Projekt SpinLaunch. O sile odśrodkowej w kosmos
Eksperymentalna wyrzutnia Akcelerator suborbitalny
Siły małych prywatnych przedsiębiorstw w Stanach Zjednoczonych opracowują obecnie różne opcje systemów dostarczania towarów na orbitę, m.in. z nietypowymi zasadami pracy. Tak więc kalifornijski startup SpinLaunch opracował i przetestował „akcelerator suborbitalny” wykorzystujący odśrodkową zasadę ładowania ładunku. Kilka tygodni temu instalacja pilotażowa pomyślnie zakończyła swoje pierwsze uruchomienie.
Szukasz alternatywy
SpinLaunch (dosłownie „uruchomienie spinowe”) zostało założone w 2014 roku w Sunnyvale w Kalifornii. Od samego początku jedynym zadaniem firmy było opracowanie całkowicie nowego kosmicznego systemu startowego, który ma przewagę nad tradycyjną technologią rakietową i kosmiczną. Zamiast rakiet i silników napędzanych chemikaliami system SpinLaunch musi wykorzystywać siłę odśrodkową.
W ciągu następnych kilku lat firma prowadziła niezbędne prace badawczo-rozwojowe. Powstały projekty eksperymentalnych i pełnowymiarowych instalacji SpinLaunch. Demonstrator technologii, który ma ograniczone możliwości, otrzymał własną nazwę Suborbital Accelerator („akcelerator suborbitalny”). Pełnowymiarowy system jest odpowiednio nazywany wzmacniaczem orbitalnym.
W trakcie realizacji: montaż komory próżniowej
W przeciwieństwie do innych kosmicznych startupów, SpinLaunch nie kładł dużego nacisku na reklamę. Główna część pracy przebiegała bez większego hałasu i regularnie głośno Aktualności. Jednak na początku 2020 roku udało jej się uzyskać wsparcie finansowe od kilku inwestorów, a nawet zainteresował się Pentagonem.
2019-20 SpinLaunch rozpoczął przygotowania do przyszłych testów. W szczególności siedziba startupu została przeniesiona do Long Beach, a przestrzeń kosmodromu w Spaceport America została wynajęta na praktyczne wydarzenia. Nowy Meksyk. Do tej pory zbudowano tam eksperymentalną wyrzutnię. 22 października odbyły się jego pierwsze testy z udanym uruchomieniem symulatora rakiety.
zasada odśrodkowa
Zasada działania instalacji SpinLaunch jest dość prosta, jednak jej realizacja jest dość skomplikowana technicznie. Jednocześnie pomyślne rozwiązanie problemów projektowych pozwala na uzyskanie pewnych korzyści o charakterze technicznym, energetycznym, a nawet środowiskowym.
Projekt napędu wirówki
Głównym i największym elementem instalacji SpinLaunch jest cylindryczna komora próżniowa. Wewnątrz znajduje się wirówka do rozpraszania ładunku, a na zewnątrz znajduje się styczna rura prowadząca, której górny koniec jest hermetycznie zamknięty membraną. Kompleks obejmuje również urządzenie podtrzymujące, napędy elektryczne wirówek, zespół pompujący itp. W zależności od wymaganej orbity komorę rurową można montować zarówno w pionie, jak i pod kątem.
Wewnątrz komory znajduje się wirówka trzymająca rakietę z ładunkiem. Podczas startu musi osiągnąć obliczoną prędkość, dając rakiecie wymaganą energię kinetyczną. Następnie w określonym momencie rakieta jest uwalniana, wchodzi w rurę prowadzącą i wychodzi przez nią z instalacji, przebijając się przez membranę.
Wirówka podczas pracy
SpinLaunch ma specjalny program uruchamiający. Jest to dwustopniowy produkt wielokrotnego użytku o niewielkich rozmiarach, który ma przedział ładunkowy i własny układ napędowy o ograniczonej mocy. Nośność takiej rakiety osiągnie 400 funtów (181 kg) na niskiej orbicie okołoziemskiej.
Zgodnie z koncepcją twórców, pełnowymiarowa wyrzutnia powinna „rozwijać się” i wyrzucać rakietę z prędkością ponad 2200 m/s. Dzięki zgromadzonej energii będzie w stanie w ciągu minuty wznieść się na wysokość ponad 60 km, gdzie uruchomi własny silnik do dalszego lotu na orbitę. Po usunięciu ładunku rakieta musi wrócić na Ziemię, aby przygotować się do następnego startu.
W różnych skalach
Do tej pory firma SpinLaunch zbudowała prototyp akceleratora suborbitalnego i rozpoczęła jego testy. Kompleks ten ma łączną wysokość ok. 50 m i umożliwia wystrzelenie rakiety pionowo w górę. Do przeprowadzenia eksperymentów wykorzystano pomniejszoną wersję rakiety o długości ok. 3 m. Nie posiada silnika, a ładunek jest wykonany w postaci urządzeń sterujących.
Na stanowisku kontrolnym
Pierwszy start z pilotażowej instalacji odbył się 22 października. Wykorzystując 20% swojej mocy znamionowej, wyrzutnia rozpędziła rakietę do prędkości „tysięcy mil na godzinę”, wyrzucając ją na wysokość „dziesiątek tysięcy stóp”. Jednocześnie nie nazywa się dokładnych cech startu i lotu.
W nadchodzących miesiącach firma deweloperska planuje kontynuować testy swojego „dopalacza suborbitalnego”. Planowane jest przeprowadzenie do 30 startów suborbitalnych w celu przetestowania wszystkich systemów. Wtedy możliwe jest przejście do startów orbitalnych - jeśli realne charakterystyki systemu na to pozwolą.
W przyszłości firma zakończy prace rozwojowe i rozpocznie budowę pełnowymiarowego „akceleratora”. Będzie mniej więcej trzy razy większy od prototypu i będzie wykazywać odpowiednie osiągi. Oczekuje się, że ta wersja SpinLaunch będzie w stanie wystrzelić prawdziwy ładunek na orbitę i będzie mogła wejść na rynek usług startowych.
Przyszły pojazd startowy dla SpinLaunch
Zalety i wady
Według obliczeń, częściowo już potwierdzonych testami, odśrodkowy system startowy ma pewne zalety w porównaniu z tradycyjnymi systemami rakietowymi i kosmicznymi. Istnieją jednak również charakterystyczne mankamenty, których pokonanie okazuje się niezwykle trudnym zadaniem.
Przede wszystkim obliczoną zaletą SpinLaunch jest opłacalność i efektywność energetyczna. W przeciwieństwie do pojazdu nośnego, wirówka płynnie przyspiesza ładunek za pomocą ekonomicznego silnika elektrycznego. W związku z tym przyspieszenie i start wymagają mniej energii. Według obliczeń taki start pozwala na czterokrotne zmniejszenie ilości paliwa potrzebnego do dalszego wejścia na orbitę.
Ważną zaletą SpinLaunch jest względna łatwość przygotowania do startu. Oczekuje się, że taki system będzie w stanie przeprowadzić kilka startów dziennie z minimalnym odstępem czasu. Wysoka produktywność będzie miała zauważalny wpływ na wyniki ekonomiczne.
Zwrócono również uwagę na środowiskowe cechy projektu. Tak więc system wykona główną pracę za pomocą energii elektrycznej, która może mieć „czyste” pochodzenie. W obecności rakiety z silnikiem produkty spalania powstają w minimalnej wymaganej ilości i są emitowane tylko w górnych warstwach atmosfery, gdzie stanowią minimalne zagrożenie dla środowiska.
Firma deweloperska twierdzi, że nowe rozwiązania techniczne mogą znacznie obniżyć koszty startu w porównaniu z tradycyjnymi pojazdami nośnymi. Według obliczeń parametr ten można zwiększyć do 500 3 USD na start, mniej niż 1 XNUMX USD na XNUMX kg ładunku. Tak niski koszt z pewnością przyciągnie uwagę klientów i przyczyni się do wzrostu liczby startów, co również wpłynie na obniżenie cen.
Aby jednak osiągnąć te cele, należy pokonać kilka istotnych wyzwań. Przede wszystkim jest to ogólna złożoność projektu. Zbudowanie komory próżniowej o średnicy kilkudziesięciu metrów nie jest łatwym zadaniem. Jednocześnie wydajność i niezawodność takiej jednostki ma kluczowe znaczenie dla całego systemu startowego. Każde pęknięcie i naruszenie próżni może mieć najpoważniejsze konsekwencje.
Drugą wadą systemu i całej koncepcji są ograniczone możliwości energetyczne. Nawet pełnowymiarowy system SpinLaunch będzie w stanie wysłać mniej niż 200 kg na niskie orbity, co poważnie ograniczy zakres potencjalnych ładunków i klientów. Ponadto praktycznie nie ma możliwości skalowania. Zwiększenie obciążenia wyjściowego wiąże się ze zwiększeniem rozmiarów wyrzutni, która już teraz okazuje się zbyt duża i skomplikowana.
Na etapie testowania
Najwyraźniej twórcy systemu SpinLaunch doskonale zdają sobie sprawę ze wszystkich mocnych i słabych stron swojego projektu. Mówiąc o tym, skupiają się na zaletach, natomiast z wadami starają się uporać „w trybie zamkniętym”. Na ile udane będą te prace i czy uda się uzyskać optymalny stosunek wszystkich cech - pokażą testy.
Pierwszy start uproszczonej „rakiety” z wyposażeniem testowym odbył się kilka tygodni temu i na tym testy się nie skończą. Około. 30 startów z różnymi zadaniami. I zgodnie z wynikami tych wydarzeń zostaną określone drogi dalszego rozwoju projektu. Oczywiście, jeśli zakład pilotażowy potwierdzi cechy projektowe i wykaże ogólną wykonalność projektu.
informacja