El bucle de lanzamiento o bucle de Lofstrom es un diseño publicado de un sistema de transporte por cable diseñado para lanzar carga a la órbita terrestre baja. El proyecto se basa en un cordón enrollado (loop) que se mueve continuamente a alta velocidad (12-14 km/s) dentro del tubo de vacío. Para que el cordón no entre en contacto con las paredes de la tubería, se separan entre sí mediante una suspensión magnética, similar a como se hace en un magnetoplano . En general, este dispositivo es una estructura grandiosa de aproximadamente 2000 km de largo, y el bucle en sí debe elevarse a una altura de hasta 80 km y permanecer en él debido al impulso del cable giratorio. La rotación del cordón esencialmente transfiere el peso de toda la estructura al par de cojinetes magnéticos que lo soportan, uno en cada extremo.
El bucle de lanzamiento está diseñado para lanzamientos sin cohetes de naves espaciales que pesan hasta 5 toneladas utilizando aceleración electromagnética, tanto en órbita terrestre baja como más allá. La aceleración se lleva a cabo en una sección plana del cable, que se encuentra fuera de la atmósfera densa [1] .
La estimación de costos publicada para un bucle de lanzamiento funcional resultó ser significativamente más baja que para un ascensor espacial , mientras que el sistema propuesto tiene un rendimiento de lanzamiento más alto, un costo más bajo y una capacidad de carga útil igual o incluso mayor que su contraparte [2] . A diferencia del ascensor espacial, no requiere ningún desarrollo de nuevos materiales [3] .
El sistema está diseñado para soportar lanzamientos turísticos espaciales , así como la exploración espacial y la colonización espacial , con una fuerza g relativamente leve de 3 g.
El bucle de lanzamiento fue descrito por primera vez por Keith Lofstrom en noviembre de 1981 en el Foro de lectores de la Sociedad Astronáutica Estadounidense y en agosto de 1982 en L5 Society News. Lofstrom realizó un estudio más detallado de la idea en 1983-1985. [3]
En 1982, Paul Birch publicó una serie de artículos en el Journal of the British Interplanetary Society en los que describía los anillos orbitales , así como un diseño que denominó "Sistema de anillos orbitales parciales" (PSOC) [4] . En una versión refinada del SCOC, los anillos orbitales están ordenados para que el objeto lanzado sea acelerado por un campo electromagnético a lo largo de una trayectoria adecuada para lanzar personas al espacio. Pero si se usa levitación magnética superconductora en el anillo orbital , entonces se usa suspensión electromagnética en el bucle de lanzamiento.
El bucle de lanzamiento es una estructura de unos 2000 km de tamaño. El bucle en sí se eleva desde la superficie de la tierra a una altura de 80 km, pasa a esta altura de 2000 km, desciende nuevamente a la superficie de la tierra, da la vuelta y luego repite todo el camino de regreso al punto de partida. El lazo tiene forma de tubo, hueco por dentro y se llama vaina . Suspendido dentro de la carcasa hay otro tubo sólido llamado rotor , que es una cuerda o cadena. El rotor está hecho de hierro y tiene un diámetro de unos 5 cm, se mueve en un círculo dentro del bucle a una velocidad de 14 km/s.
Aunque el bucle es muy largo, de unos 4000 km, el rotor en sí es bastante delgado, de unos 5 cm de diámetro, y la carcasa no es mucho más grande. El rotor es de hierro ferromagnético en forma de cordón o tubo, con juntas de dilatación longitudinales aproximadamente cada metro. El rotor está separado de la carcasa por cojinetes magnéticos servoestabilizadores . La vaina está sellada y se mantiene un vacío para minimizar la resistencia al rotor.
En reposo, el bucle estará a nivel del suelo. Luego, el rotor será acelerado por un motor lineal , que consumirá varios cientos de megavatios de potencia. A medida que aumenta la velocidad, el rotor se doblará y adoptará la forma de un arco. El proyectil lo obligará a adoptar una curva más pronunciada que la curva balística. A su vez, el rotor transferirá la fuerza centrífuga a la carcasa, manteniéndola en el aire. El bucle tomará la forma deseada y recibirá un límite de altura máxima de ≈80 km al conectar el cable al suelo. Con un generador de 300 MW, tardará unos dos meses en alcanzar la velocidad máxima. Una vez que haya girado por completo, el rotor girará una vez cada cinco minutos.
Después de levantar la estructura, se requerirá una reposición constante de su energía para compensar la disipación de energía en los cojinetes magnéticos, para estabilizar la estructura y también para compensar las pérdidas debidas a la imperfección de la cubierta de vacío. Todo esto requerirá unos 200 MW de potencia, sin contar la energía adicional para el lanzamiento de vehículos espaciales [3] .
Para el lanzamiento, el vehículo se levanta sobre un "cable elevador" que cuelga de la estación de carga occidental desde una altura de 80 km y se coloca sobre los rieles guía del escenario superior. La unidad de aceleración crea un campo magnético, debido al cual surgen corrientes de Foucault en un rotor que se mueve rápidamente . Son ellos quienes elevan la carga útil por encima del cable y la empujan hacia adelante con una aceleración de 3 g (30 m/s²). El rotor acelera la carga útil hasta que alcanza la velocidad orbital requerida, después de lo cual abandona la sección de aceleración.
Si se necesita una órbita estable o circular, en el momento en que la carga útil alcanza el punto más alto de la trayectoria, es necesario encender el motor del cohete a bordo ("refuerzo") u otros medios necesarios para dirigir la trayectoria a la órbita adecuada. alrededor de la Tierra [3] .
El método de corrientes de Foucault es compacto, liviano y potente, pero ineficiente. En cada arranque, debido a la disipación de potencia, la temperatura del rotor aumenta 80 grados. Si los pesos de lanzamiento están demasiado juntos, la temperatura del rotor puede acercarse a los 770 °C (1043 K), después de lo cual el material del rotor perderá sus propiedades ferromagnéticas y su sello se verá comprometido.
Las órbitas con un perigeo de 80 km son inestables debido al frenado aerodinámico (la nave espacial pierde altura rápidamente y cae a la Tierra), pero, además de tales órbitas, el propio bucle de lanzamiento es capaz de dejar caer cargas útiles directamente en órbitas que requieren velocidades superiores a la de escape . velocidad : realizar una maniobra gravitacional alrededor de la Luna y caer en otras órbitas remotas, incluidas las más cercanas a los puntos de Troya .
Para garantizar el lanzamiento en órbitas circulares desde el bucle de lanzamiento, se requerirá un motor de refuerzo relativamente pequeño, que se encenderá en el punto de apogeo y corregirá la órbita. Para entrar en Órbita Geosíncrona (OSG) será necesario aumentar la velocidad en unos 1,6 km/s, y para alcanzar la órbita baja (LO) a una altitud de 500 km, se sumará a la velocidad sólo 120 m/s ser requerido. Los cohetes convencionales requieren adiciones de velocidad de aproximadamente 10 y 14 km/s para lograr NO y OSG, respectivamente [3] .
El bucle de lanzamiento de Lofstrom está cerca del ecuador y solo puede lanzarse en órbitas ecuatoriales. Sin embargo, se pueden alcanzar otros planos orbitales por medio de un giro de altitud, una perturbación lunar o métodos aerodinámicos.
La tasa máxima de lanzamientos del bucle de arranque es de unos 80 por hora, y en última instancia está limitada por la temperatura y el tiempo de enfriamiento del rotor, pero esto requerirá una potencia del orden de 17 GW . Una potencia más modesta de 500 MW sería suficiente para 35 lanzamientos por día [3] .
Para que el ciclo de lanzamiento sea económicamente viable, requiere la aparición de clientes con requisitos de capacidad de lanzamiento suficientemente grandes.
Lofstrom estima que para que el costo inicial del bucle, que es de alrededor de $ 10 mil millones, se pague dentro de un año, se necesitarían lanzar 40,000 toneladas de carga por año, mientras que el costo de ponerlo en órbita sería de alrededor de $ 300 / kg. Si la inversión inicial se incrementa a $30 mil millones (para construir un circuito más poderoso), el circuito podrá lanzar 6 millones de toneladas de carga por año y, dado un período de recuperación de cinco años, el costo de lanzamiento al espacio podría ser menos de $3/kg [5] .
Se espera que el bucle de lanzamiento sea capaz de proporcionar una alta tasa de lanzamientos (varios lanzamientos por hora, independientemente del clima), y este sistema prácticamente no contaminará el medio ambiente. Los lanzamientos de cohetes generan contaminación por nitratos debido a la alta temperatura de los gases de escape, y dependiendo del tipo de combustible se pueden liberar gases de efecto invernadero. El lazo de lanzamiento, como una especie de planta de energía eléctrica, es amigable con el medio ambiente, puede operar desde cualquier fuente de energía: geotérmica, nuclear, solar, eólica o cualquier otra, incluso intermitente, ya que el sistema tiene un gran almacenamiento de energía incorporado. .
A diferencia de un ascensor espacial, que debe atravesar el cinturón de radiación en cuestión de días, los pasajeros del bucle de lanzamiento pueden lanzarse a la órbita terrestre baja, que está por debajo del cinturón de radiación, o atravesarlo en cuestión de horas. Esta situación es similar a la que enfrentan los astronautas del Apolo, para quienes las dosis de radiación son 200 veces menores que las que puede dar un ascensor espacial [6] .
A diferencia de un ascensor espacial, que corre el riesgo de colisionar con desechos espaciales y meteoritos en toda su longitud, el circuito de lanzamiento está ubicado en altitudes donde las órbitas son inestables debido a la resistencia del aire. Los desechos espaciales no permanecen allí durante mucho tiempo, la posibilidad de que colisionen con la instalación es bastante pequeña. Si bien la vida útil de un ascensor espacial es del orden de unos pocos años, el daño o la destrucción del bucle de lanzamiento es relativamente raro. Además, el bucle de lanzamiento en sí no es una fuente importante de desechos espaciales, ni siquiera en caso de accidente. Todos sus posibles fragmentos tendrán un perigeo intersectando con la atmósfera, o sus velocidades estarán por debajo de la primera cósmica.
El bucle de lanzamiento está orientado al transporte de personas, porque la aceleración máxima de 3g es segura en él, la gran mayoría de las personas es capaz de soportarlo [3] . Además, proporciona una forma mucho más rápida de llegar al espacio exterior que el ascensor espacial.
El bucle de lanzamiento funcionará en silencio, a diferencia de los misiles, no tendrá ningún efecto de ruido.
Finalmente, el bajo costo de poner una carga útil en órbita la hace adecuada para el turismo espacial comercial a gran escala e incluso para la colonización espacial .
El bucle sin torcer almacenará una gran cantidad de energía cinética . Debido a que el sistema de levitación magnética será altamente redundante, la falla en un área pequeña no afectará el rendimiento del sistema. Pero si se produce una destrucción importante de la estructura, se liberará toda la energía almacenada (1,5 × 10 15 julios o 1,5 petajjulios), lo que equivale a la explosión de una bomba atómica , con una potencia de 350 kilotones en TNT equivalente (aunque sin radiación). radiación). Aunque se trata de una gran cantidad de energía, es poco probable que se destruya toda la estructura debido a su gran tamaño, y también porque si se detecta un mal funcionamiento, la mayor parte de la energía se dirigirá a un lugar especialmente previsto. Puede ser necesario tomar medidas para bajar el cable desde una altura de 80 km con daños mínimos, por ejemplo, proporcionar paracaídas. Por lo tanto, para garantizar la seguridad y por razones astrodinámicas , el bucle de lanzamiento deberá instalarse sobre el océano cerca del ecuador, lejos de los asentamientos.
El diseño publicado del bucle de lanzamiento requiere levitación magnética controlada electrónicamente para minimizar la disipación de energía y estabilizar la atenuación del cable causada por otras causas. La inestabilidad ocurrirá principalmente en las secciones giratorias y también en el cable.
Los platos giratorios son potencialmente inestables porque alejar el rotor de los imanes produce una disminución de la atracción magnética, mientras que moverse hacia los imanes aumenta la atracción. De cualquier manera, se produce inestabilidad. Este problema se resuelve con la ayuda de sistemas de servocontrol que controlan la fuerza de los imanes. Aunque la confiabilidad de los servos a altas velocidades del rotor es objeto de investigación, se perderá una gran cantidad de secciones de servos en serie para contener el rotor en caso de falla del sistema.
Las secciones del cable también compartirán este destino potencial, aunque las fuerzas aquí son mucho menores. Sin embargo, existe otra inestabilidad potencial, que radica en que el cable/vaina/rotor puede sufrir meandros (como una cadena Lariat), además, la amplitud de oscilaciones de este proceso puede aumentar sin restricciones ( resonancia ). Lofstrom cree que esta inestabilidad también se puede controlar en tiempo real mediante servomecanismos, aunque nadie lo ha hecho todavía.
Para mantener el vacío en el sistema a un nivel aceptable, necesitará muchas bombas de vacío distribuidas uniformemente a lo largo (es decir, a una altitud de 80 kilómetros también) trabajando constantemente para bombear para compensar las fugas.
La dificultad es obtener la energía eléctrica necesaria en medio del océano.
Alexander Bolonkin notó muchos problemas técnicos en el proyecto de Lofstrom [7] [8] [9] . En particular, es posible atascarse en las juntas de expansión entre placas de acero de un metro y medio, las fuerzas de fricción también son altas en un radio de giro de 28 km .[ significado del hecho? ] .
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