mică sau deloc de masă de reacție.

Orbital Skyhook

Un cârlig ceresc rotativ și stabilizat pe orbită.

Un skyhook este o clasă teoretică de legături orbitale concepute pentru a ridica sarcini utile la altitudini și viteze mari. Propunerile Skyhook includ proiecte care folosesc legături care se rotesc la viteze hipersonice pentru a prinde încărcături utile de mare viteză sau avioane la altitudine mare și a le lansa pe orbită.

Cablu electrodinamic

Legăturile electrodinamice sunt fire conductoare lungi, cum ar fi cele desfășurate de la un satelit de legătură, care pot funcționa pe principii electromagnetice ca generatoare prin conversia energiei lor cinetice în energie electrică sau ca motoare prin conversia energiei electrice în energie cinetică. Un potențial electric este generat printr-un cablu conductor în timp ce acesta se deplasează prin câmpul magnetic al pământului. Alegerea unui conductor metalic pentru utilizare într-o legătură electrodinamică este determinată de mulți factori. Principalii factori sunt de obicei conductivitatea electrică ridicată și densitatea scăzută. Factorii secundari, în funcție de aplicație, includ costul, rezistența și punctul de topire.

Documentarul Orphans of Apollo a legarea electrodinamică drept o tehnologie care urma să fie folosită pentru a menține pe orbită stația spațială rusă Mir .

Formarea legaturilor, zbor

Aceasta este utilizarea unei legături (de obicei) neconductoare pentru a conecta mai multe nave spațiale. Propus în 2011, un experiment pentru studierea acestei tehnici este Tethered Experiment for Interplanetary Operations on Mars (TEMPO³).

Sistem universal de suport orbital

Un tip teoretic de sistem prin satelit care nu se rotește, acesta este un concept pentru furnizarea de suport spațial pentru lucrurile suspendate deasupra unui obiect astronomic. Un sistem orbital este un sistem de mase cuplate în care o masă de sprijin superioară (A) este plasată pe orbită în jurul unui corp ceresc dat, astfel încât să poată menține o masă ponderată (B) la o anumită înălțime deasupra suprafeței corpului ceresc, dar mai mic decât (A).

Dificultăți tehnice

Stabilizarea gradientului gravitațional

Descrierea forțelor care contribuie la menținerea alinierii gradientului gravitațional în sistemul de ham.

Pe lângă rotirea, cablurile pot fi și drepte datorită diferenței ușoare de gravitație de-a lungul lungimii lor.

Sistemul de prindere nerotativ are o orientare stabilă care este aliniată de-a lungul verticalei locale (solul sau alt corp). De obicei, fiecare navă spațială are o balanță gravitațională (de exemplu, Fg1) și centrifugă (de exemplu, Fc1), dar atunci când este legată, aceste valori încep să se schimbe una față de cealaltă. Acest fenomen are loc deoarece, fără o prindere, o masă la altitudine mare se va mișca mai încet decât o masă la o altitudine mai mică. Sistemul trebuie să se miște cu aceeași viteză, așa că cablul trebuie să încetinească masa inferioară și să o accelereze pe cea superioară. Forța centrifugă a corpului superior legat este crescută, în timp ce forța de înălțime inferioară este redusă. Acest lucru face ca forța centrifugă a corpului superior și forța gravitațională a corpului inferior să fie dominante. Această diferență de forță aliniază în mod natural sistemul cu verticala locală, așa cum se arată în figură.

Oxigen atomic

Obiectele aflate pe orbita joasă a Pământului sunt supuse unei eroziuni vizibile din cauza oxigenului atomic din cauza vitezei mari de impact orbital a moleculelor, precum și a reactivității lor ridicate. Acest lucru poate distruge rapid legătura.

Micrometeoriți și resturi spațiale

Legăturile simple cu un singur fir sunt susceptibile la micrometeoriți și resturile spațiale. De atunci, au fost propuse și testate mai multe sisteme pentru a îmbunătăți rezistența la contaminare:

• Laboratorul de Cercetare Navală din SUA a lansat cu succes un cablu de 6 km lungime, 2-3 mm diametru, cu un strat exterior Spectra 1000 și un miez din fire acrilice. Acest satelit, Physics and Survivability Experiment (TiPS), a fost lansat în iunie 1996 și a rămas în funcțiune timp de 10 ani, înainte de a eșua în final în iulie 2006.
• Dr. Robert Hoyt a brevetat o plasă circulară proiectată, astfel încât tulpinile șuviței tăiate se vor redistribui automat în jurul șuviței rupte. Acesta se numește Hoytether ( în engleză  Hoytether ). Hoyteserii trăiesc teoretic zeci de ani.
• Cercetătorii JAXA au propus, de asemenea, legături de rețea pentru misiunile lor viitoare.

Bucăți mari de resturi pot tăia în continuare cele mai multe legături, inclusiv versiunile îmbunătățite enumerate aici, dar sunt în prezent urmărite pe radar și au orbite previzibile. Legătura poate fi mișcată pentru a evita bucăți cunoscute de resturi, sau propulsoarele pot fi folosite pentru a schimba orbita pentru a evita coliziunea.

Note

1. ↑ Artsutanov Iuri . "În spațiu - pe o locomotivă electrică"  : gaz .. - " Komsomolskaya Pravda ", 1960. - 31 iulie. (Rusă)
2. ↑ Thomas J. Bogar. Sistemul de lansare orbitală a avionului hipersonic Space Tether: Raportul final de faza I (link indisponibil) . Institutul NASA pentru Concepte Avansate (7 ianuarie 2000). Arhivat din original pe 24 iulie 2011. (nedefinit) 

În cataloagele bibliografice	J9U : 987007563913605171 LCCN : sh2004007603