Kan vi komme ud i rummet uden store raketter?

Siden mennesker begyndte at sætte satellitter i kredsløb i 1950'erne, vi har stolet på stort, kraftige raketter for at undslippe Jordens tyngdekraft og komme ud i rummet. Men store raketter har en stor ulempe, ved at de gør pladsudsendelser dyre. Case in point:NASA's Space Launch System heavy lift raket, som er planlagt til sin jomfruflyvning i december 2019, vil koste anslået 1 milliard dollar pr. lancering, ifølge en rapport fra 2017 fra NASAs kontor for generel inspektør (OIG). Lanceringsomkostninger for SpaceXs langt mere økonomiske Falcon Heavy, som med succes blev lanceret fra Kennedy Space Center i februar 2018, spænder stadig mellem $ 90 millioner og $ 150 millioner for et fuldt ud forbrug, maksimal version, ifølge CNBC.

I årtier, imidlertid, visionære har ledt efter måder at komme ud i rummet på uden at stole - i hvert fald ikke primært - på raketkraft.

Luft-til-kredsløb lanceres

En sådan alternativ tilgang, luft-til-kredsløb lanceringer, virker på nippet til at blive en realitet. Stratolaunch, det private rumfyringsfirma startet af Microsofts medstifter Paul Allen i 2011, har en ambitiøs plan om at flyve verdens største fly, med et vingespænd på 385 fod (117 meter), til en højde af 35, 000 fod (10, 668 meter). Der, det vil tjene som en højde-opsendelsesplatform for mindre raketdrevne køretøjer. Efter frigivelse, disse køretøjer behøver ikke at overvinde trækket forårsaget af tykkelsen af ​​den lavere atmosfære, som en jordbaseret raket ville, og de vil kunne komme i kredsløb uden at skulle brænde så meget brændstof. I august 2018, selskabet annoncerede sit sortiment af fire forskellige typer lanceringskøretøjer. Et køretøj, der stadig er i designstudiefasen, et genanvendeligt rumplan, kunne transportere enten gods eller et menneskeligt besætning. Stratolaunch planlægger at begynde at tilbyde regelmæssig service i 2020. Stratolaunchs administrerende direktør Jean Floyd sagde i en pressemeddelelse, at virksomhedens mission er at gøre adgangen til rummet "mere bekvem, overkommelig og rutinemæssig, "og at planlægningen af ​​en satellitopsendelse i sidste ende vil være lige så let som at bestille et flyselskab. I mellemtiden, et andet luft-til-kredsløb outfit, Jomfru bane, planlægger at bruge en modificeret Boeing 747-400 som platform for sin LauncherOne-raket, som vil drive satellitter i kredsløb.

Forhøjet lanceringsrør

Flere andre, endnu mere eksotisk, begreber er stadig på tegnebrættet. James R. Powell, medopfinderen tilbage i midten af ​​1960'erne af superledende maglev-fremdrift til tog, og ingeniørkollega George Maise, har i årevis været fortaler for, at teknologien også skal bruges til opsendelse af rumfartøjer.

I stedet for en affyringsrampe, Startram -projektet ville bruge et massivt forhøjet lanceringsrør. "Tænk på et magnetisk levit (maglev) tog i en vakuumtunnel, "Powell forklarer via e -mail." Uden lufttræk bremser køretøjet, og uden behov for at transportere store mængder ombord drivmiddel (som det er tilfældet med raketter), det er relativt let at nå orbitale hastigheder på 18, 000 miles i timen (2, 900 kilometer i timen) eller mere. Når køretøjet forlader tunnelen i stor højde (f.eks. på toppen af ​​et højt bjerg), køretøjet ville køre så hurtigt, at det stort set kører op til orbital højde, hvor en lille raket bruges til at cirkulere banen. Vi har også designet flere mekanismer til at holde vakuumet i tunnelen intakt, når køretøjet forlader tunnelen, så tunnelen hurtigt kan genbruges til lancering af det næste køretøj. Alle hovedkomponenterne i StarTram -systemet findes allerede og er godt forstået. "

Powell begyndte først at overveje brugen af ​​superledende maglev til opsendelse af rumfartøjer efter forslag fra en kollega fra NASA i 1992. I første omgang han og Maise udviklede et koncept for et $ 100 milliarder system, der er velegnet til bemandede rumopskydninger, hvor et rør ville blive svævet med massive superledende kabler. (Her er et patent, de blev tildelt i 2001 for det system.) De designede også en nedskaleret, last-kun rørsystem, der ville strække sig over 100 miles (100 kilometer) og klatre mindst 13, 123 fod (4, 000 meter) op ad skråningen af ​​et højt bjerg. De anslår, at last-only-systemet kunne bygges for $ 20 mia. mindre end omkostningerne ved at udvikle NASAs nye tunge opsendelsesraket.

Men når den først er bygget, Startram kunne transportere 100, 000 tons (90, 718 tons) gods i rummet hvert år, mange gange hvad raketopskydninger i øjeblikket bærer, og sætte udstyr i kredsløb med lav jord for en pris på omkring $ 50 pund (0,45 kilo), Siger Powell. Det ville være en brøkdel af de tusinder af dollars pr. Pund, som det i øjeblikket koster at rumfart, ifølge denne Bloomberg -artikel fra 2018.

"Den største tekniske udfordring er udgangsvinduet på affyringsrøret, "Powell forklarer." Røret skal forblive i vakuum, så når køretøjet forlader affyringsrøret under lanceringen, vi skal forhindre indstrømning af luft fra atmosfæren. "Startram ville holde luften ude ved hjælp af dampstråler til at sænke lufttrykket uden for udgangen og anvende et magnetohydrodynamisk vindue, som ville bruge et stærkt magnetfelt til konstant at flytte luft væk.

Rumelevatoren

En anden idé, der har eksisteret i årevis, er konstruktion af en rumelevator. Denne artikel fra 2000 på NASAs websted beskriver, hvordan et højt basistårn nær Jordens ækvator ville blive fastgjort med et kabel til en satellit i en geosynkron jordbane, 22, 236 miles (35, 786 kilometer) over havets overflade, som ville fungere som en modvægt. Fire til seks elevatorspor ville strække sig op ad tårnet og kabelstrukturen, gå til platforme på forskellige niveauer. Elektromagnetisk drevne køretøjer ville stige på skinnerne, gør turen til orbitalrum på cirka fem timer - samtidig med at den giver en betagende udsigt undervejs.

Konceptet går tilbage til 1895, da den russiske videnskabsmand Konstantin Tsiolkovsky foreslog at bygge et "himmelsk slot", der ville blive knyttet til en struktur, der ligner Eiffeltårnet i Paris. En NASA -forsker skrev dette papir fra 2005 om, hvilke teknologier der skulle udvikles for at bygge det.

Siden da, rumelevator -tilhængere har fortsat udråbt konceptet, som denne IEEE Spectrum -artikelartikel fra 2015, og de har dannet en organisation, International Space Elevator Consortium, som holder konferencer og udgiver tekniske rapporter. Muligheden for en rumelevator, selvom, tog et hit i 2016, da kinesiske forskere offentliggjorde et papir med detaljerede oplysninger om deres resultater om, at carbon nanorør, det materiale, hvori rumelevantilhængere har sat deres håb, var sårbare over for en fejl, der kunne reducere deres styrke betydeligt.

Andre ideer, der er dukket op gennem årene, har omfattet afsendelse af nyttelast, der hvirvler rundt om et spiralformet stålspor, før de slynges i en bane med lav jord, og brug af luftskibe som opsendelsesplatforme.

Begrebet rumelevator blev først populært af science fiction -forfatteren Arthur C. Clarke i sin roman "Paradisets springvand" fra 1979.