Bir fırlatma döngüsü , nesneleri yörüngeye fırlatmak için önerilen bir sistemdir . Basitçe, her iki ucundan zemine sabitlenmiş, ancak iki istasyon arasındaki güzergahın çoğu için atmosferin üzerinde asılı duran bir kılıf içine yerleştirilmiş bir kablo olarak tanımlanabilir. Keith Lofstrom , 80 km yükseklikte 2000 km uzunluğunda manyetik bir kaldırma treni gibi aktif olarak desteklenen bir kabloyu tanımlayarak bu konsepti tanıttı . Döngü ceketi, bu yükseklikte , içindeki kablonun açısal momentumu tarafından tutulacaktır . Bu kablo aynı zamanda yapının ağırlığını yapının uçlarındaki bir çift manyetik yatağa aktarır. (resme bakınız).
Referans belgede sunulan fırlatma döngüleri , yaklaşık 5 tonluk uzay aracını Dünya yörüngesine veya ötesine fırlatmak için tasarlanmış ve boyutlandırılmış kurulumlardır . Döngünün atmosfer dışında kalan kısmı ile gemi istenilen yörünge hızına çıkarılır.
Sistem, uzay turizmi, uzay araştırmaları ve uzay kolonizasyonu için insanlı uçuşları başlatmak için uygun olacak şekilde tasarlanmıştır . Zayıf ivmenin olduğu yerden 3 gr .
Fırlatma döngüleri Kasım 1981'de K. Lofstrom tarafından açıklanmıştır .
1982'de Paul Birch Journal of the British Interplanetary Society'de yörünge halkalarını tanımladığı bir dizi makale yayınladı . Bu halkaların belirli bir biçimi, bir fırlatma döngüsünün açıklamasına karşılık gelir. Bunlar, PORS (Kısmi yörünge halka sistemi) olarak adlandırılan "kısmi halkalardır".
Fikir daha sonra 1985 civarında Lofstrom tarafından daha ayrıntılı olarak üzerinde çalışıldı. Genişletilmiş versiyon, insanları uzaya fırlatmaya uygun bir manyetik hızlandırıcı oluşturmak için değiştirildi. Temel fark, yörünge halkasının süper iletken havaya yükselme ( Meissner Etkisi ) kullanması, fırlatma döngülerinin ise elektromanyetik havaya yükselme kullanmasıdır .
Orijinal belgede önerilen model şu şekildedir: Yapı 2000 km uzunluğunda ve 80 km yüksekliğindedir.
Girişteki resimde gösterildiği gibi parkur kapalıdır, çoğu rakımda iken rotanın küçük bir kısmı 0 ile 80 km rakım arasında yer istasyonlarının yakınında yer almaktadır.
Devre, içinde bir hava vakumunun yaratıldığı bir kanaldan oluşur. Bu kılıf, demirden yapılmış rotoru (5 cm çapında uzun içi boş kablo ) içerir . Rotor, çalışmaya izin vermek için 14 km / s'ye hızlandırılır.
Döngünün tamamı çok uzun (~ 4000 km) olmasına rağmen, rotorun kendisi içi boş ve incedir , çapı 5 cm'dir . Onu koruyan kılıfın da çok geniş olmasına gerek yoktur.
Durgun haldeyken döngü deniz seviyesindedir Rotor yeterli bir hıza hızlandırılmalıdır. Yeterince yüksek bir hızda bir kez rotor eğilerek bir yay oluşturur. Yapı, parabolik bir yol izlemeye çalışan rotorun gücüyle havada tutulur. Çapalar, halkayı zemin yüzeyine paralel 80 km yükseklikte kalmaya zorlar. Sistemdeki kayıpları telafi etmek için sürekli bir güç kaynağı gereklidir. Bir aracın gönderilmesi gerekiyorsa ek enerji eklenmelidir (döngüyü daha da hızlandırın).
Bir aracı fırlatmak için, 'A' istasyonunun yan tarafındaki yerden başlayarak ve A istasyonunun yan tarafındaki döngünün maksimum yüksekliğine giden bir asansöre monte edilmelidir. Vardıktan sonra, gemi kılıfa yerleştirilir. bir rehber görevi görecek. Cihaz, kaplama boyunca, hızlı hareket eden rotorda girdap akımları yaratma etkisine sahip bir manyetik alan uygular . Bu akımlar, tekneyi rotor yönünde 3 g (~ 30 m / s²) istenen ivmeyle hareket ettirir. Uzay aracı , gerekli yörünge hızında bir kez fırlatma döngüsünü terk eder ve Kepler'in yasaları tarafından tanımlanan düşük bir yörüngeye geçer .
Dairesel ve sabit bir yörünge gerekiyorsa, geminin yörüngesinin en yüksek noktasına ( apogee ) ulaştıktan sonra yörüngesini dairesel hale getirmesi zorunludur . Durum böyle değilse, uzay aracı, en düşük noktası (perigee) 80 km yükseklikte olan eliptik bir yörüngeye sahip olacak, bu da yörüngesini bozacak ve atmosferde parçalanmasına neden olacak. Yörüngeyi dairesel hale getirmek için geminin, gerektiğinde iyonik veya roket motorları kullanarak itme uygulamaktan başka seçeneği yoktur .
Girdap akımı tekniği kompakt, hafif ve güçlüdür. Ancak, iyi performans göstermiyor. Aslında, her atışta, üretilen akımların ısı yayılımı nedeniyle rotorun sıcaklığı 80 ° C artar. Atışlar çok sıksa rotor 770 ° C'yi aşabilir; sıcaklığı, demir onun kaybeder ferromanyetik özelliklere göre Curie geçiş rotoru kontrol kaybına neden olur.
80 km'lik perigee sahip tam yörüngeler hızla bozulur ve sonunda uzay aracının yeniden içeri girmesine neden olur . Yalnızca yukarıda açıklanan fırlatma döngüsünü kullanarak dairesel bir yörünge elde etmek mümkün değildir. Bununla birlikte, kurtuluş yörüngeleri göndermek , Ay'ın çevresini hedefleyerek yerçekimi yardımı gerçekleştirmek ve hatta nesneleri Truva noktalarına yerleştirmeyi düşünmek mümkündür .
Fırlatma döngülerini kullanarak dairesel yörüngelere erişmek için, yüke dahil edilen bir yardımcı motorun kullanılması gerekir. Bu motor, yük zirveye ulaştığında ateşlenecekti, bu da perigee'yi yükseltme ve muhtemelen yörüngeyi dairesel hale getirme etkisine sahip olacaktı. Sabit yörüngeye yerleştirmek için, motorun 1,6 km / s'lik bir delta-v sağlaması gerekir . 300 km yükseklikte alçak yörüngede daireselleştirme için gerekli delta-v sadece 65 m / s'dir. Bu, günümüzde yörüngeye tüm fırlatmayı gerçekleştirirken roketlerin sağlaması gereken toplam delta-v ile karşılaştırılmalıdır. Düşük yörünge için, sabit yörünge için yaklaşık 10 km / s ve 14 km / s'ye ihtiyacımız var.
Lofstrom düzlemlerinde ilmekler ekvatorun yakınına yerleştirilir ve yalnızca ekvator yörüngesinde ( 0 ° yörünge eğimi ) ateş edebilir . Diğer yörünge düzlemlerine erişim, Ay'dan istenen etkilerle, atmosferik sürüklenmeyle veya yüksek irtifa motorlarıyla manevra yapılarak mümkün olabilir.
Fırlatma hızı, rotor sıcaklığındaki artış ve soğuma hızı nedeniyle, mutlak olarak 80 / saat ile sınırlıdır. Bununla birlikte, sık sık çekmek için 17 GW güç üretebilen bir elektrik santrali gerekir. Daha küçük bir 500 MW istasyonu günde 35 adet 5 ton araç çekmek için yeterlidir. Bu, günde Falcon Heavy'den 3 atışa eşdeğerdir . Falcon Heavy şu anda üretimde olan en güçlü rokettir (atış başına düşük yörüngede 60 ton).
Ekonomik açıdan uygun olmak için, oldukça önemli bir yükleri yörüngeye yerleştirmeye ihtiyaç duyan müşteriler bulmanız gerekir.
Lofstrom, bir yıllık yatırım getirisi ile yaklaşık 10 milyar $ 'a mal olan fırlatma döngüsünün ilk tamamlanmasının 300 $ / kg yörünge fiyatı ile yılda yaklaşık 40.000 ton başlatabileceğini tahmin ediyor. 30 milyar dolarlık ilk yatırımla, fırlatma kapasitesi 6 milyon ton / yıl'a yükselir ve 5 yıl sonra yatırımın geri dönüşü olur. Lansman fiyatı daha sonra 3 $ / kg'a düşer.
Uzay asansörleri ile karşılaştırıldığında , yapı kendi ağırlığını mekanik dirençle değil, hareketli rotorun kinetik enerjisi ile desteklediği için (aslında rotor durursa döngü Dünya'ya geri döndüğü için) yeni mekanik özelliklere sahip yeni bir malzemeye gerek yoktur. .
Lofstrom döngülerinin yüksek hızda (hava durumuna bakılmaksızın saatte birkaç) ve kirlilikten arındırılmış olması gerekiyor. Roketler, kullanılan itici gazlara (nitratlar, sera gazları, alümina vb.) Bağlı olarak kirlilik oluşturur. Elektrik enerjisi kullanan döngüler, yeşil enerjiyle (jeotermal, güneş, nükleer vb.) Besleniyorsa temiz olabilir. Güç kaynağının sabit olmasına gerek yoktur çünkü elektrik, çalışması için gerekli olan büyük rezervlerde depolanır.
Birkaç gün Van Allen kuşağını geçmek zorunda olan uzay asansörlerinden farklı olarak , fırlatma döngüleri yolcuları kemerlerden geçmeden alçak yörüngeye gönderebilir veya gerekirse bu tehlikeli bölgeyi birkaç saat içinde yapıldığı gibi geçmelerini sağlayabilir . Apollo görevleri . İkincisi, asansördeki bir mürettebatın maruz kalacağından 200 kat daha düşük bir radyasyona maruz kaldı .
Tüm uzunlukları boyunca uzay kalıntıları ve mikro meteor risklerine maruz kalan uzay asansörlerinden farklı olarak, döngüler, hala 'dağınık bir gaz' şeklinde uzanan zayıf Dünya atmosferi nedeniyle yörüngelerin sabit olmadığı bir irtifadadır. . Enkaz bu rakımlarda uzun süre kalmadığı için çarpışma olasılığı düşüktür. Aksine, bir asansörün kırılmasının, mikro meteorların neden olduğu aşınma nedeniyle montajından birkaç yıl sonra gerçekleşeceği tahmin edilmektedir. Ek olarak, bir kaza durumunda, yörünge döngüleri önemli bir yörünge enkazı kaynağı değildir. Kaplama kırılmasının Dünya'nın yerçekiminden kaçmak için yeterli hıza sahip olduğu veya onu atmosferden geçiren bir yola sahip olduğu varsayılarak oluşturulan tüm döküntüler.
Fırlatma döngüleri insan taşımacılığı için tasarlanmıştır, bu nedenle çoğu insan tarafından desteklenebilen ve asansörlere kıyasla hızlı bir araç olan 3g hızlandırma seçeneği.
Fırlatma döngüleri, roket ateşinin aksine çalışma sırasında sessiz kalacaktır.
Son olarak, düşük yükleri ve maliyetleri büyük ölçekli uzay turizmi ve hatta uzay kolonizasyonu ile uyumludur .
| Yöntem | Minimum kirlilik | İlk maliyet (milyarlarca dolar olarak) | $ / Kg çekim maliyeti | Atış frekansı ton / gün |
|---|---|---|---|---|
| Yörünge halkası | Neredeyse sıfır | 30 | ~ 0.05 | ? |
| Başlatma döngüsü | Neredeyse sıfır | 30 | 300 ila 3 | 175 |
| Asansörler | Neredeyse sıfır | ? | - | ? |
| yeniden kullanılabilir roketler | Yanma gazı + enkaz | - | ~ 2000 | ? |
| klasik roketler | Yanma gazı + enkaz + tekrar kullanılamayan aşamalar | - | ~ 20.000 | ? |
Yörünge mekaniği ve güvenlik nedenleriyle, bu döngüler ekvatora yakın bir okyanusa ve evlerden uzağa kurulmalıdır.
İmalat ÇevreYapı, uçlarında alt atmosferi geçer. Bu nedenle, iklimin bütünlüğü üzerindeki etkisi sorusunun sorulması tavsiye edilir. Seçilen konum, sık sık siklonlar ve tropikal fırtınalar tarafından süpürülen alanlardan uzak olacaktır .
istikrarYayınlanan konsept, enerji kaybını en aza indirmek ve kabloyu stabilize etmek için manyetik kaldırmanın elektronik kontrolünü gerektiriyor.
İki ana istikrarsızlık noktası, kablo bölümlerinin düzleştirilmesi ve rotorun stabilizasyonudur.
Bir servo Bu kararsız denge fiziksel sistem olduğundan, manyetik havalanma kontrolü gerekmektedir.
Kablo bölümleri de bu sorunu paylaşır, ancak kuvvetler çok daha zayıftır. Bununla birlikte, istikrarsızlık her zaman bir endişe kaynağıdır çünkü kablo desteği / kılıf / rotor tertibatı salınımlı modlarda mendereslere maruz kalabilir . Bunlar sınırsız genlikte yükselir. Lofstrom, bu istikrarsızlığın servo mekanizmalar tarafından gerçek zamanlı olarak kontrol edilebileceğine inanıyor, ancak buna hiç teşebbüs edilmemiş.
güvenlikBir çalışma döngüsü, kinetik biçimde muazzam enerji içerir . Manyetik süspansiyonların güçlü bir fazlalığıyla, küçük bölümlerin arızalanmasının büyük etkileri olmamalıdır. Büyük bir arıza durumunda, döngü tarafından salınacak enerji 1.5 petajoule veya 350 kiloton TNT eşdeğeri veya atomik patlama (radyasyon olmadan) olacaktır.
Bu büyük bir enerji miktarı olsa da, çok büyük olması ve enerjinin kasıtlı olarak 400.000 m 3 tuzlu suyu buharlaştıran okyanus üzerinden salınması nedeniyle yapının çoğunu tahrip etmesi olası değildir . Yine de, kablo düştüğünde hasarı sınırlandırmak için paraşüt gibi karşı önlemler alınmalıdır.