Affyringssløjfen eller Lofstrom-sløjfen er et offentliggjort design af et kabeltransportsystem designet til at sende last i lavt kredsløb om jorden. Projektet er baseret på en løkkesnor (løkke), der kontinuerligt bevæger sig med høj hastighed (12-14 km/s) inde i vakuumrøret. For at ledningen ikke skal komme i kontakt med rørets vægge, er de adskilt fra hinanden af en magnetisk ophæng, svarende til hvordan det gøres i et magnetoplan . Generelt er denne enhed en storslået struktur omkring 2000 km lang, og selve løkken skal stige til en højde på op til 80 km og blive på den på grund af den roterende lednings momentum. Snorens rotation overfører i det væsentlige vægten af hele strukturen til parret af magnetiske lejer, der understøtter den, en i hver ende.
Opsendelsessløjfen er designet til ikke-raketopsendelser af rumfartøjer , der vejer op til 5 tons, ved hjælp af elektromagnetisk acceleration, både i lav kredsløb om Jorden og videre. Acceleration udføres på en flad del af kablet, som er uden for den tætte atmosfære [1] .
Det offentliggjorte omkostningsestimat for en brugbar opsendelsessløjfe viste sig at være væsentligt lavere end for en rumelevator , mens det foreslåede system har en højere opsendelsesydeevne, lavere omkostninger og samme eller endda højere nyttelastkapacitet end dets modstykke [2] . I modsætning til rumelevatoren kræver den ingen udvikling af nye materialer [3] .
Systemet er designet til at understøtte rumturistopsendelser samt rumudforskning og rumkolonisering med en relativt mild g -kraft på 3g.
Startsløjfen blev første gang beskrevet af Keith Lofstrom i november 1981 i American Astronautical Society Readers' Forum og i august 1982 i L5 Society News. En mere detaljeret undersøgelse af ideen blev lavet af Lofstrom i 1983-1985. [3]
I 1982 publicerede Paul Birch en række artikler i Journal of the British Interplanetary Society , der beskrev orbitalringe , samt et design, han kaldte "Partial Orbital Ring System" (PSOC) [4] . I en raffineret version af SCOC er kredsløbsringene ordnet således, at det opsendte objekt accelereres af et elektromagnetisk felt langs en bane, der er egnet til at sende mennesker ud i rummet. Men hvis superledende magnetisk levitation bruges i orbitalringen , bruges elektromagnetisk suspension i affyringssløjfen.
Affyringssløjfen er en struktur på omkring 2000 km. Selve løkken rejser sig fra jordoverfladen til en højde på 80 km, passerer i denne højde på 2000 km, falder igen til jordoverfladen, vender rundt og gentager sig så hele vejen tilbage til udgangspunktet. Sløjfen er formet som et rør, hul indeni og kaldes en skede . Ophængt inde i skallen er et andet solidt rør kaldet en rotor , som er en snor eller kæde. Rotoren er lavet af jern og har en diameter på omkring 5 cm.Den bevæger sig i en cirkel inde i løkken med en hastighed på 14 km/s.
Selvom løkken er meget lang, omkring 4000 km, er selve rotoren ret tynd, omkring 5 cm i diameter, og skallen er ikke meget større. Rotoren er lavet af ferromagnetisk jern i form af en ledning eller et rør, med langsgående ekspansionsfuger cirka hver meter. Rotoren er adskilt fra skallen af servostabiliserende magnetlejer. Kappen er forseglet, med et vakuum opretholdt for at minimere træk på rotoren.
I hvile vil løkken være på jordniveau. Så vil rotoren blive accelereret af en lineær motor , som vil forbruge flere hundrede megawatt strøm. Når hastigheden stiger, vil rotoren bøje sig og antage form af en bue. Skallen vil tvinge den ind i en kurve, der er stejlere end den ballistiske kurve. Til gengæld vil rotoren overføre centrifugalkraften til skallen og holde den i luften. Sløjfen får den ønskede form og får en maksimal højdegrænse på ≈80 km ved at fastgøre kablet til jorden. Med en 300 MW generator vil det tage omkring to måneder at nå fuld hastighed. Når rotoren er drejet helt op, vil den rotere én gang i cirka fem minutter.
Efter at have løftet strukturen, vil en konstant genopfyldning af dens energi være påkrævet for at kompensere for spredningen af energi i magnetiske lejer, for at stabilisere strukturen og også for at kompensere for tab på grund af vakuumskallens ufuldkommenhed. Alt dette vil kræve omkring 200 MW strøm, ikke medregnet den ekstra energi til opsendelse af rumfartøjer [3] .
For at søsætte løftes køretøjet på et "elevatorkabel", der hænger fra den vestlige læssestation fra 80 km højde og placeres på det øverste trins styreskinner. Accelerationsenheden skaber et magnetfelt, hvorved der opstår hvirvelstrømme i en hurtigt bevægende rotor . Det er dem, der løfter nyttelasten over kablet og skubber det fremad med en acceleration på 3g (30 m/s²). Nyttelasten accelereres af rotoren, indtil den når den nødvendige omløbshastighed, hvorefter den forlader accelerationssektionen.
Hvis der er behov for en stabil eller cirkulær bane, så i det øjeblik nyttelasten når det højeste punkt af banen, er det nødvendigt at tænde den indbyggede raketmotor ("booster") eller andre nødvendige midler til at dirigere banen til den passende bane. jorden rundt [3] .
Hvirvelstrømsmetoden er kompakt, let og kraftfuld, men ineffektiv. Ved hver start stiger rotorens temperatur på grund af effekttab med 80 grader. Hvis affyringsvægtene er for tæt på hinanden, kan rotortemperaturen nærme sig 770 °C (1043 K), hvorefter rotormaterialet vil miste sine ferromagnetiske egenskaber, og dets tætning vil blive kompromitteret.
Baner med en perigeum på 80 km er ustabile på grund af aerodynamisk bremsning (rumfartøjet mister hurtigt højde og falder til Jorden), men ud over sådanne baner er selve affyringssløjfen i stand til direkte at slippe nyttelast ned i baner, der kræver hastigheder over flugten hastighed udføre en gravitationsmanøvre omkring Månen og falde ind i andre fjerntliggende baner, inklusive dem, der er tættest på trojanske punkter .
For at sikre opsendelse i cirkulære baner fra affyringssløjfen kræves der en relativt lille boostermotor, som vil tænde ved højdepunktet og korrigere kredsløbet. For at komme ind i Geosynchronous Orbit (GSO) vil det være nødvendigt at øge hastigheden med omkring 1,6 km/s, og for at opnå lav kredsløb (LO) i en højde på 500 km, vil en tilføjelse til hastigheden på kun 120 m/s være påkrævet. Konventionelle raketter kræver hastighedstillæg på cirka 10 og 14 km/s for at opnå henholdsvis NO og GSO [3] .
Lofstroms affyringsløkke er tæt på ækvator og kan kun opsendes i ækvatoriale baner. Andre orbitale fly kan dog nås ved hjælp af en højdedrejning, måneforstyrrelse eller aerodynamiske metoder.
Den maksimale hastighed for opsendelser af startsløjfen er omkring 80 i timen og er i sidste ende begrænset af rotorens temperatur og afkølingstid, men dette vil kræve en effekt i størrelsesordenen 17 GW . En mere beskeden effekt på 500 MW ville være tilstrækkelig til 35 opsendelser om dagen [3] .
For at opsendelsessløjfen skal være økonomisk rentabel, kræver det, at der opstår kunder med tilstrækkeligt store krav til opsendelseskapacitet.
Lofstrom anslår, at for at de oprindelige omkostninger ved løkken, som er omkring 10 milliarder dollars, skal betale sig inden for et år, skal der opsendes 40.000 tons last om året, mens omkostningerne ved at sætte i kredsløb vil være omkring 300 $/kg. Hvis den oprindelige investering øges til 30 milliarder dollars (for at bygge en mere kraftfuld sløjfe), vil sløjfen være i stand til at opsende 6 millioner tons last om året, og givet en tilbagebetalingsperiode på fem år kan omkostningerne ved at opsendes i rummet være mindre end $3/kg [5] .
Det forventes, at opsendelsessløjfen vil kunne give en høj hastighed af opsendelser (flere opsendelser i timen, uanset vejret), og dette system vil praktisk talt ikke forurene miljøet. Raketopsendelser genererer nitratforurening på grund af udstødningsgassernes høje temperatur, og afhængigt af typen af brændstof kan der frigives drivhusgasser. Startsløjfen, som en slags elektrisk kraftværk, er miljøvenlig, den kan fungere fra enhver energikilde: geotermisk, nuklear, sol, vind eller enhver anden, endda intermitterende type, da systemet har en enorm indbygget energilagring .
I modsætning til en rumelevator, som skal passere gennem strålingsbæltet i løbet af få dage, kan lanceringssløjfepassagerer sendes ind i lav kredsløb om jorden, som er under strålingsbæltet, eller passere gennem det i løbet af få timer. Denne situation ligner den, Apollo-astronauterne står over for, for hvem strålingsdoser er 200 gange lavere end en rumelevator kan give [6] .
I modsætning til en rumelevator, der er i risiko for kollision med rumaffald og meteoritter i hele sin længde, er affyringssløjfen placeret i højder, hvor banerne er ustabile på grund af luftmodstand. Rumaffald forbliver der ikke i lang tid, chancen for kollision med installationen er ret lille. Mens levetiden for en rumelevator er i størrelsesordenen nogle få år, er beskadigelse eller ødelæggelse af affyringssløjfen relativt sjælden. Derudover er selve affyringssløjfen ikke en væsentlig kilde til rumaffald, selv i tilfælde af en ulykke. Alle dets mulige fragmenter vil have en perigeum, der krydser atmosfæren, eller deres hastigheder vil være under den første kosmiske.
Affyringsløkken er gearet til at transportere mennesker, fordi den maksimale acceleration på 3g er sikker i den, langt de fleste mennesker er i stand til at modstå det [3] . Derudover giver det en meget hurtigere måde at nå det ydre rum end rumelevatoren.
Affyringssløjfen vil fungere stille, i modsætning til missiler vil den ikke have nogen støjeffekt.
Endelig gør de lave omkostninger ved at placere en nyttelast i kredsløb den velegnet til kommerciel rumturisme i stor skala og endda rumkolonisering .
Den ikke-snoede sløjfe vil lagre en enorm mængde kinetisk energi . Fordi maglev-systemet vil være meget redundant, vil fejl i et lille område ikke påvirke systemets ydeevne. Men hvis der sker en væsentlig ødelæggelse af strukturen, vil hele den lagrede energi blive frigivet (1,5 × 10 15 joule eller 1,5 petajoule), hvilket svarer til en atombombeeksplosion , med en effekt på 350 kiloton i TNT-ækvivalent (dog uden stråling stråling). Selvom dette er en enorm mængde energi, er det usandsynligt, at hele strukturen vil blive ødelagt på grund af dens meget store størrelse, og også fordi, hvis der opdages en funktionsfejl, vil det meste af energien blive dirigeret til et specielt anvist sted. Det kan være nødvendigt at træffe foranstaltninger til at sænke kablet fra en højde på 80 km med minimal skade, for eksempel sørge for faldskærme. For at sikre sikkerheden og af astrodynamiske årsager skal affyringssløjfen derfor installeres over havet nær ækvator, væk fra bebyggelser.
Det offentliggjorte design af affyringssløjfen kræver elektronisk styret magnetisk levitation for at minimere strømtab og stabilisere kabeldæmpning forårsaget af andre årsager. Ustabilitet vil primært forekomme i drejesektionerne og også i kablet.
Pladespillerne er potentielt ustabile, fordi flytning af rotoren væk fra magneterne resulterer i et fald i magnetisk tiltrækning, mens bevægelse mod magneterne skaber en stigning i tiltrækning. Uanset hvad, opstår der ustabilitet. Dette problem løses ved hjælp af servostyringssystemer, der styrer styrken af magneterne. Selvom pålideligheden af servoer ved høje rotorhastigheder er genstand for forskning, vil et meget stort antal servosektioner gå tabt for at indeholde rotoren i tilfælde af systemfejl.
Sektioner af kablet vil også dele denne potentielle skæbne, selvom kræfterne her er meget mindre. Der er dog en anden potentiel ustabilitet, som ligger i det faktum, at kablet / kappen / rotoren kan gennemgå slyngning (som en Lariat-kæde), desuden kan amplituden af oscillationer af denne proces øges uden begrænsninger ( resonans ). Lofstrom mener, at denne ustabilitet også kan kontrolleres i realtid ved hjælp af servomekanismer, selvom ingen endnu har gjort dette.
For at holde vakuumet i systemet på et acceptabelt niveau, skal du bruge en masse vakuumpumper jævnt fordelt langs længden (det vil sige i en højde af 80 kilometer også), der konstant arbejder på at pumpe ud for at kompensere for lækage.
Vanskeligheden er at skaffe den nødvendige elektriske strøm midt i havet.
Alexander Bolonkin bemærkede mange tekniske problemer i Lofstroms projekt [7] [8] [9] . Især er blokering mulig ved ekspansionsled mellem halvanden meter stålplader, friktionskræfterne er også høje ved en venderadius på 28 km[ betydningen af det faktum? ] .
| Raketfri rumopsendelse | |
|---|---|
| |