Spuštění smyčka je navrhován systém pro spouštění objektů na oběžnou dráhu . Lze jej popsat jednoduše jako kabel umístěný v plášti připevněném k zemi na obou koncích, ale zavěšeném nad atmosférou po většinu trasy mezi těmito dvěma stanicemi. Keith Lofstrom představil tento koncept popisem aktivně podporovaného kabelu jako magnetického levitačního vlaku na délce 2000 km ve výšce 80 km. Plášť smyčky by v této výšce držel moment hybnosti kabelu uvnitř. Tento kabel také přenáší váhu konstrukce na dvojici magnetických ložisek na koncích konstrukce. (viz obrázek).
Vypouštěcí smyčky, jak jsou uvedeny v referenčním dokumentu, jsou zařízení navržená a dimenzovaná pro vypouštění kosmických lodí přibližně 5 tun na oběžnou dráhu Země nebo dále. Loď je zrychlena na požadovanou orbitální rychlost přes část smyčky, která je mimo atmosféru.
Systém je navržen tak, aby byl vhodný pro zahájení letů s posádkou pro vesmírnou turistiku, průzkum vesmíru a kolonizaci vesmíru . Odkud oznamuje slabé zrychlení 3 g .
Spouštěcí smyčky popsal K. Lofstrom v listopadu 1981.
V roce 1982 Paul Birch publikoval sérii článků v časopise Journal of the British Interplanetary Society, kde popsal orbitální prstence . Konkrétní tvar těchto prstenů odpovídá popisu odpalovací smyčky. Jedná se o „částečné prstence“ označené PORS (Partial orbital ring system).
Myšlenka je následně podrobněji rozpracována Lofstromem kolem roku 1985. Rozšířená verze je upravena tak, aby vytvořila magnetický urychlovač vhodný pro vypouštění lidí do vesmíru. Hlavní rozdíl spočívá v tom, že orbitální prstenec používá supravodivou levitaci ( Meissnerův efekt ), zatímco odpalovací smyčky používají elektromagnetickou levitaci .
Model navržený v původním dokumentu je následující: Struktura je dlouhá 2 000 km a vysoká 80 km.
Jak je znázorněno na obrázku v úvodu, okruh je uzavřen, většina je ve výšce, zatímco malá část trasy se nachází v blízkosti pozemních stanic mezi nadmořskou výškou 0 až 80 km
Obvod je tvořen potrubím, ve kterém je vytvářeno vzduchové vakuum. Tento plášť obsahuje rotor (dlouhý dutý kabel o průměru 5 cm ) vyrobený ze železa . Aby byl umožněn provoz, je rotor zrychlen na 14 km / s.
Přestože je celá smyčka velmi dlouhá (~ 4000 km), samotný rotor je dutý a tenký o průměru 5 cm . Obal, který jej chrání, také nemusí být příliš široký.
V klidu je smyčka na úrovni moře. Rotor musí být zrychlen na dostatečnou rychlost. Jakmile je dostatečně vysoká rychlost, rotor se ohne a vytvoří oblouk. Struktura je držena ve vzduchu silou rotoru, který se snaží sledovat parabolickou cestu. Kotvy nutí smyčku zůstat v nadmořské výšce 80 km rovnoběžně s povrchem země. Ke kompenzaci ztrát v systému je zapotřebí nepřetržité napájení. Pokud musí být vozidlo odesláno, je třeba přidat další energii (ještě více zrychlit smyčku).
Pro spuštění vozidla musí být vozidlo namontováno na výtahu počínaje od země na straně stanice „A“ a směřující do maximální výšky smyčky na straně stanice A. Jakmile loď dorazí, je umístěna na plášť který bude sloužit jako průvodce. Zařízení aplikuje magnetické pole přes plášť, což má za následek vytváření vířivých proudů v rotoru, který je v rychlém pohybu. Tyto proudy pohání nádobu ve směru rotoru s požadovaným zrychlením 3 g (~ 30 m / s²). Jakmile kosmická loď dosáhne požadované rychlosti na oběžné dráze, opustí startovací smyčku a přijme nízkou oběžnou dráhu popsanou Keplerovými zákony .
Je-li požadována kruhová a stabilní oběžná dráha, je bezpodmínečně nutné, aby loď obíhala svou oběžnou dráhu, jakmile dosáhne nejvyššího bodu své dráhy ( apogee ). Pokud tomu tak není, bude mít kosmická loď eliptickou oběžnou dráhu, jejíž nejnižší bod (perigeum) bude ve výšce 80 km, což zhorší její oběžnou dráhu a způsobí její rozpad v atmosféře. K cirkulaci oběžné dráhy nemá loď jinou možnost, než podle potřeby použít tah pomocí iontových motorů nebo raketových motorů .
Technika vířivých proudů je kompaktní, lehká a výkonná. Nehraje však dobře. Ve skutečnosti se s každým výstřelem teplota rotoru zvyšuje o 80 ° C z důvodu rozptylu tepla generovaných proudů. Pokud jsou výstřely příliš časté, může rotor překročit 770 ° C; Teplota, při které železo ztrácí své feromagnetické vlastnosti, které Curie přechodu což vedlo ke ztrátě kontroly rotoru.
Plné dráhy s perigeem 80 km se rychle degradují a nakonec způsobí návrat kosmické lodi. Není možné dosáhnout kruhové oběžné dráhy pouze pomocí výše popsané vypouštěcí smyčky. Je však možné vyslat na osvobozovací trajektorie , provést gravitační pomoc zaměřením na okolí Měsíce nebo dokonce zvážit umístění předmětů na trojské body .
Pro přístup na kruhové dráhy pomocí odpalovacích smyček je nutné použít pomocný motor obsažený v užitečném zatížení. Tento motor by byl vystřelen, jakmile by užitečné zatížení dosáhlo svého vrcholu, což by mělo za následek zvýšení perigeu a případně cirkulaci oběžné dráhy. Pro vložení na geostacionární oběžnou dráhu musí motor poskytovat delta-v 1,6 km / s. Pro cirkularizaci na nízké oběžné dráze ve výšce 300 km je požadovaná delta-v pouze 65 m / s. To je třeba přirovnat k celkovému delta-v, který musí rakety poskytnout při provádění všech dnešních startů na oběžnou dráhu. Pro nízkou oběžnou dráhu potřebujeme asi 10 km / s a 14 km / s pro geostacionární oběžnou dráhu.
V rovinách Lofstrom jsou smyčky umístěny blízko rovníku a mohou střílet pouze na rovníkové oběžné dráze ( orbitální sklon 0 °). Přístup k jiným orbitálním letadlům může být umožněn požadovanými vlivy Měsíce, atmosférickým odporem nebo manévrováním s motory s vysokou nadmořskou výškou.
Rychlost spouštění je v absolutních číslech omezena na 80 / h nárůstem teploty rotoru a rychlostí, jakou se ochlazuje. Tahání tak často přesto vyžaduje elektrárnu, která je schopna generovat 17 GW energie. Menší 500 MW stanice je dostatečná k tažení 35 5 tunových vozidel denně. To je ekvivalent 3 výstřelů z Falcon Heavy denně. Falcon Heavy je nejsilnější raketa v současné době ve výrobě (60 tun na nízké oběžné dráze na výstřel).
Abyste byli ekonomicky životaschopní, musíte najít zákazníky, kteří mají poměrně významnou potřebu dát na oběžnou dráhu užitečné zatížení.
Lofstrom odhaduje, že první dokončení startovací smyčky v hodnotě kolem 10 miliard USD s návratností investice jeden rok může spustit přibližně 40 000 tun ročně s cenou na oběžné dráze 300 USD / kg. S počáteční investicí 30 miliard dolarů se startovací kapacita zvyšuje na 6 milionů tun / rok s návratností investic po 5 letech. Uváděcí cena poté klesne na 3 $ / kg.
Ve srovnání s vesmírnými výtahy není nutný žádný nový materiál s novými mechanickými vlastnostmi, protože konstrukce podporuje svou vlastní váhu s kinetickou energií pohybujícího se rotoru a nikoli mechanickým odporem (ve skutečnosti, pokud se rotor zastaví, smyčka zpět dolů na Zemi) .
Smyčky Lofstrom mají střílet vysokou rychlostí (několik za hodinu, bez ohledu na počasí) a bez znečištění. Rakety generují znečištění v závislosti na použitých pohonných látkách (dusičnany, skleníkové plyny, oxid hlinitý atd.). Smyčky využívající elektrickou energii mohou být čisté, pokud jsou napájeny zelenou energií (geotermální, solární, jaderná atd.). Zdroj energie nemusí být konstantní, protože elektřina je uložena v obrovských rezervách potřebných pro jeho provoz.
Na rozdíl od vesmírných výtahů, které musí několik dní překračovat pás Van Allen , mohou startovací smyčky posílat cestující na nízkou oběžnou dráhu, aniž by procházeli pásy, nebo je v případě potřeby nechat překonat tento nebezpečný region za několik hodin, jak to již bylo provedeno. mise Apollo . Ty byly vystaveny 200krát nižší dávce záření, než jaké by utrpěla posádka ve výtahu.
Na rozdíl od vesmírných výtahů, které jsou vystaveny rizikům vesmírného odpadu a mikrometeoritů po celé své délce, jsou smyčky v nadmořské výšce, kde oběžné dráhy nejsou stabilní kvůli slabé zemské atmosféře, která se stále rozprostírá ve formě „rozptýleného plynu“ . Jelikož v těchto nadmořských výškách nezůstávají nečistoty dlouho, je pravděpodobnost srážky nízká. Naopak k prasknutí výtahu podle odhadů dojde několik let po jeho instalaci kvůli opotřebení způsobenému mikrometeority. Navíc v případě nehody nejsou orbitální smyčky významným zdrojem orbitálních úlomků. Všechny úlomky generované za předpokladu, že prasknutí pláště má dostatečné rychlosti, aby unikly zemské gravitaci, nebo mají cestu, která ji vede atmosférou.
Spouštěcí smyčky jsou určeny pro přepravu lidí, a proto je k dispozici zrychlení 3 g, které může podporovat většina lidí a přitom je ve srovnání s výtahy rychlým prostředkem.
Vypouštěcí smyčky by byly v provozu tiché, na rozdíl od raketové palby.
A konečně, jejich nízká zátěž a náklady jsou kompatibilní s rozsáhlou vesmírnou turistikou a dokonce s kolonizací vesmíru .
| Metoda | Minimální znečištění | Počáteční cena (v miliardách dolarů) | Náklady na střelbu $ / kg | Frekvence střelby v tunách / den |
|---|---|---|---|---|
| Orbitální prsten | Prakticky nula | 30 | ~ 0,05 | ? |
| Spouštěcí smyčka | Prakticky nula | 30 | 300 až 3 | 175 |
| Výtahy | Prakticky nula | ? | - | ? |
| opakovaně použitelné rakety | Spalovací plyn + úlomky | - | ~ 2000 | ? |
| klasické rakety | Spalovací plyn + trosky + jednorázové stupně | - | ~ 20 000 | ? |
Z důvodu orbitální mechaniky a bezpečnostních důvodů by tyto smyčky měly být instalovány nad oceánem poblíž rovníku a daleko od domovů.
Výrobní životní prostředíStruktura na svých koncích prochází spodní atmosférou. Je proto vhodné položit si otázku vlivu podnebí na jeho celistvost. Zvolené místo by bylo daleko od oblastí často zasažených cyklóny a tropickými bouřemi .
StabilitaPublikovaná koncepce vyžaduje elektronickou kontrolu magnetické levitace, aby se minimalizoval rozptyl energie a stabilizoval kabel.
Dva hlavní body nestability jsou narovnání kabelových částí a stabilizace rotoru.
Servo ovládání magnetické levitace je nezbytné, neboť se jedná o fyzický systém nestabilní rovnováhy.
Kabelové úseky také sdílejí tento problém, i když síly jsou mnohem slabší. Nestabilita je však vždy problémem, protože sestava podpěry kabelu / pláště / rotoru může procházet meandry v oscilačním režimu. Ty bez omezení stoupají v amplitudě. Lofstrom věří, že tato nestabilita může být také řízena v reálném čase servomechanismy, i když k tomu nikdy nedošlo.
bezpečnostníPracovní smyčka obsahuje obrovskou energii v kinetické formě . Se silnou redundancí magnetických suspenzí by selhání malých úseků nemělo mít zásadní účinky. V případě velkého selhání by energie, která by byla uvolněna smyčkou, byla 1,5 petajoulu nebo 350 kiloton ekvivalentu TNT nebo atomový výbuch (bez záření).
I když se jedná o velké množství energie, je nepravděpodobné, že by zničil velkou část struktury kvůli její velmi velké velikosti a skutečnosti, že energie bude záměrně uvolněna přes oceán a odpařuje 400 000 m 3 slané vody. Musí však být přijata protiopatření, jako jsou padáky, aby se omezilo poškození při pádu kabelu.