Во многих лабораториях еще сохранились достаточно простые устройства, которые раскручивают колбы с образцами жидкостей, отделяя, к примеру, волокна ДНК, не нарушая целостности исходного материала. Этот прибор, центрифуга, наглядно показывает, как работает центробежная сила: очень быстрое вращение по кругу создает силу, достаточно сильную, чтобы вытолкнуть движущийся объект из центра.
Но что происходит, когда этот движущийся объект — это ракета, которая весит несколько тонн? 22 октября 2021 года мы все увидели исход такого странного эксперимента, когда загадочный стартап под названием SpinLaunch начал суборбитальные испытательные полеты ракеты, запускаемой с помощью огромной центрифуги.
В чем состоит идея: центрифуга размером с футбольное поле будет вращать ракету по кругу около часа, пока ее скорость не превысит 8 000 км/ч. В этот момент ракета и ее полезный груз получат импульс, в 10 000 раз превышающий силу тяжести. Когда центрифуга наконец выпускает ракету на стартовой скорости, она должна, практически говоря, лететь через стратосферу, пока не включит свои двигатели на периферии нашей атмосферы.
Концепция звучит нелепо, но заинтересованным сторонам, таким как правительство США, она понравилась. В июне SpinLaunch подписал контракт с Министерством обороны, чтобы построить свою систему запуска на основе кинетической энергии, которая может стать более дешевым вариантом запуска для постоянно растущей спутниковой индустрии.
SpinLaunch надеется, что его новая система заменит ракетные ускорители, которые используют мощные двигатели, чтобы сбежать от гравитационного притяжения Земли, и являются одним из самых дорогих компонентов любой космической миссии. Даже многоразовые ускорители, такие как те, что используются в SpaceX Falcon 9, по-прежнему требуют дорогостоящего топлива и постоянного обслуживания.
Помимо бредовой концепции запуска ракет в космос, вращая их по кругу до тех пор, пока они не начнут двигаться очень быстро, сложно осознать и еще один аспект проекта — это огромный размер центрифуги, необходимый для всего этого. Дело в том, что вы не можете просто попросить подрядчиков построить гигантскую вакуумную камеру для вашей сверхмощной центрифуги. Когда инженеры SpinLaunch сделали это, они смогли найти только одного подрядчика, назвавшего стоимость 20 миллионов долларов. Выход был найден — строить самостоятельно.
Команде потребовалось восемь месяцев, несколько вакуумных насосов с eBay и сталь на 500 000 долларов, чтобы построить шестую по величине вакуумную камеру в мире. Эта первая модель центрифуги, несмотря на диаметр 12 метров в поперечнике, была все еще слишком мала, чтобы запустить ракету в космос. Тем не менее, она определила основной дизайн конечного продукта, который просто должен был быть больше.
В прототипе также были установлены некоторые механизмы, которые потребуются для работы последней центрифуги. Например, длинная рука, называемая тросом, соединяет подшипник с двигателем, а полезная нагрузка прикрепляется к концу троса. Чтобы сохранить все на положенных местах, трос изготовлен из материалов с прочной структурной целостностью, таких как кевлар и углеродное волокно.
В конце концов, последняя центрифуга фактически побила мировой рекорд по самой быстрой в мире системе вращения.
По словам SpinLaunch, большая часть пусковых работ выполняется с помощью центрифуги, поэтому в рамках этой схемы не нужно строить ракеты с предельной эффективностью. Сегодняшние ракеты могут обрабатывать только полезные нагрузки, которые составляют относительно небольшую часть их общей массы, поскольку большая часть этого веса предназначена для ракетного топлива. Ракета SpinLaunch длиной 8 метров может нести полезную нагрузку до 90 килограмм. Для запуска через центрифугу требуется меньше ракетного топлива.
Когда ракета вращается в центрифуге, на долю секунды появляется окно, позволяющий ракете вылететь. Согласно патентам компании, противовес, который вращается в противоположном направлении, также будет выпущен, чтобы предотвратить разбалансировку троса. После движения по инерции в течение примерно минуты ракета запускает свои двигатели на высоте примерно 60 километров.
В этот момент останется небольшое атмосферное давление, чтобы препятствовать подъему ракеты, поэтому ракете потребуется топлива на минуту работы двигателей, чтобы достичь орбитальной скорости и выйти на околоземную орбиту.
SpinLaunch заявляет, что, если все пойдет по плану, это может снизить стоимость отправки спутников на орбиту почти в 20 раз. И вдобавок компания полагает, что в конечном итоге сможет запускать до пяти ракет в день. Такие компании, как SpaceX, не могут обеспечить такое количество даже за месяц.
Пока что SpinLaunch не приблизился к космосу, но активно работает над своим первым суборбитальным запуском на новом полигоне в Нью-Мексико, намеченным на эту зиму. А пока мы сохраним здоровую дозу скептицизма.