Войти
Цикл запуска (не в масштабе). Красной линией обозначена сама движущаяся петля, синими линиями - стационарные кабели. A пусковая петля или петля Лофстрема - это предлагаемая система вывода объектов на орбиту с использованием подвижная кабельная система, расположенная внутри оболочки, прикрепленной к Земле двумя концами и подвешенная над атмосферой в середине. Концепция проекта была опубликована Кейт Лофстром и описывает активную структуру maglev систему кабельного транспорта, протяженность которой составляет около 2000 км (1240 миль).) в длину и выдерживается на высоте до 80 км (50 миль). Пусковая петля будет удерживаться на этой высоте за счет импульса ленты, которая циркулирует вокруг конструкции. Эта циркуляция, по сути, переносит вес конструкции на пару магнитных подшипников, по одному на каждом конце, которые поддерживают ее.
Пусковые контуры предназначены для запуска неракетных космических аппаратов транспортных средств массой 5 метрических тонн путем их электромагнитного ускорения таким образом, чтобы они проецировались в Земля на орбите или даже дальше. Этого можно добиться с помощью плоской части кабеля, которая образует ускоряющую дорожку над атмосферой.
Система разработана с учетом возможности запуска людей в целях космического туризма, космоса. исследование и колонизация космоса, и обеспечивает относительно низкое ускорение 3G.
Циклы запуска были описаны Китом Лофстремом в ноябре 1981 г. на читательском форуме Американского астронавтического общества Новости Письмо, и в августовском 1982 г. L5 Новости.
В 1982 году Пол Берч опубликовал серию статей в Журнале Британского межпланетного общества, в которых описывались орбитальные кольца и описывалась форма, которая он назвал систему частичного орбитального кольца (PORS). Идея стартовой петли была проработана более подробно в 1983–1985 годах Лофстремом. Это усовершенствованная версия PORS, специально предназначенная для формирования траектории магнитного ускорения, подходящей для запуска людей в космос; но в то время как орбитальное кольцо использует сверхпроводящую магнитную левитацию, в контурах запуска используется электромагнитная подвеска (EMS).
Ускорительная секция пускового контура (обратный кабель не показан) Стартовый контур предлагается представлять собой конструкцию длиной 2 000 км и высотой 80 км. Петля проходит на высоте 80 км над землей в течение 2000 км, затем спускается на землю, а затем возвращается обратно на себя, поднимаясь на 80 км над землей, чтобы следовать по обратному пути, а затем возвращается к исходной точке. Петля будет иметь форму трубки, известной как оболочка. Внутри оболочки плавает еще одна непрерывная труба, известная как ротор, которая представляет собой своего рода ремень или цепь. Ротор представляет собой железную трубку диаметром примерно 5 см (2 дюйма), движущуюся по петле со скоростью 14 км / с (31 000 миль в час).
В состоянии покоя петля находится на уровне земли. Затем ротор разгоняется до скорости. По мере увеличения скорости ротора он изгибается, образуя дугу. Конструкция поддерживается силой ротора, который пытается следовать по параболической траектории. Наземные якоря заставляют его идти параллельно земле при достижении высоты 80 километров. После поднятия конструкции требуется постоянная мощность для преодоления рассеиваемой энергии. Для питания любых запускаемых транспортных средств потребуется дополнительная энергия.
Для запуска транспортные средства поднимаются на «лифтовом» кабеле, который свисает с погрузочной платформы Западной станции в 80 км, и ставим на трассу. Полезная нагрузка создает магнитное поле, которое генерирует вихревые токи в быстро движущемся роторе. Это не только отводит полезную нагрузку от кабеля, но и тянет ее с ускорением 3g (30 м / с²). Затем полезная нагрузка движется по ротору, пока не достигнет требуемой орбитальной скорости, и покидает траекторию.
Если требуется устойчивая или круговая орбита, как только полезная нагрузка достигает наивысшей части своей траектории тогда необходим бортовой ракетный двигатель ("толкающий двигатель") или другое средство, чтобы вывести траекторию на соответствующую околоземную орбиту.
Вихретоковый метод компактный, легкий и мощный, но неэффективно. С каждым запуском температура ротора увеличивается на 80 кельвина из-за рассеивания мощности. Если запуски расположены слишком близко друг к другу, температура ротора может приблизиться к 770 ° C (1043 K), при которой точка железный ротор теряет свои ферромагнитные свойства, и ротор теряет герметичность.
Замкнутые орбиты с перигеем 80 км довольно быстро распадаются и повторно входят, но в дополнение к таким орбитам запускающий цикл сам по себе также может напрямую вводить полезные нагрузки. на орбиты выхода, гравитационные траектории мимо Луны и другие незамкнутые орбиты, например, близкие к троянским точкам.
Для доступа к круговым орбиты с использованием цикла запуска, относительно небольшой «толкающий двигатель» должен быть запущен с полезной нагрузкой, которая будет запускаться в апогее и сделает орбиту круговой. Для вставки GEO это должно обеспечить delta-v около 1,6 км / с, для LEO для циркулярного перемещения на 500 км потребуется дельта-v всего 120 м / с. Обычным ракетам требуется дельта-vs примерно 14 и 10 км / с для достижения GEO и LEO соответственно.
Контуры запуска в конструкции Lofstrom расположены близко к экватору и могут иметь прямой доступ только к экваториальной орбиты. Однако другие орбитальные плоскости могут быть достигнуты с помощью изменения высотной плоскости, лунных возмущений или аэродинамических методов.
Скорость запуска пускового контура в конечном итоге ограничена температурой и скоростью охлаждения ротора до 80 в час, но для этого потребуется электростанция мощностью 17 ГВт ; более скромной электростанции мощностью 500 МВт достаточно для 35 пусков в день.
Для того, чтобы пусковой цикл был экономически жизнеспособным, потребовались бы заказчики с достаточно большими требованиями к запуску полезной нагрузки.
По оценке Лофстрома, начальный цикл стоимостью около 10 миллиардов долларов США с годовой окупаемостью может запускать 40 000 метрических тонн в год и сократить затраты на запуск до 300 долларов США / кг. За 30 миллиардов долларов при большей мощности по выработке электроэнергии петля будет способна запускать 6 миллионов метрических тонн в год, а с учетом пятилетнего периода окупаемости затраты на доступ в космос с помощью пусковой петли могут составить всего 3 доллара за штуку. кг.
По сравнению с космическими лифтами, не требуется разрабатывать новые высокопрочные материалы, поскольку конструкция противостоит земной гравитации, поддерживая собственный вес зависит от кинетической энергии движущейся петли, а не от прочности на разрыв.
Стартовые петли Lofstrom, как ожидается, будут запускаться с высокой скоростью (много запусков в час, независимо от погоды) и по своей сути не загрязняют окружающую среду. Ракеты создают загрязнение, такое как нитраты, в их выхлопных газах из-за высокой температуры выхлопных газов и могут выделять парниковые газы в зависимости от выбора топлива. Пусковые контуры как форма электрической тяги могут быть чистыми и могут работать от геотермальных, ядерных, ветряных, солнечных или любых других источников энергии, даже прерывистых, поскольку система имеет огромную встроенную емкость накопления энергии.
В отличие от космических лифтов, которые должны пройти через пояса Ван Аллена в течение нескольких дней, пассажиры пусковой петли могут быть отправлены на низкую околоземную орбиту, которая находится ниже поясов, или через них в несколько часов. Это будет похоже на ситуацию, с которой столкнулись астронавты "Аполлона", получившие дозу облучения около 0,5% от дозы космического лифта.
В отличие от космических лифтов, которые подвержены риску попадания космического мусора и метеоритов по дороге. По всей длине пусковые петли должны располагаться на высоте, где орбиты неустойчивы из-за сопротивления воздуха. Поскольку мусор не сохраняется, у него есть только один шанс ударить по конструкции. В то время как период разрушения космических лифтов, как ожидается, будет длиться несколько лет, повреждение или разрушение петель таким образом ожидается редко. Кроме того, сами пусковые петли не являются значительным источником космического мусора даже в случае аварии. Весь образующийся мусор имеет перигей, пересекающий атмосферу или имеющий убегающую скорость.
Стартовые петли предназначены для транспортировки людей, чтобы обеспечить безопасное ускорение 3g, которое большинство людей могло бы хорошо переносить, и было бы гораздо более быстрым способом достижения космоса, чем космические лифты.
Стартовые петли будут работать тихо и не будут вызывать какого-либо звукового загрязнения, в отличие от ракет.
Наконец, их низкая стоимость полезной нагрузки совместима с крупномасштабным коммерческим космическим туризмом и даже колонизацией космоса.
Бегущая петля будет иметь чрезвычайно большое количество энергии в своем линейном импульсе. В то время как система магнитной подвески была бы в значительной степени избыточной, с отказами небольших секций, которые практически не влияли бы, если бы серьезный отказ действительно произошел, энергия в контуре (1,5 × 10 джоулей или 1,5 петаджоулей) приблизилась бы к тому же полное выделение энергии в виде взрыва ядерной бомбы (350 килотонн тротилового эквивалента ), но без испускания ядерного излучения.
Хотя это большое количество энергии, маловероятно, что это приведет к разрушению большей части конструкции из-за ее очень большого размера, а также потому, что большая часть энергии будет намеренно сбрасываться в заранее выбранные места, когда происходит сбой. обнаружен. Возможно, потребуется принять меры для спуска троса с высоты 80 км с минимальным повреждением, например, с помощью парашютов.
Следовательно, по соображениям безопасности и астродинамики пусковые петли предназначены для установки над океаном около экватора, вдали от жилья.
Опубликованная конструкция пускового контура требует электронного управления магнитной левитацией для минимизации рассеиваемой мощности и стабилизации кабеля с недостаточным демпфированием в противном случае.
Двумя основными причинами нестабильности являются поворотные участки и кабель.
Поворотные секции потенциально нестабильны, так как перемещение ротора от магнитов снижает магнитное притяжение, а перемещение ближе к нему дает повышенное притяжение. В любом случае возникает нестабильность. Эта проблема обычно решается с помощью существующих систем сервоуправления, которые изменяют силу магнитов. Хотя надежность сервопривода является потенциальной проблемой, при высокой скорости вращения ротора очень много последовательных секций должны выйти из строя, чтобы ротор был потерян.
Секции кабеля также имеют эту потенциальную проблему, хотя силы намного ниже. Однако присутствует дополнительная нестабильность, заключающаяся в том, что кабель / оболочка / ротор могут подвергаться режимам извилистого (аналогично цепочке Lariat ), амплитуда которых неограниченно возрастает. Лофстрем считает, что эту нестабильность также можно контролировать в реальном времени с помощью сервомеханизмов, хотя это никогда не предпринималось.
В работах Александра Болонкина высказывается предположение, что у проекта Лофстрома много нерешенных проблем и что он очень далек от современной технологии. Например, в проекте Lofstrom есть компенсаторы между 1,5-метровыми железными пластинами. Их скорости (при гравитации, трении) могут быть разными, и Болонкин утверждает, что они могли вклиниться в трубу; а сила и трение в грунте на оборотных участках диаметром 28 км огромны. В 2008 году Болонкин предложил простой вращающийся кабель с замкнутым контуром для запуска космического аппарата в соответствии с современными технологиями.
Другой проект, меньшего размера, предназначен для помощи при пуске обычных ракет и суборбитального туризма. В конструкции космического кабеля используются отдельные болты, а не непрерывный ротор, как в архитектуре пускового контура. Джон Кнапман также математически показал, что неустойчивость меандра можно приручить.
Skyhook - еще одна концепция системы запуска. Skyhook мог быть как вращающимся, так и не вращающимся. Невращающийся небесный крюк висит с низкой околоземной орбиты чуть выше атмосферы Земли (кабель небесного крюка не прикреплен к Земле). Вращающийся скайхук изменяет эту конструкцию, уменьшая скорость нижнего конца; весь трос вращается вокруг своего центра тяжести. Преимущество этого заключается в еще большем снижении скорости ракеты-носителя, летящей к нижнему концу вращающегося небесного крюка, что обеспечивает еще большую полезную нагрузку и более низкую стоимость запуска. У этого есть два недостатка: значительно сокращенное время, доступное для прибывающей ракеты-носителя, чтобы подключиться к нижнему концу вращающегося небесного крюка (примерно 3-5 секунд), и отсутствие выбора в отношении орбиты назначения.
 | Викискладе есть материалы, связанные с Космическими лифтами. |
Портал космических полетов | На Викискладе есть материалы, связанные с Цикл запуска. |
