Bucla de lansare sau bucla Lofstrom este un proiect publicat al unui sistem de transport prin cablu conceput pentru a lansa marfa pe orbita joasă a Pământului. Proiectul se bazează pe un cordon buclat (buclă) care se deplasează continuu cu viteză mare (12-14 km/s) în interiorul tubului vidat. Pentru ca cablul să nu intre în contact cu pereții țevii, aceștia sunt separați unul de celălalt printr-o suspensie magnetică, similar cu modul în care se face într-un magnetoplan . În general, acest dispozitiv este o structură grandioasă de aproximativ 2000 km lungime, iar bucla în sine trebuie să se ridice la o înălțime de până la 80 km și să rămână pe ea datorită impulsului cablului care se rotește. Rotirea cablului transferă în esență greutatea întregii structuri pe perechea de rulmenți magnetici care o susțin, câte unul la fiecare capăt.
Bucla de lansare este concepută pentru lansări fără rachete ale navelor spațiale cu o greutate de până la 5 tone folosind accelerația electromagnetică, atât pe orbita joasă a Pământului, cât și dincolo. Accelerația se realizează pe o secțiune plată a cablului, care se află în afara atmosferei dense [1] .
Costul estimat publicat pentru o buclă de lansare funcțională s-a dovedit a fi semnificativ mai mic decât pentru un ascensor spațial , în timp ce sistemul propus are o performanță de lansare mai mare, un cost mai mic și o capacitate de sarcină utilă aceeași sau chiar mai mare decât omologul său [2] . Spre deosebire de liftul spațial, acesta nu necesită nicio dezvoltare de noi materiale [3] .
Sistemul este conceput pentru a sprijini lansările turistice spațiale , precum și explorarea și colonizarea spațiului spațial , cu o forță g relativ ușoară de 3g.
Bucla de lansare a fost descrisă pentru prima dată de Keith Lofstrom în noiembrie 1981 în Forumul Cititorilor Societății Americane de Astronautică și în august 1982 în L5 Society News. Un studiu mai detaliat al ideii a fost făcut de Lofstrom în 1983-1985. [3]
În 1982, Paul Birch a publicat o serie de lucrări în Journal of the British Interplanetary Society care descriu inelele orbitale , precum și un design pe care l-a numit „Partial Orbital Ring System” (PSOC) [4] . Într-o versiune rafinată a SCOC, inelele orbitale sunt ordonate astfel încât obiectul lansat este accelerat de un câmp electromagnetic de-a lungul unei traiectorii potrivite pentru lansarea oamenilor în spațiu. Dar dacă levitația magnetică supraconductoare este utilizată în inelul orbital , atunci suspensia electromagnetică este utilizată în bucla de lansare.
Bucla de lansare este o structură de aproximativ 2000 km în dimensiune. Bucla în sine se ridică de la suprafața pământului până la o înălțime de 80 km, trece la această înălțime de 2000 km, coboară din nou la suprafața pământului, se întoarce și apoi se repetă până la punctul de plecare. Bucla are forma unui tub, goală în interior și numită teacă . Suspendat în interiorul carcasei este un alt tub solid numit rotor , care este un cordon sau un lanț. Rotorul este din fier si are un diametru de aproximativ 5 cm.Se misca in cerc in interiorul buclei cu o viteza de 14 km/s.
Deși bucla este foarte lungă, aproximativ 4000 km, rotorul în sine este destul de subțire, aproximativ 5 cm în diametru, iar carcasa nu este mult mai mare. Rotorul este realizat din fier feromagnetic sub formă de cordon sau tub, cu rosturi de dilatație longitudinale aproximativ la fiecare metru. Rotorul este separat de carcasă prin rulmenți magnetici servostabilizatori . Învelișul este etanșat, cu un vid menținut pentru a minimiza rezistența asupra rotorului.
În repaus, bucla va fi la nivelul solului. Apoi, rotorul va fi accelerat de un motor liniar , care va consuma câteva sute de megawați de putere. Pe măsură ce viteza crește, rotorul se va îndoi și va lua forma unui arc. Cochilia îl va forța într-o curbă care este mai abruptă decât curba balistică. La rândul său, rotorul va transfera forța centrifugă pe carcasă, menținând-o în aer. Bucla va lua forma dorită și va primi o limită de înălțime maximă de ≈80 km prin atașarea cablului la sol. Cu un generator de 300 MW, va dura aproximativ două luni pentru a atinge viteza maximă. Odată rotit complet, rotorul se va roti o dată la aproximativ cinci minute.
După ridicarea structurii, va fi necesară o completare constantă a energiei acesteia pentru a compensa disiparea energiei în rulmenții magnetici, pentru a stabiliza structura și, de asemenea, pentru a compensa pierderile datorate imperfecțiunii carcasei de vid. Toate acestea vor necesita aproximativ 200 MW de putere, fără a lua în calcul energia suplimentară pentru lansarea vehiculelor spațiale [3] .
Pentru lansare, vehiculul este ridicat pe un „cablu de lift” care atârnă de stația de încărcare vestică de la o înălțime de 80 km și așezat pe șinele de ghidare ale etapei superioare. Unitatea de accelerare creează un câmp magnetic, datorită căruia apar curenți turbionari într-un rotor care se mișcă rapid . Ei sunt cei care ridică sarcina utilă deasupra cablului și o împing înainte cu o accelerație de 3 g (30 m/s²). Sarcina utilă este accelerată de rotor până când atinge viteza orbitală necesară, după care părăsește secțiunea de accelerare.
Dacă este necesară o orbită stabilă sau circulară, atunci în momentul în care sarcina utilă atinge cel mai înalt punct al traiectoriei, este necesar să porniți motorul rachetă de bord ("booster") sau alte mijloace necesare pentru a direcționa traiectoria către orbita corespunzătoare. în jurul Pământului [3] .
Metoda curenților turbionari este compactă, ușoară și puternică, dar ineficientă. La fiecare pornire, din cauza disipării puterii, temperatura rotorului crește cu 80 de grade. Dacă greutățile de lansare sunt prea apropiate, temperatura rotorului se poate apropia de 770 °C (1043 K), după care materialul rotorului își va pierde proprietățile feromagnetice și etanșarea acestuia va fi compromisă.
Orbitele cu un perigeu de 80 km sunt instabile din cauza frânării aerodinamice (nava spațială pierde rapid altitudine și cade pe Pământ), dar, pe lângă astfel de orbite, bucla de lansare în sine este capabilă să arunce direct sarcini utile pe orbite care necesită viteze peste evadare. viteza : efectuează o manevră gravitațională în jurul Lunii și căde pe alte orbite îndepărtate, inclusiv pe cele mai apropiate de punctele troiene .
Pentru a asigura lansarea pe orbite circulare din bucla de lansare, va fi necesar un motor de rapel relativ mic, care se va porni în punctul de apogeu și va corecta orbita. Pentru a intra pe orbită geosincronă (GSO) va fi necesară creșterea vitezei cu aproximativ 1,6 km/s, iar pentru a obține o orbită joasă (LO) la o altitudine de 500 km, un plus la viteza de numai 120 m/s va este cerut. Rachetele convenționale necesită adăugări de viteză de aproximativ 10 și 14 km/s pentru a obține NO și, respectiv, GSO [3] .
Bucla de lansare a lui Lofstrom este aproape de ecuator și poate lansa doar pe orbite ecuatoriale. Cu toate acestea, alte planuri orbitale pot fi atinse prin intermediul unei viraj de altitudine, perturbații lunare sau metode aerodinamice.
Rata maximă de lansare a buclei de pornire este de aproximativ 80 pe oră și este în cele din urmă limitată de temperatura și timpul de răcire a rotorului, dar aceasta va necesita o putere de ordinul a 17 GW . O putere mai modestă de 500 MW ar fi suficientă pentru 35 de lansări pe zi [3] .
Pentru ca bucla de lansare să fie viabilă din punct de vedere economic, este nevoie de apariția unor clienți cu cerințe de capacitate de lansare suficient de mari.
Lofstrom estimează că pentru ca costul inițial al buclei, care este de aproximativ 10 miliarde de dolari, să se achite într-un an, ar trebui lansate 40.000 de tone de marfă pe an, în timp ce costul punerii pe orbită ar fi de aproximativ 300 de dolari/kg. Dacă investiția inițială crește la 30 de miliarde de dolari (pentru a construi o buclă mai puternică), bucla va putea lansa 6 milioane de tone de marfă pe an și, având în vedere o perioadă de amortizare de cinci ani, costul lansării în spațiu ar putea fi mai mic de $3 / kg [5] .
Este de așteptat ca bucla de lansare să poată asigura o rată mare de lansări (mai multe lansări pe oră, indiferent de vreme), iar acest sistem practic nu va polua mediul. Lansările de rachete generează poluare cu nitrați din cauza temperaturii ridicate a gazelor de eșapament și, în funcție de tipul de combustibil, pot fi eliberate gaze cu efect de seră. Bucla de lansare, ca un fel de centrală electrică, este prietenoasă cu mediul, poate funcționa din orice sursă de energie: geotermală, nucleară, solară, eoliană sau orice alt tip, chiar intermitent, deoarece sistemul are încorporat un imens depozit de energie. .
Spre deosebire de un ascensor spațial, care trebuie să treacă prin centura de radiații în câteva zile, pasagerii buclei de lansare pot fi lansați pe orbita joasă a Pământului, care se află sub centura de radiații, sau pot trece prin aceasta în câteva ore. Această situație este similară cu cea cu care se confruntă astronauții Apollo, pentru care dozele de radiații sunt de 200 de ori mai mici decât le poate oferi un ascensor spațial [6] .
Spre deosebire de un ascensor spațial, care este expus riscului de coliziune cu resturi spațiale și meteoriți pe toată lungimea sa, bucla de lansare este situată la altitudini unde orbitele sunt instabile din cauza rezistenței aerului. Resturile spațiale nu rămân acolo mult timp, șansa de coliziune cu instalația este destul de mică. În timp ce durata de viață a unui ascensor spațial este de ordinul câțiva ani, deteriorarea sau distrugerea buclei de lansare este relativ rară. În plus, bucla de lansare în sine nu este o sursă semnificativă de resturi spațiale, chiar și în cazul unui accident. Toate fragmentele sale posibile vor avea un perigeu care se intersectează cu atmosfera, sau vitezele lor vor fi sub prima cea cosmică.
Bucla de lansare este orientată spre transportul de oameni, deoarece accelerația maximă de 3g este sigură în ea, marea majoritate a oamenilor fiind capabilă să o reziste [3] . În plus, oferă o modalitate mult mai rapidă de a ajunge în spațiul cosmic decât liftul spațial.
Bucla de lansare va funcționa liniștit, spre deosebire de rachete, nu va avea niciun efect de zgomot.
În cele din urmă, costul scăzut al plasării unei sarcini utile pe orbită îl face potrivit pentru turismul spațial comercial pe scară largă și chiar pentru colonizarea spațiului .
Bucla nerăsucită va stoca o cantitate imensă de energie cinetică . Deoarece sistemul maglev va fi foarte redundant, defecțiunea într-o zonă mică nu va afecta performanța sistemului. Dar dacă are loc o distrugere semnificativă a structurii, întreaga energie stocată va fi eliberată (1,5 × 10 15 jouli sau 1,5 petajouli), ceea ce este echivalent cu o explozie a unei bombe atomice , cu o putere de 350 kilotone în echivalent TNT (deși fără radiații). radiații). Deși aceasta este o cantitate uriașă de energie, este puțin probabil ca întreaga structură să fie distrusă din cauza dimensiunilor sale foarte mari și, de asemenea, pentru că, dacă este detectată o defecțiune, cea mai mare parte a energiei va fi direcționată către un loc special prevăzut. Poate fi necesar să se ia măsuri pentru a coborî cablul de la o înălțime de 80 km cu daune minime, de exemplu, asigurați parașute. Prin urmare, pentru a asigura siguranța și din motive astrodinamice , bucla de lansare va trebui instalată deasupra oceanului în apropierea ecuatorului, departe de așezări.
Designul publicat al buclei de lansare necesită levitație magnetică controlată electronic pentru a minimiza disiparea puterii și a stabiliza atenuarea cablului cauzată de alte cauze. Instabilitatea va apărea în primul rând în secțiunile pivotante și, de asemenea, în cablu.
Platanele sunt potențial instabile, deoarece îndepărtarea rotorului de magneți duce la o scădere a atracției magnetice, în timp ce deplasarea către magneți creează o creștere a atracției. În orice caz, apare instabilitatea. Această problemă este rezolvată cu ajutorul sistemelor de servocontrol care controlează puterea magneților. Deși fiabilitatea servo-urilor la viteze mari ale rotorului face obiectul cercetării, un număr foarte mare de secțiuni de servo în serie se vor pierde pentru a conține rotorul în cazul unei defecțiuni a sistemului.
Secțiuni de cablu vor împărtăși și această soartă potențială, deși forțele aici sunt mult mai puține. Cu toate acestea, există o altă instabilitate potențială, care constă în faptul că cablul / manta / rotorul poate suferi șerpuire (ca un lanț Lariat), în plus, amplitudinea oscilațiilor acestui proces poate crește fără restricții ( rezonanță ). Lofstrom crede că această instabilitate poate fi controlată și în timp real folosind mecanisme servo, deși nimeni nu a făcut încă acest lucru.
Pentru a menține vidul din sistem la un nivel acceptabil, veți avea nevoie de o mulțime de pompe de vid distribuite uniform pe lungime (adică și la o altitudine de 80 de kilometri) care funcționează constant pentru pompare pentru a compensa scurgerile.
Dificultatea este obținerea energiei electrice necesare în mijlocul oceanului.
Alexander Bolonkin a remarcat multe probleme tehnice în proiectul lui Lofstrom [7] [8] [9] . În special, blocarea este posibilă la rosturile de dilatație dintre plăcile de oțel de un metru și jumătate, forțele de frecare sunt, de asemenea, mari la o rază de viraj de 28 km[ semnificația faptului? ] .
| Lansare în spațiu fără rachete | |
|---|---|