Proiectul SpinLaunch. Pe forța centrifugă în spațiu
Lansatorul experimental Suborbital Accelerator
De către forțele micilor întreprinderi private din Statele Unite, se elaborează acum diverse opțiuni pentru livrarea mărfurilor pe orbită, inclusiv. cu principii de lucru neobișnuite. Așadar, startup-ul californian SpinLaunch a dezvoltat și adus la încercare un „accelerator suborbital” folosind principiul centrifugal de încărcare a sarcinii. În urmă cu câteva săptămâni, instalația pilot și-a încheiat cu succes prima lansare.
În căutarea unei alternative
SpinLaunch (literal „lansare de rotire”) a fost fondată în 2014 în Sunnyvale, California. De la bun început, singura sarcină a companiei a fost să dezvolte un sistem de lansare spațială fundamental nou, care are avantaje față de rachetele tradiționale și tehnologia spațială. În loc de rachete și motoare alimentate cu combustibil chimic, sistemul SpinLaunch trebuie să folosească forța centrifugă.
În următorii câțiva ani, compania a efectuat lucrările necesare de cercetare și dezvoltare. Au fost create proiecte de instalații SpinLaunch experimentale și full-size. Demonstratorul de tehnologie, care are capacități limitate, și-a primit propriul nume Suborbital Accelerator („accelerator suborbital”). Sistemul de dimensiuni complete se numește în consecință un amplificator orbital.
În construcție: instalarea camerei de vid
Spre deosebire de alte startup-uri spațiale, SpinLaunch nu a pus prea mult accent pe publicitate. Partea principală a lucrării s-a desfășurat fără mult zgomot și cu zgomot regulat Știri. Cu toate acestea, până la începutul lui 2020, ea a reușit să obțină sprijin financiar de la mai mulți investitori și chiar a interesat Pentagonul.
2019-20 SpinLaunch a început pregătirile pentru testele viitoare. În special, sediul startup-ului s-a mutat la Long Beach, iar spațiul spațioportului din Spaceport America a fost închiriat pentru evenimente practice. New Mexico. Până în prezent, acolo a fost construit un lansator experimental. Pe 22 octombrie au avut loc primele sale teste cu lansarea cu succes a unui simulator de rachetă.
principiul centrifugului
Principiul de funcționare al instalării SpinLaunch este destul de simplu, dar implementarea sa este destul de complicată din punct de vedere tehnic. În același timp, soluționarea cu succes a problemelor de proiectare permite obținerea unor avantaje de natură tehnică, energetică și chiar de mediu.
Design unitatea centrifugei
Elementul principal și cel mai mare al instalației SpinLaunch este o cameră de vid cilindrică. În interior se află o centrifugă pentru dispersarea sarcinii utile, iar în exterior este prevăzut un tub de ghidare tangențial, al cărui capăt superior este etanșat ermetic cu o membrană. Complexul include, de asemenea, un dispozitiv de susținere, acționări electrice centrifuge, o unitate de pompare etc. În funcție de orbita necesară, camera tubului poate fi instalată atât vertical, cât și în unghi.
În interiorul camerei este o centrifugă care ține o rachetă cu o sarcină utilă. În timpul lansării, trebuie să câștige viteza calculată, oferind rachetei energia cinetică necesară. Apoi, la un moment dat, racheta este eliberată, intră în tubul de ghidare și iese din instalație prin aceasta, rupând membrana.
Centrifugați în timpul funcționării
SpinLaunch are un lansator special. Acesta este un produs reutilizabil, de dimensiuni mici, în două etape, care are un compartiment de sarcină utilă și propriul sistem de propulsie cu putere limitată. Capacitatea de transport a unei astfel de rachete va ajunge la 400 de lire sterline (181 kg) pentru orbita joasă a Pământului.
Așa cum a fost conceput de dezvoltatori, un lansator de dimensiuni mari ar trebui să se „desfășoare” și să ejecteze o rachetă la o viteză mai mare de 2200 m / s. Datorită energiei acumulate, se va putea ridica la o înălțime de peste 60 de km într-un minut, unde își va lansa propriul motor pentru a continua zborul pe orbită. După ce sarcina utilă este îndepărtată, racheta trebuie să se întoarcă pe Pământ pentru a se pregăti pentru următoarea lansare.
Pe scari diferite
Până în prezent, SpinLaunch a construit un prototip de accelerator suborbital și a început să-l testeze. Acest complex are o inaltime totala de aprox. 50 m și oferă o lansare a rachetei vertical în sus. Pentru a efectua experimente, o versiune redusă a rachetei cu o lungime de cca. 3 m. Nu are motor, iar sarcina utilă se realizează sub formă de echipament de control.
La postul de control
Prima lansare din instalația pilot a avut loc pe 22 octombrie. Folosind 20% din puterea sa nominală, lansatorul a propulsat racheta la o viteză de „mii de mile pe oră”, propulsând-o la o înălțime de „zeci de mii de picioare”. În același timp, nu sunt numite caracteristicile exacte ale lansării și zborului.
În următoarele luni, compania de dezvoltare intenționează să continue să testeze „boosterul suborbital”. Este planificat să efectueze până la 30 de lansări suborbitale pentru a testa toate sistemele. Atunci o tranziție la lansări orbitale este posibilă - dacă caracteristicile reale ale sistemului o permit.
În viitor, compania va finaliza dezvoltarea și va începe construcția unui „accelerator” de dimensiune completă. Acesta va fi de aproximativ trei ori mai mare decât prototipul și va arăta performanța corespunzătoare. Este de așteptat ca această versiune a SpinLaunch să poată lansa o sarcină utilă reală pe orbite și să poată intra pe piața serviciilor de lansare.
Viitorul vehicul de lansare pentru SpinLaunch
Avantaje și dezavantaje
Conform calculelor, deja parțial confirmate de teste, sistemul de lansare centrifugă are unele avantaje față de sistemele tradiționale de rachete și spațiale. Cu toate acestea, există și deficiențe caracteristice, a căror depășire se dovedește a fi o sarcină extrem de dificilă.
În primul rând, avantajul calculat al SpinLaunch este rentabilitatea și eficiența energetică. Spre deosebire de un vehicul de lansare, centrifuga accelerează sarcina utilă fără probleme și cu ajutorul unui motor electric economic. În consecință, accelerația și decolarea necesită mai puțină energie. Conform calculelor, o astfel de lansare permite o reducere de patru ori a cantității de combustibil necesară pentru ascensiunea ulterioară pe orbită.
Un avantaj important al SpinLaunch este relativa ușurință de pregătire pentru lansare. Este de așteptat ca un astfel de sistem să poată efectua mai multe lansări pe zi cu un interval minim. Productivitatea ridicată va avea un impact vizibil asupra performanței economice.
De asemenea, sunt remarcate caracteristicile de mediu ale proiectului. Deci, sistemul va efectua activitatea principală cu ajutorul energiei electrice, care poate fi de origine „curată”. În prezența unei rachete cu motor, produsele de ardere sunt produse în cantitatea minimă necesară și sunt emise numai în straturile superioare ale atmosferei, unde prezintă un pericol minim pentru mediu.
Compania de dezvoltare susține că noile soluții tehnice pot reduce semnificativ costul de lansare în comparație cu vehiculele de lansare tradiționale. Conform calculelor, acest parametru poate fi crescut la 500 USD per lansare, mai puțin de 3 USD pe 1 kg de încărcare. Un cost atât de mic va atrage cu siguranță atenția clienților și va contribui la creșterea numărului de lansări, ceea ce va contribui și la reducerea prețurilor.
Cu toate acestea, pentru a atinge astfel de obiective, trebuie depășite mai multe provocări semnificative. În primul rând, aceasta este complexitatea generală a designului. Construirea unei camere de vid cu un diametru de zeci de metri nu este o sarcină ușoară. În același timp, performanța și fiabilitatea unei astfel de unități sunt critice pentru întregul sistem de lansare. Orice fisură și ruptură a vidului poate avea cele mai grave consecințe.
Al doilea dezavantaj al sistemului și al conceptului în ansamblu este capacitatea energetică limitată. Chiar și un sistem SpinLaunch de dimensiune completă va putea trimite mai puțin de 200 kg pe orbite joase, ceea ce va limita serios gama de sarcini potențiale și clienți. În plus, practic nu există oportunități de scalare. Creșterea sarcinii de ieșire este asociată cu o creștere a dimensiunii lansatorului, care se dovedește deja a fi excesiv de mare și complexă.
În faza de testare
Aparent, dezvoltatorii sistemului SpinLaunch sunt bine conștienți de toate punctele forte și punctele slabe ale proiectului lor. Vorbind despre asta, se concentrează pe avantaje, în timp ce încearcă să facă față deficiențelor „în modul închis”. Cât de reușită va avea această lucrare și dacă va fi posibil să se obțină raportul optim al tuturor caracteristicilor - testele vor arăta.
Prima lansare a unei „rachete” simplificate cu echipament de testare a avut loc în urmă cu câteva săptămâni, iar testele nu se vor opri aici. Aproximativ. 30 de lansări cu diverse sarcini. Și în funcție de rezultatele acestor activități, se vor stabili căile de dezvoltare ulterioară a proiectului. Desigur, dacă instalația pilot confirmă caracteristicile de proiectare și arată fezabilitatea globală a proiectului.
informații