Skyhook (estructura)

Un skyhook es una atadura de intercambio de impulso propuesta que tiene como objetivo reducir el costo de colocar cargas útiles en la órbita terrestre baja. Una pesada estación orbital está conectada a un cable que se extiende hacia la atmósfera superior. Las cargas útiles, que son mucho más ligeras que la estación, se enganchan al extremo del cable a medida que pasa y luego se lanzan a la órbita mediante la rotación del cable alrededor del centro de masa. Luego, la estación puede ser reactivada a su altitud original mediante propulsión electromagnética, propulsión de cohetes o desorbitando otro objeto con la misma energía cinética transferida a la carga útil.

Un gancho aéreo se diferencia de un ascensor espacial en órbita geoestacionaria en que un gancho aéreo sería mucho más corto y no entraría en contacto con la superficie de la Tierra. Un gancho aéreo requeriría un vehículo de lanzamiento suborbital para alcanzar su extremo inferior, mientras que un ascensor espacial no.

Historia

Se han propuesto diferentes conceptos y versiones de ganchos celestes orbitales sincrónicos y no giratorios, empezando por Isaacs en 1966, Artsutanov en 1967, Pearson y Colombo en 1975, Kalaghan en 1978 y Braginski en 1985. Las versiones con mayor potencial implican un Correa mucho más corta en órbita terrestre baja, que gira en su plano orbital y cuyos extremos rozan la atmósfera superior de la Tierra, anulando el movimiento de rotación el movimiento orbital a nivel del suelo. Estos "giratorios" Moravec propuso versiones con gancho de cielo en 1976 y Sarmont en 1994.

Esto dio como resultado un sistema de anclaje basado en el transbordador: la misión TSS-1R, lanzada el 22 de febrero de 1996 en STS-75, que se centró en caracterizar el comportamiento básico de los anclajes espaciales y la física del plasma espacial. El satélite italiano se desplegó a una distancia de 19,7 km (12,2 millas) del transbordador espacial.

Un ingeniero especuló en 1994 que el gancho aéreo podría tener un costo competitivo con lo que realmente se cree que se puede lograr usando un ascensor espacial.

En 2000 y 2001, Boeing Phantom Works, con una subvención del Instituto de Conceptos Avanzados de la NASA, realizó un estudio detallado de la ingeniería y la viabilidad comercial de varios diseños de ganchos aéreos. Estudiaron en detalle una variante específica de este concepto, llamado "Sistema de lanzamiento orbital Hypersonic Airplane Space Tether" o HASTOL. Este diseño requería un estatorreactor hipersónico o un avión scramjet para interceptar un gancho giratorio mientras volaba a Mach 10.

Si bien aún no se ha construido ningún gancho aéreo, se han realizado varios experimentos de vuelo que exploran varios aspectos del concepto de correa espacial en general.

Gancho giratorio

Al girar la correa alrededor del centro de masa orbital en una dirección opuesta al movimiento orbital, se puede reducir la velocidad del gancho en relación con el suelo. Esto reduce la fuerza requerida de la correa y facilita el acoplamiento.

La rotación de la correa se puede hacer para que coincida exactamente con la velocidad orbital (alrededor de 7 a 8 km/s). En esta configuración, el gancho trazaría un camino similar a un cardioide. Desde el punto de vista del suelo, el gancho parecería descender casi verticalmente, detenerse y luego ascender nuevamente. Esta configuración minimiza la resistencia aerodinámica y, por tanto, permite que el anzuelo descienda profundamente en la atmósfera. Sin embargo, según el estudio HASTOL, un gancho aéreo de este tipo en órbita terrestre requeriría un contrapeso muy grande, del orden de 1.000 a 2.000 veces la masa de la carga útil, y la correa tendría que enrollarse mecánicamente después de recoger cada uno. carga útil para mantener la sincronización entre la rotación de la correa y su órbita.

La Fase I del estudio Lanzamiento Orbital de Correa Espacial de Avión Hipersónico (HASTOL) de Boeing, publicado en 2000, propuso una correa de 600 km de longitud, en un órbita ecuatorial a 610-700 km de altitud, girando con una velocidad punta de 3,5 km/s. Esto daría a la punta una velocidad respecto al suelo de 3,6 km/s (Mach 10), que sería igualada por un avión hipersónico que llevara el módulo de carga útil, con transferencia a una altitud de 100 km. La correa estaría hecha de materiales existentes comercialmente disponibles: principalmente Spectra 2000 (una especie de polietileno de peso molecular ultraalto), excepto los 20 km exteriores que estarían hechos de Zylon PBO resistente al calor. Con una masa de carga útil nominal de 14 toneladas, la correa Spectra/Zylon pesaría 1.300 toneladas, o 90 veces la masa de la carga útil. Los autores declararon:

El mensaje principal que queremos dejar con el lector es: "No necesitamos materiales mágicos como 'Buckminster-Fuller-carbon-nanotubes' para hacer la instalación de tether espacial para un sistema HASTOL. Los materiales existentes harán."

La segunda fase del estudio HASTOL, publicada en 2001, propuso aumentar la velocidad del aire de intercepción a Mach 15-17 y aumentar la altitud de intercepción a 150 km, lo que reduciría la masa necesaria de la correa en un factor de tres. La mayor velocidad se lograría utilizando una etapa de cohete reutilizable en lugar de un avión puramente respirable. El estudio concluyó que, si bien no existen "obstáculos técnicos fundamentales", se necesitarían mejoras sustanciales en la tecnología. En particular, existía la preocupación de que una correa desnuda de Spectra 2000 fuera rápidamente erosionada por el oxígeno atómico; A este componente se le asignó un nivel de preparación tecnológica de 2.

Conceptos similares

El borde eyector de captura es una variación que consiste en una estructura en forma de borde o anillo. Como un gancho celeste giratorio, rotaría en una dirección opuesta a su movimiento orbital, permitiendo que una nave espacial a velocidad suborbital se adhiera a su parte inferior y luego sea lanzada a la órbita desde su parte superior. Sería más fácil para una nave espacial sujetarse a la parte inferior del borde de un eyector de captura que al extremo de un gancho celeste (que sólo apuntaría hacia abajo durante un breve período de tiempo).