SpinLaunch lanza con éxito un dardo de 10 metros hacia el espacio

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SpinLaunch está jugando con un modelo eléctrico diferente para el lanzamiento masivo a la órbita. Está tratando de lanzar masa al espacio, pero existen desafíos.

En octubre, una compañía llamada SpinLaunch lanzó un dardo de 10 metros de largo al cielo, alcanzando aproximadamente 10,000 metros de altitud. ¿Y qué ?, podrías preguntar. Bueno, lo hizo de una manera novedosa e interesante, que algún día podría ser útil para poner cosas en órbita usando electricidad en lugar de combustible para cohetes.

¿Qué tiene de novedoso? Bueno, el lanzador es un cabestrillo sólido gigante dentro de una cámara de vacío. Tiene un gran contrapeso en un brazo corto en un extremo y un extremo largo que sostiene la carga útil en el otro. Más o menos durante 90 minutos, utiliza electricidad para llevar el brazo giratorio con el dardo a absurdas revoluciones por segundo, unas 10.000 gravedades de fuerza centrípeta.

Luego, exactamente en el microsegundo correcto, soltaron el dardo. Sube a través de un tubo con una lámina de plástico ligero que mantiene el vacío dentro y el aire, y continúa hacia arriba bajo su propia inercia durante 10 kilómetros en este momento.

Su objetivo es llevar el dispositivo hasta el rango de 200 kilogramos y poner en órbita satélites con cohetes de etapa final. Obviamente, esto es muy interesante, por eso han recibido $ 75 millones en financiación hasta ahora. De eso, $ 38 millones se destinaron a construir este prototipo de subescala, que logró ser la cámara de vacío más grande del mundo.

Por lo tanto, fue una demostración técnica exitosa de un lanzador de satélites de cero emisiones y propulsado eléctricamente. Eso es bastante bueno. No requiere kilómetros de pista apuntando hacia arriba, como hacen los aceleradores lineales propuestos, y la cámara de vacío significa que evita la resistencia del aire hasta que ya va a velocidades absurdas.

La intención es fabricar un sabot, un caparazón aerodinámico circundante, que envuelve un propulsor no aerodinámico, tanques de combustible y carga útil. El zueco se une al brazo largo dentro del acelerador giratorio y se lanza a la órbita. En órbita, o cerca de la órbita, el sabot se rompería, dejando que el vehículo espacial simple entregue la carga útil a su órbita final antes de que presumiblemente tenga su propia órbita degradada y se convierta en un breve destello de luz en el cielo en alguna parte.

Sin embargo, hay muchos desafíos que superar antes de que SpinLaunch pueda considerarse un competidor de SpaceX, sin importar el objetivo mucho más fácil de Blue Origin. Las partes que me preocupan son las siguientes:

Primero, si bien el demostrador es asombroso, como prototipo está muy por debajo de la regla de un cuarto de escala por volumen para los prototipos de sistemas mecánicos. Afirman que es una tercera escala, pero eso es por diámetro, no tridimensional. Como tal, es un gran demostrador del principio y tan impresionante como cualquier pieza de ingeniería asombrosa cuya construcción costó $ 38 millones, pero en mi opinión, no quita el riesgo lo suficiente de los principales desafíos técnicos. Este es un desafío bastante constante en la industria aeroespacial, ya que los prototipos reales a un cuarto de escala son tremendamente caros. Escribí sobre este desafío en 2014 con respecto a Google Makani, la nueva empresa de energía eólica aerotransportada desaparecida, en el sentido de que su prototipo de 29 kW era demasiado pequeño para eliminar adecuadamente el riesgo de la máquina objetivo de 600 kW. Junto con muchos otros desafíos inherentes a la energía eólica aerotransportada, esta resultó ser la sentencia de muerte para Makani.

Nota al margen, recientemente pasé un par de horas hablando con Damon Vander Lind, el tipo que dirigió Makani durante unos años y luego se mudó a Kitty Hawk para diseñar su vtol eléctrico. Había leído mis artículos recientes sobre movilidad aérea urbana y vtols eléctricos y se acercó para hablar sobre nuestras perspectivas cruzadas sobre la energía eólica aérea y la movilidad aérea urbana. Fue notablemente agradable dado que había publicado duras críticas a sus dos papeles principales de los últimos 13 años. Por supuesto, eso probablemente fue ayudado por aparentemente no haber visto las piezas de Makani, y ya no estar con Kitty Hawk. Parte de nuestra conversación se dedicó a su enfoque actual en ofrecer un producto valioso que moviera la aguja del cambio climático.

El punto clave aquí es que la demostración exitosa abre el camino para la financiación de un prototipo más grande, uno que realmente comenzará a probar algunos de los aspectos más extraños, y tal vez iguale a Blue Origin en arrojar masa más allá de la altitud teórica de 100 km donde se considera el espacio. para empezar, no los humanos, sin embargo, ya que la fuerza centrípeta convertiría a los humanos blandos en un atasco rojo en el interior del sabot mucho antes del lanzamiento.

El segundo desafío es que el sabot, el vehículo orbital cerrado y la carga útil tienen que ser capaces de sobrevivir no solo a fuerzas laterales de 10,000 G, sino que el vehículo orbital y la carga útil deben manejar las fuerzas del cohete cuando se activan. punto, pero es mucho más fácil construir algo que sobrevivirá a fuerzas extremas en una dirección que algo que sobrevivirá a fuerzas extremas en ángulos rectos entre sí.

La carga útil también debe poder sobrevivir a ambos, lo que significa que la ingeniería y el embalaje de la carga útil se han vuelto más difíciles. No vamos a arrojar barras de hierro al espacio para procesarlas con fundiciones solares orbitales. Los líquidos no comprimibles son posibles, pero a los líquidos les gusta chapotear, por lo que el cambio repentino de fuerzas sería muy difícil de amortiguar. Esto cuestiona qué usarán como combustible, pero como en teoría solo se trata de ajustes orbitales, es probable que sea una preocupación manejable.

En tercer lugar, el componente de agarre del brazo giratorio debe poder soportar el zueco a 10.000 g y también liberarlo en un microsegundo sin causar ningún bamboleo. Ese es un caso extremo de ingeniería en sí mismo.

El solo hecho de evitar que el zueco se arrugue bajo la tensión en el punto de sujeción, o incluso que se doble por la mitad, también es una ingeniería seriamente no trivial. 10,000 g en lo que es necesariamente un pequeño conjunto de puntos de unión alrededor del centro de gravedad del zueco deja al zueco colgando bajo una tensión seria en cada extremo. Cuantos más gs acumule, más puntos de conexión necesitará y menos capacidad tendrá para liberarlos instantáneamente.

Un paquete total de 1.000 kg para una carga útil de 200 kg a 10.000 g equivale a 10 millones de kg de peso en la tierra. Los electroimanes son absurdamente fuertes, pero un imán de 3 Tesla solo emite 522 psi, y el electroimán más fuerte es de 35 Tesla. Ese grado de campo magnético también freirá muchas cosas. No tengo claro cuál es la solución para los archivos adjuntos, pero se espera que haga un trabajo absurdo.

Cuarto, el momento de inercia del brazo giratorio cambiará radical e instantáneamente al soltarse. La acumulación de velocidad tarda 90 minutos, por lo que es fácil de equilibrar, pero la liberación es instantánea, con un par de toneladas de masa a 10,000 g que desaparecen en el extremo largo del brazo. Obtener la mecánica de ese derecho es otro caso de ingeniería extremo en sí mismo. Puedo proponer un par de enfoques a eso, pero va a ser un trabajo largo y duro conseguir que no se desintegre.

En quinto lugar, el impacto atmosférico en el momento del lanzamiento no será lineal. Las velocidades hipersónicas en las partes inferiores de la atmósfera de la Tierra no son triviales, lo que significa que la ingeniería es realmente difícil. Para llegar a la órbita, será a múltiples velocidades de Mach a nivel del suelo. Entonces, también muy, muy ruidoso. No es un buen vecino.

Mi intuición, y es solo una suposición algo informada, sugiere que la combinación podría no ser superable en la Tierra. Sin embargo, en la Luna o Marte, muchas cosas se vuelven mucho más simples. Ninguna atmósfera o una atmósfera increíblemente delgada eliminan o reducen la necesidad de crear una cámara de vacío en primer lugar, y hacen que la interacción del sabot hipersónico con la atmósfera sea inmaterial. Los requisitos de velocidad orbital mucho más bajos significan que los problemas relacionados con 10,000 gs no están ahí, solo un número más pequeño pero aún absurdo de gs. Todavía hay problemas con la robustez del sabot y la carga útil, la liberación y el momento de inercia, pero más manejables. Es fácil ver lanzar Helio 3 desde la Luna a una órbita lenta que se interceptará con la órbita de la Tierra.

Por supuesto, no es como si estuviéramos haciendo minería de materiales exóticos en la Luna o Marte, así que sospecho que este interesante capital intelectual podría permanecer en un estante durante algunas décadas. Sin embargo, podría estar equivocado y el equipo parece profundamente talentoso y brillante, por lo que tal vez pueda usarse en la Tierra. Será interesante averigüarlo.

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