Google tag (gtag.js)
Ta strona korzysta z cookies.

W ramach naszej strony internetowej przetwarzamy Wasze dane osobowe i korzystamy z plików cookies w celu realizacji usług. Przebywając na tej stronie internetowej automatycznie akceptujesz warunki dotyczące przetwarzania danych osobowych i plików cookies zawarte w POLITYCE PRYWATNOŚCI

To urządzenie może w przyszłości strzelać w kosmos satelitami. O ile to wytrzymają.

Data publikacji wpisu: 17/11/2022

Wyobraź sobie kosmiczną katapultę, która niczym kulomiot wyrzuca w kosmos ładunki z taką prędkością, że wchodzą one na orbitę. Brzmi jak fantastyka? Niekoniecznie, dziś pokażę Ci obecnie budowany prototyp, który umożliwi tanie “wykopywanie” w kosmos. Ale nie polecam takiej podróży ludziom. 

Obecnie na niskiej orbicie okołoziemskiej znajduje się ponad pięć tysięcy aktywnych satelitów. Prognozy, które biorą pod uwagę powstające mega konstelacje, takie jak realizowany przez SpaceX Starlink czy należący do Amazona Project Kuiper, zakładają, że już za kilkanaście lat liczba satelitów na orbicie zwiększy się dziesięciokrotnie. Do wyniesienia na orbitę tych wszystkich urządzeń potrzebne są potężne rakiety nośne, spalające ogromne ilości, szkodliwego dla środowiska paliwa. Naprzeciw temu wychodzi firma SpinLaunch, która pracuje nad czymś w rodzaju wyrzutni. Czy takie rozwiązanie ma w ogóle rację bytu? Czy już niedługo zamiast Falconów, Starshipów i SLSów będziemy po prostu wyrzucać różnego rodzaju ładunek na orbitę przy użyciu wielkiej katapulty? 

Firma SpinLaunch chce wywołać rewolucję w branży kosmicznej. Jak twierdzą, dzięki nowej i ulepszonej technologii odpalanie ładunków akceleratorem orbitalnym jest w zasięgu ręki. Chcą, aby w ten sposób obniżyć koszty, przyspieszyć czas wynoszenia ładunków na orbitę, zwiększyć częstotliwość startów i przede wszystkim ułatwić ogólny dostęp do przestrzeni kosmicznej. Pojawia się jednak pytanie, jak działa akcelerator orbitalny i czy oprócz szumnych zapowiedzi i marketingowych haseł, ma to w ogóle rację bytu? 

Prototyp Spin Launch

Prototyp Spin Launch

Akcelerator orbitalny SpinLaunch to naziemny, napędzany elektrycznie kinetyczny system startowy, nie wymagający ogromnych ilości paliwa, które normalna rakieta nośna musi mieć na swoim pokładzie. Główne elementy akceleratora orbitalnego to duża komora próżniowa, linka hipersoniczna, mechanizm zwalniający i tunel startowy. Wszystko połączone w pokaźnych rozmiarów urządzeniu o dość nietypowym kształcie.

Problemy wieku dziecięcego

Chociaż działanie wyrzutni jest pozornie proste, to przed SpinLaunch jest jeszcze całe mnóstwo problemów do rozwiązania. Dopiero od niedawna dzięki postępowi technologicznemu jesteśmy w stanie opracować i testować ten sposób wystrzeliwania ładunków. W przeszłości próbowano czegoś podobnego w projekcie o nazwie HARP czyli High Altitude Research Project, znanym również potocznie jako SpaceGun. Służył on do przeprowadzenia testów wystrzeliwania pocisków wysoko w atmosferę, a nawet przestrzeń kosmiczną. Nie był to jednak akcelerator, ale raczej potężne działo, coś jak wielka kilkudzisięciometrowa armata. Lata sześćdziesiąte obfitowały w różnego rodzaju ciekawe koncepcje, ale niektóre z nich zostały dość szybko porzucone. Przy ówczesnej, jakby nie patrzeć, ograniczonej technologii projekt HARP nie spełnił oczekiwań. Jedno z takich porzuconych dział można nawet wciąż zobaczyć na Barbadosie. 

Obecnie jednym z największych problemów z jakimi zmaga się SpinLaunch jest nacisk na ładunek i pocisk. Od początku do końca pojazd nośny poddawany jest ogromnym przeciążeniom rzędy tysięcy G dodatkowo nagrzewa się do tysięcy stopni celsjusza. A wszystko to spowodowane jest szybkim wirowaniem i bardzo dużą prędkością lotu. W specjalnej komorze próżniowej znajduje się obrotowe ramię z przeciwwagą. Coś jak wirówki przeciążeniowe, z tym, że w tym przypadku ustawiona jest ona pionowo. Ramię obraca się, rozpędza ładunek, a następnie w ułamku sekundy wypuszcza go przez pionowy tunel. 

Z czego to się w ogóle składa?

Głównym elementem akceleratora jest komora próżniowa. Wydobycie praktycznie całego powietrza z komory jest niezbędne do udanego startu i wypuszczenia pojazdu. Ściany komory wykonane są z cienkiego stopu metalu i podobnie jak sam pojazd, muszą być zdolne do wytrzymania bardzo dużych przeciążeń podczas procesu wirowania i wystrzeliwania ładunku. Komora próżniowa musi przez cały czas utrzymywać próżnię, jest to niezbędne do rozpędzenie ładunku. Minimalizacja oporów powietrza oraz nagrzewania aerotermicznego to dwa najważniejsze zadania komory próżniowej.

Gdy linka i zaczepiona do niej “rakieta” wirują z ogromnymi prędkościami w komorze wytwarza się dużo ciepła. Podobnie jak w przypadku startu zwykłej rakiety nośnej gdy podczas startu i wznoszenia się z coraz większą prędkością, wystawiona jest na działanie wysokich temperatur. Ciepło wytwarzane wewnątrz komory może szybko uszkodzić akcelerator jeśli nie byłoby odpowiednio odprowadzane. Obecnie przygotowanie komory i całkowite odpompowanie znajdującego się wewnątrz powietrza, aby wytworzyć próżnię zajmuje około godziny. W przyszłości SpinLaunch chce znacząco przyspieszyć ten proces i zakładają, że ich akcelerator mógłby wykonywać kilkanaście, a nawet kilkadziesiąt strzałów dziennie. 

Hipersoniczna linka

Kolejnym elementem akceleratora orbitalnego jest tak zwana hipersoniczna linka. W rzeczywistości jest to po prostu długa i cienka konstrukcja, która utrzymuje pojazd nośny i obraca się, aby rozpędzić go wewnątrz komory próżniowej przed wystrzeleniem. Pod komorą próżniową SpinLaunch pracują silniki elektryczne zasilające całe urządzenie. Linka wykonana została z kompozytu o bardzo wysokiej wytrzymałości i rozciągliwości. Jak wspomniałem wcześniej, cała konstrukcja poddana jest bardzo dużym przeciążeniom, co oznacza, że do budowy każdego elementu potrzebny jest bardzo mocny materiał jak na przykład włókna węglowe. Jak stwierdził założyciel SpinLaunch, gdyby nie postęp w rozwoju technologii włókien węglowych, nie byłoby mowy o skonstruowaniu czegoś takiego jak akcelerator orbitalny. Sama hipersoniczna linka jest w stanie wytrzymać prędkość obrotową rzędu czterystu pięćdziesięciu obrotów na minutę, co pozwoli wystrzelić ładunek z prędkością dochodzącą nawet do ośmiu tysięcy kilometrów na godzinę.  

Rakieta Spin Launch

Rakieta Spin Launch

Na samym końcu linki, w miejscu gdzie utrzymywany jest ładunek w pojeździe nośnym, zainstalowany jest niezwykle dokładny mechanizm zwalniający. Przy tak dużej prędkości wirowania, wyczucie idealnego momentu do zwolnienia blokady jest kluczowym elementem całego startu. Nie ma tutaj miejsca na błędy. W przypadku gdyby ładunek został uwolniony dosłownie ułamek sekundy za wcześnie, nie tylko sam uległby zniszczeniu, ale mógły również doprowadzić do zniszczenia całego akceleratora. Aby temu zapobiec SpinLaunch wykorzystuje kilka zaawansowanych systemów kontroli separacji mechanicznej z dokładnością do poniżej jednej milisekundy. Gwarantuje to, że akcelerator albo prawidłowo zwolni blokadę i wypuści rakietę wraz z ładunkiem, albo całkowicie przerwie start.

Komin wylotowy

Ostatnim z czterech głównych elementów akceleratora orbitalnego jest tunel startowy. Jest to ten wystający komin, przez który pojazd jest wyrzucany na zewnątrz. Brzmi banalnie, ale w rzeczywistości, gdy w grę wchodzą ogromne przeciążenia, to nawet tutaj pod uwagę należy wziąć wiele niesprzyjających czynników. Jednym z pierwszych jest ciśnienie lub jego brak wewnątrz konstrukcji. Jak już wiecie, cały akcelerator orbitalny jest uszczelniony próżniowo i pozbawiony ciśnienia, aby pomóc w rozpędzeniu ładunku w procesie wirowania. SpinLaunch musiał więc szczelnie zamknąć też tunel startowy. Żeby to zrobić, wyjście z tunelu zamknięte jest cienką pokrywą z materiału, który jest wystarczająco mocny, aby utrzymać próżnię, ale łatwo go zerwać, gdy przelatuje przez niego rozpędzony pojazd nośny. Po prostu się przez niego przebija. 

Sama koncepcja z pozoru wydaje się prosta, jak jednak widać  wyzwaniem jest niezawodne działanie wszystkich elementów systemu i możliwość wielokrotnego wykorzystania. Jest naprawdę dużo czynników, które mogą zawieść podczas startu.

Dlaczego nawet kosmiczna armata nie wystarczy?

Zbudowany przez SpinLaunch akcelerator jest największym tego typu urządzeniem, a zarazem największym urządzeniem próżniowym w historii. Ma aż pięćdziesiąt metrów wysokości, ale trzeba mieć oczywiście na uwadze, że w dalszym ciągu jest to tylko urządzenie testowe, mające na celu sprawdzenie, czy takie konstrukcje mają w ogóle sens. Rozpędzenie ładunku do prędkości ośmiu tysięcy kilometrów na godzinę i tak nie wystarczy, aby dostać się na orbitę. Wyrzucane pojazdy będą musiały być wyposażone we własny silnik, który uruchomi się na wysokości sześćdziesięciu kilometrów i pozwoli rozpędzić się do pierwszej prędkości kosmicznej niezbędnej do pokonania przyciągania i wejście na niską orbitę okołoziemską. Co jest i tak niezłym wynikiem, bo według wstępnych szacunków, pozwoliłoby zmniejszyć obecną cenę wynoszenia ładunków na orbitę nawet dziesięciokrotnie. 

Firma SpinLaunch założona została przez Jonathana Yaney’a w Sunnyvale w Kalifornii w roku dwa tysiące czternastym, obecnie siedziba została przeniesiona do Long Beach. Od roku dwa tysiące dziewiętnastego posiada również własne stanowisko testowe zlokalizowane w Spaceport America w stanie Nowy Meksyk. Jest to prywatny, komercyjny port kosmiczny należący do korporacji Virgin Galactic Richarda Bransona. SpinLaunch zatrudnia obecnie już ponad sto osób, pracujących nad rozwojem ich flagowego urządzenia czyli akceleratora orbitalnego do przeprowadzania lotów bez konieczności używania do tego celu rakiety nośnych. Warto wspomnieć, że firma Jonathana Yaney’a wraz ze swoją technologią wzbudziła dość duży szum w mediach i świecie naukowym, udało się już między innymi pozyskać ponad sto milionów dolarów środków na rozwój badań, nawiązać współpracę z NASA, a w marcu tego roku SpinLaunch znalazła się wśród grona stu najbardziej wpływowych firm na świecie według magazynu Times.

Źródła: