Dự án SpinLaunch. Về lực ly tâm vào không gian
Các doanh nghiệp tư nhân nhỏ ở Hoa Kỳ hiện đang nghiên cứu nhiều phương án khác nhau cho hệ thống đưa hàng hóa lên quỹ đạo, bao gồm cả. với nguyên tắc hoạt động khác thường. Do đó, công ty khởi nghiệp SpinLaunch ở California đã phát triển và thử nghiệm một “máy gia tốc dưới quỹ đạo” sử dụng nguyên lý ly tâm để phóng tải. Cách đây vài tuần, nhà máy thí điểm đã hoàn thành thành công lần phóng đầu tiên.
Đang tìm kiếm một giải pháp thay thế
SpinLaunch được thành lập vào năm 2014 tại Sunnyvale, California. Ngay từ đầu, nhiệm vụ duy nhất của công ty là phát triển một hệ thống phóng vào không gian mới về cơ bản có lợi thế hơn so với công nghệ tên lửa và vũ trụ truyền thống. Thay vì sử dụng tên lửa và động cơ sử dụng nhiên liệu hóa học, hệ thống SpinLaunch sẽ sử dụng lực ly tâm.
Trong vài năm tiếp theo, công ty đã thực hiện các công việc nghiên cứu và phát triển cần thiết. Các dự án cài đặt SpinLaunch thử nghiệm và kích thước đầy đủ đã được tạo. Người trình diễn công nghệ, có khả năng hạn chế, đã nhận được tên riêng của mình là Máy gia tốc quỹ đạo phụ (“Máy gia tốc quỹ đạo phụ”). Hệ thống kích thước đầy đủ theo đó được gọi là máy gia tốc quỹ đạo.
Không giống như các công ty khởi nghiệp về không gian khác, SpinLaunch không chú trọng nhiều đến quảng cáo. Phần lớn công việc được thực hiện mà không có nhiều tiếng ồn và thường xuyên có tiếng ồn lớn. Tin tức. Tuy nhiên, đến đầu năm 2020, cô đã nhận được hỗ trợ tài chính từ một số nhà đầu tư và thậm chí còn thu hút được sự quan tâm của Lầu Năm Góc.
2019-20 SpinLaunch đã bắt đầu chuẩn bị cho các thử nghiệm trong tương lai. Đặc biệt, trụ sở chính của công ty khởi nghiệp đã chuyển đến Long Beach và để tổ chức các sự kiện thực tế, họ đã thuê không gian tại sân bay vũ trụ Spaceport America trong bang. Mexico mới. Đến nay, một bệ phóng thử nghiệm đã được xây dựng ở đó. Vào ngày 22 tháng XNUMX, các cuộc thử nghiệm đầu tiên của nó đã diễn ra với việc phóng thành công thiết bị mô phỏng tên lửa.
Nguyên lý ly tâm
Nguyên lý hoạt động của quá trình cài đặt SpinLaunch khá đơn giản nhưng việc thực hiện nó khá phức tạp về mặt kỹ thuật. Đồng thời, việc giải quyết thành công các vấn đề thiết kế cho phép đạt được những lợi thế nhất định về bản chất kỹ thuật, năng lượng và thậm chí cả môi trường.
Thành phần chính và lớn nhất của quá trình cài đặt SpinLaunch là buồng chân không hình trụ. Bên trong có một máy ly tâm để tăng tốc tải trọng, bên ngoài có một ống dẫn hướng chạy tiếp tuyến, đầu trên của ống này được bịt kín bằng một lớp màng. Tổ hợp này còn bao gồm một thiết bị hỗ trợ, bộ truyền động ly tâm điện, bộ phận bơm, v.v. Tùy thuộc vào quỹ đạo yêu cầu, camera có ống có thể được lắp đặt theo chiều dọc hoặc góc.
Bên trong buồng là một máy ly tâm có thiết bị giữ tên lửa cùng với trọng tải của nó. Trong quá trình phóng, nó phải đạt được tốc độ tính toán, truyền động năng cần thiết cho tên lửa. Sau đó, tại một thời điểm nhất định, tên lửa được thả ra, nó đi vào ống dẫn hướng và rời khỏi hệ thống lắp đặt, xuyên qua màng.
Một phương tiện phóng đặc biệt được cung cấp cho SpinLaunch. Đây là sản phẩm cỡ nhỏ hai giai đoạn có thể tái sử dụng, có khoang tải trọng và hệ thống đẩy riêng với công suất hạn chế. Sức nâng của một tên lửa như vậy sẽ đạt tới 400 pound (181 kg) khi bay trên quỹ đạo thấp của Trái đất.
Theo các nhà phát triển, một bệ phóng cỡ lớn sẽ “quay tròn” và phóng tên lửa với tốc độ hơn 2200 m/s. Do năng lượng tích lũy được, nó sẽ có thể bay lên độ cao hơn 60 km trong một phút, nơi nó sẽ phóng động cơ riêng để bay tiếp vào quỹ đạo. Sau khi phóng tải trọng, tên lửa phải quay trở lại Trái đất để chuẩn bị cho lần phóng tiếp theo.
Trên các quy mô khác nhau
Đến nay, SpinLaunch đã xây dựng bản cài đặt Máy gia tốc phụ quỹ đạo thí điểm và đã bắt đầu thử nghiệm nó. Khu phức hợp này có tổng chiều cao khoảng. 50 m và đảm bảo tên lửa được phóng thẳng lên trên. Để thực hiện các thí nghiệm, một phiên bản nhỏ hơn của tên lửa có chiều dài khoảng. 3 m, không có động cơ, tải trọng được chế tạo dưới dạng thiết bị điều khiển.
Lần phóng đầu tiên từ nhà máy thí điểm diễn ra vào ngày 22 tháng 20. Sử dụng XNUMX% công suất thiết kế, việc lắp đặt đã tăng tốc tên lửa lên tốc độ “hàng nghìn dặm một giờ”, nâng nó lên độ cao “hàng chục nghìn feet”. Tuy nhiên, đặc điểm phóng và bay chính xác không được tiết lộ.
Trong những tháng tới, công ty phát triển có kế hoạch tiếp tục thử nghiệm “máy gia tốc quỹ đạo phụ” của mình. Nó được lên kế hoạch tiến hành tới 30 lần phóng dưới quỹ đạo để thử nghiệm tất cả các hệ thống. Sau đó, việc chuyển sang phóng theo quỹ đạo là có thể - nếu đặc điểm thực sự của hệ thống cho phép điều này.
Trong tương lai, công ty sẽ hoàn thành việc phát triển và bắt đầu xây dựng một “máy gia tốc” kích thước đầy đủ. Nó sẽ lớn hơn nguyên mẫu khoảng ba lần và sẽ thể hiện các đặc tính hiệu suất tương ứng. Dự kiến biến thể SpinLaunch này sẽ có thể phóng trọng tải thực sự lên quỹ đạo và có thể tham gia vào thị trường dịch vụ phóng.
Thuận lợi và bất lợi
Theo tính toán, đã được xác nhận một phần qua các cuộc thử nghiệm, hệ thống phóng ly tâm có một số ưu điểm so với các hệ thống tên lửa và không gian truyền thống. Tuy nhiên, cũng có những khuyết điểm đặc trưng, khắc phục được coi là một việc vô cùng khó khăn.
Đầu tiên và quan trọng nhất, lợi thế được tính toán của SpinLaunch là tiết kiệm chi phí và tiết kiệm năng lượng. Không giống như phương tiện phóng, máy ly tâm tăng tốc tải trọng một cách trơn tru với sự trợ giúp của động cơ điện tiết kiệm. Theo đó, việc tăng tốc và cất cánh đòi hỏi ít năng lượng hơn. Theo tính toán, lần phóng như vậy có thể tăng gấp bốn lần lượng nhiên liệu cần thiết để tiếp tục đi lên quỹ đạo.
Một lợi thế quan trọng của SpinLaunch là việc chuẩn bị ra mắt tương đối dễ dàng. Người ta hy vọng rằng một hệ thống như vậy sẽ có thể thực hiện nhiều lần phóng mỗi ngày với khoảng thời gian tối thiểu. Năng suất cao sẽ có tác động rõ rệt đến hiệu quả kinh tế.
Các đặc điểm môi trường của dự án cũng được lưu ý. Như vậy, hệ thống sẽ thực hiện công việc chính sử dụng điện, có thể có nguồn gốc “thuần túy”. Nếu có tên lửa có động cơ, các sản phẩm đốt cháy được tạo ra với số lượng yêu cầu tối thiểu và chỉ được giải phóng ở các tầng trên của khí quyển, nơi chúng gây nguy hiểm tối thiểu cho môi trường.
Công ty phát triển tuyên bố rằng các giải pháp kỹ thuật mới có thể giảm đáng kể chi phí phóng so với các phương tiện phóng truyền thống. Theo tính toán, thông số này có thể tăng lên 500 nghìn đô la cho mỗi lần phóng - dưới 3 nghìn đô la cho mỗi 1 kg tải. Chi phí thấp như vậy chắc chắn sẽ thu hút sự chú ý của khách hàng và góp phần tăng số lần khởi động, điều này cũng sẽ giúp giảm giá.
Tuy nhiên, để đạt được những mục tiêu đó, cần phải vượt qua một số thách thức lớn. Trước hết, đây là sự phức tạp tổng thể của thiết kế. Xây dựng một buồng chân không có đường kính hàng chục mét không phải là một việc dễ dàng. Đồng thời, hiệu suất và độ tin cậy của thiết bị như vậy là cực kỳ quan trọng đối với toàn bộ hệ thống phóng. Bất kỳ vi phạm vết nứt hoặc chân không nào cũng có thể gây ra hậu quả nghiêm trọng nhất.
Hạn chế thứ hai của hệ thống và khái niệm nói chung là khả năng năng lượng hạn chế của nó. Ngay cả một hệ thống SpinLaunch kích thước đầy đủ cũng sẽ có thể gửi dưới 200 kg vào quỹ đạo thấp, điều này sẽ hạn chế nghiêm trọng phạm vi tải trọng và khách hàng tiềm năng. Ngoài ra, hầu như không có phạm vi để mở rộng quy mô. Việc tăng tải đầu ra có liên quan đến việc tăng kích thước của bệ phóng, vốn đã quá lớn và phức tạp.
Ở giai đoạn thử nghiệm
Rõ ràng, các nhà phát triển hệ thống SpinLaunch nhận thức rõ tất cả điểm mạnh và điểm yếu trong dự án của họ. Khi nói về nó, họ tập trung vào những ưu điểm, trong khi họ cố gắng giải quyết những nhược điểm “riêng tư”. Các thử nghiệm sẽ cho thấy công việc này sẽ thành công như thế nào và liệu có thể đạt được sự cân bằng tối ưu của tất cả các đặc tính hay không.
Lần phóng đầu tiên của một "tên lửa" đơn giản hóa với thiết bị thử nghiệm đã diễn ra cách đây vài tuần và cuộc thử nghiệm sẽ không dừng lại ở đó. Chỉ riêng trong những tháng tới, khoảng. 30 lần ra mắt với một số nhiệm vụ nhất định. Và dựa trên kết quả của những sự kiện này, các phương pháp phát triển hơn nữa của dự án sẽ được xác định. Tất nhiên, nếu nhà máy thí điểm khẳng định được những đặc điểm đã tính toán và cho thấy tính khả thi tổng thể của dự án.
- Ryabov Kirill
- SpinLaunch Inc.
tin tức