SpinLaunch skutecznie wyrzuca 10-metrową strzałę w kosmos

SpinLaunch bawi się innym elektrycznym modelem masowego startu na orbitę. Próbuje wyrzucić masę w kosmos, ale są wyzwania.

W październiku firma o nazwie SpinLaunch rzuciła w niebo 10-metrową lotkę, osiągającą prawie 10 000 metrów wysokości. Co, możesz zapytać. Cóż, zrobiłem to w nowy i interesujący sposób, że pewnego dnia może się przydać do wyrzucania rzeczy na orbitę za pomocą elektryczności zamiast paliwa rakietowego.

Co w tym nowego? Cóż, spust to gigantyczne solidne liny wewnątrz komory próżniowej. Z jednej strony ma dużą przeciwwagę na krótkim ramieniu, a z drugiej na długim końcu. W ciągu około 90 minut wykorzystuje energię elektryczną, aby doprowadzić obrotowe ramię z nałożoną na niego strzałką do absurdalnych obrotów na sekundę, około 10 000 razy większej niż siła grawitacji.

Następnie, dokładnie w odpowiedniej chwili, wystrzelili strzały. Wznosi się przez rurkę z lekkim plastikowym arkuszem, który utrzymuje próżnię wewnątrz i powietrze, i nadal wspina się pod bezwładnością przez 10 kilometrów w tej chwili.

Ich celem jest doprowadzenie urządzenia do zasięgu 200 kilogramów i wyrzucenie na orbitę satelitów z rakietami ostatniego stopnia. To oczywiście bardzo ciekawe, dlatego otrzymali 75 milionów dolarów Do tej pory w finansach. Z tej kwoty 38 milionów dolarów przeznaczono na budowę tego prototypu na małą skalę, który zdołał stać się największą komorą próżniową na świecie.

Dlatego była to udana demonstracja techniczna elektrycznej, bezemisyjnej wyrzutni satelitarnej. To jest naprawdę piękne. Nie potrzeba wielu kilometrów toru, aby przejść w górę, jak robią proponowane akceleratory liniowe, a komora próżniowa oznacza, że ​​unika ona oporu powietrza, dopóki faktycznie nie porusza się z niewiarygodnymi prędkościami.

Celem jest stworzenie sabota – aerodynamicznej obudowy na obwodzie – która owija się wokół nieaerodynamicznego steru strumieniowego, zbiorników paliwa i ładunku. Bomba jest przymocowana do długiego ramienia wewnątrz akceleratora i jest wyrzucana na orbitę. Na orbicie lub w pobliżu orbity łódź eksploduje, pozostawiając prosty statek kosmiczny, który dostarczy ładunek na swoją ostateczną orbitę, zanim jej domniemana orbita zaniknie i stanie się krótkim błyskiem światła gdzieś na niebie.

Jest jednak wiele wyzwań do pokonania, zanim SpinLaunch będzie można uznać za konkurenta SpaceX, niezależnie od znacznie łatwiejszego celu Blue Origin. Części, co do których mam obawy, są następujące:

Po pierwsze, chociaż Demonstrator jest niesamowity, jako prototyp jest znacznie poniżej podstawowej skali ćwiartkowej dla modeli systemów mechanicznych. Twierdzą, że jest to trzecia skala, ale to według średnicy, a nie według 3 wymiarów. W związku z tym jest to świetne przedstawienie dla reżysera i równie imponujące, jak każdy wielki kawałek inżynierii, którego budowa kosztowała 38 milionów dolarów, ale moim zdaniem nie jest wystarczająco zabawny z głównych wyzwań technicznych. Jest to dość spójne wyzwanie w przemyśle lotniczym, ponieważ rzeczywiste prototypy kwartylowe są drogie. O tym wyzwaniu pisałem w 2014 roku w odniesieniu do Google Makani, nieistniejącej już firmy zajmującej się lotniczą energią wiatrową, której prototyp o mocy 29 kW był za mały, aby wyjąć urządzenie docelowe o mocy 600 kW. Wraz z wieloma innymi wyzwaniami związanymi z energetyką wiatrową w powietrzu, ten okazał się dzwonem śmierci dla mojego miejsca.

Na marginesie, ostatnio spędziłam z nim kilka godzin na rozmowie Damon Vander Lind, facet, który prowadził moje miejsce przez kilka lat, a następnie przeniósł się do Kitty Hawk, aby zaprojektować wolt elektryczny. Przeczytał moje ostatnie artykuły na temat mobilności w powietrzu i przekładni elektrycznych w miastach i skontaktował się z nim, aby omówić nasze nakładające się poglądy na temat energetyki wiatrowej w powietrzu i ruchu powietrza w miastach. To było niesamowicie zabawne, odkąd od trzynastu lat zamieszczam zjadliwą krytykę jego głównych ról. Oczywiście to najwyraźniej pomogło, ponieważ nie widziałem tego, co w moim mieszkaniu, i przestałem być w pobliżu Kitty Hawk. Część naszej rozmowy była poświęcona jego obecnemu skupieniu się na dostarczaniu wartościowego produktu zmieniającego klimat.

Chodzi o to, że udane demo otwiera drogę do sfinansowania większego prototypu, który faktycznie zacznie testować niektóre z jego bardziej niezwykłych aspektów, być może równych masie do rzucania Blue Origin po hipotetycznej wysokości 100 km, na której zaczyna się kosmos — nie ludzie Siła grawitacji zamieniłaby miękkich ludzi w czerwony dżem wewnątrz bomby na długo przed jej uwolnieniem.

Drugim wyzwaniem jest to, że zamknięty orbiter i ładunek muszą być w stanie wytrzymać nie tylko 10 000 J sił bocznych, ale orbiter i ładunek muszą poradzić sobie z siłami rakiety podczas kopania. Chodzi o to, ale o wiele łatwiej jest zbudować coś, co wytrzyma ekstremalne siły działające w jednym kierunku, niż zbudować coś, co przetrwa ekstremalne siły pod kątem prostym do siebie.

Ładunek musi być w stanie wytrzymać oba, co oznacza, że ​​projektowanie i pakowanie ładunku staje się coraz trudniejsze. Nie zamierzamy wyrzucać żelaznych sztabek w kosmos, aby przetwarzać je w orbitalnych piecach do wytapiania energii słonecznej. Możliwe są płyny nieściśliwe, ale płyny lubią wyciekać, więc naprawdę trudno byłoby stłumić nagłą zmianę sił. Rodzi to pytanie, czego będą używać jako paliwa, ale ponieważ teoretycznie są to tylko modyfikacje orbitalne, jest to prawdopodobnie problem do opanowania.

Po trzecie, element trzymający obracające się ramię musi być w stanie podtrzymać zatyczkę przy 10 000 g, a także zwolnić ją w ułamku sekundy bez powodowania chybotania. Jest to ekstremalny przypadek inżynieryjny sam w sobie.

Samo zapobieganie zapadaniu się chodaka pod wpływem naprężeń w punkcie mocowania, a nawet składanie na pół, jest również nietrywialną inżynierią. 10 000 gramów, co jest zasadniczo niewielkim zestawem punktów mocowania wokół środka ciężkości łodzi, powoduje, że zwisający chodak jest poważnie obciążony na obu końcach. Im więcej zgromadzisz gs, tym więcej potrzebujesz punktów mocowania i tym mniej możesz ich natychmiast uwolnić.

Całkowity pakiet 1000 kg mieszczący 200 kg przy 10 000 g odpowiada 10 milionom kg wagi na ziemi. Elektromagnesy są absurdalnie silne, ale magnes o wartości 3 tesli generuje tylko 522 psi, a najsilniejszy elektromagnes to 35 tesli. Ten stopień pola magnetycznego również zmniejszy wiele rzeczy. Nie jest dla mnie jasne, co to jest rozwiązanie załączników, ale oczekuje się, że wykona głupią robotę.

Po czwarte, moment bezwładności ramienia wirnika zmieni się drastycznie i natychmiast po zwolnieniu. Zwiększenie prędkości zajmuje 90 minut, więc łatwo jest zrównoważyć, ale uwolnienie jest natychmiastowe, a dwie tony masy znikają przy 10 000 g na długim końcu wysięgnika. Uzyskanie właściwej mechaniki to kolejny ekstremalny przypadek inżynierski sam w sobie. Mogę założyć kilka podejść do tego, ale to byłaby długa i ciężka praca, żeby się nie rozwikłać.

Po piąte, zmienność atmosfery w momencie startu będzie nieliniowa. Naddźwiękowe prędkości w dolnych partiach atmosfery ziemskiej nie są trywialne, co jest bardzo trudne dla inżynierów. Aby trafić na orbitę, byłby na poziomie niebezpiecznej wielokrotności prędkości Macha na poziomie gruntu. Więc też bardzo, bardzo głośno. Niedobry sąsiad.

Moje przeczucie — i to tylko dość dobrze poinformowane przypuszczenie — sugeruje, że może nie być możliwe pokonanie tej kombinacji na Ziemi. Jednak na Księżycu lub Marsie wiele rzeczy staje się prostszych. Brak atmosfery lub niewiarygodnie cienka atmosfera w pierwszej kolejności eliminuje lub zmniejsza potrzebę tworzenia komory próżniowej, a także sprawia, że ​​interakcja bomby naddźwiękowej z atmosferą jest nieistotna. Znacznie niższe wymagania dotyczące prędkości orbitalnej oznaczają, że nie ma problemów z 10 000 gramami, tylko mniejszą, ale wciąż absurdalną liczbę grawitacji. Nadal występują problemy z mocą spoilera i ładunkiem, zwolnieniem i momentem bezwładności, ale są problemy, które można rozwiązać. Łatwo zobaczyć, jak hel-3 jest wyrzucany z Księżyca na wolną orbitę, którą przechwyci orbita Ziemi.

Oczywiście to nie jest tak, że zajmujemy się wydobyciem egzotycznego materiału na Księżycu czy Marsie, więc podejrzewam, że ten interesujący kapitał intelektualny może zostać odłożony na kilkadziesiąt lat. Mogę się jednak mylić, a zespół wygląda na bardzo utalentowanego i bystrego, więc może dałoby się go wykorzystać na boisku. Byłoby ciekawie się dowiedzieć.

Czy cenimy sobie oryginalność CleanTechnica? Rozważ zostanie członkiem, zwolennikiem, technikiem, ambasadorem lub beneficjentem CleanTechnica Patreon.