🧠 👩🏿‍🤝‍👩🏾 🕟 Satélite en una cuerda o sistemas de cable espacial 👨🏽‍✈️ 🌩️ 🥉

Cuando se trata de sistemas de cable espacial, generalmente recuerdan los ascensores espaciales y otras estructuras ciclópeas, que, si se construyen, estarán en un futuro muy lejano. Pero pocas personas saben que los experimentos con el despliegue de cables en el espacio se llevaron a cabo repetidamente, con diferentes objetivos, y este último terminó en fracaso a principios de febrero de este año.

Gemini 11 conectado por un cable al objetivo de Agen, foto de la NASA.

Cómo en el HTV-KITE se cortó el cable en la bodega

Experimento HTV-KITE presentado por el artista, foto de JAXA

El 27 de enero, el buque de carga HTV-6 desacoplado de la EEI. Pero en lugar de emprender inmediatamente el último viaje hacia el ardiente abrazo de la atmósfera, el barco se trasladó a una órbita más baja de 360x370 km. HTS-6 no podría interferir con la ISS en él. Se esperaba que dentro de las 24 horas posteriores al desacoplamiento, el camión desplegaría un cable de siete metros y comenzaría un programa semanal de experimentos. Pero, según los informes de los medios, el centro de control de la misión en tierra no pudo recibir la confirmación de la separación de la carga de la terminal del barco; parece que al menos una de las cuatro esclusas no se abrió. Para probar el departamento, los ingenieros querían usar una cámara especialmente instalada y dispositivos ópticos integrados de los sistemas de proximidad y acoplamiento. La Agencia Espacial de Japón no emitió actualizaciones oficiales sobre el estado del experimento, pero según una entrevista con sus representantes de los medios,La confirmación de la separación de la carga terminal nunca se recibió. El vuelo del barco no se prolongó, por lo que el sábado el centro de control en tierra envió una orden para cortar el cable para que el cable posiblemente desplegado no interfiriera con las operaciones al salir de la órbita. Si el cable incluso se moviera, entonces después de cortarlo se notaría como un objeto separado de los medios de control del espacio exterior. Desafortunadamente, no se registró nada nuevo en órbita, lo que significa que la carga realmente no se separó del barco. ¿Y qué quería verificar en el experimento HTV-KITE?luego, después de cortarlo, se notaría como un objeto separado de los medios de control del espacio exterior. Desafortunadamente, no se registró nada nuevo en órbita, lo que significa que la carga realmente no se separó del barco. ¿Y qué quería verificar en el experimento HTV-KITE?luego, después de cortarlo, se notaría como un objeto separado de los medios de control del espacio exterior. Desafortunadamente, no se registró nada nuevo en órbita, lo que significa que la carga realmente no se separó del barco. ¿Y qué quería verificar en el experimento HTV-KITE?

HTV-KITE, JAXA

La idea del experimento fue muy hermosa. Se instaló un cable de metal de 720 m de largo con una carga final de veinte kilogramos en el buque de carga. Se suponía que el empujador de resorte debía proporcionar una velocidad de desenrollado inicial de 1 metro por segundo. Se instalaron reflectores en la carga final, lo que sería notable para la cámara adicional y el sistema óptico estándar para converger y atracar la nave. Fueron las capacidades del sistema de acoplamiento las que determinaron la longitud máxima del cable: los ingenieros querían saber exactamente la posición de la carga final y la distancia a la misma. Después de alcanzar una longitud de 710 metros, se suponía que debía activarse un freno mecánico, lo que detendría el desenrollado del cable. Un cable de metal completamente expandido con un revestimiento conductor especial se convertiría en un conductor muy largo y podría interactuar con la magnetosfera de la Tierra. Y aquí vino la parte divertida.El cátodo con emisión de campo era crear una diferencia potencial entre la carga y el barco. A partir de esto, una corriente comenzaría a fluir a lo largo del cable, lo que, al interactuar con el campo magnético de la Tierra, debería causar la fuerza de Lorentz, frenando la nave y la carga.

El resultado debería haber sido un sistema simple que no requiere control de orientación en el espacio y consume un mínimo de energía para eliminar los desechos espaciales de la órbita. En el caso general, el flujo de corriente en el cable puede invertirse y acelerarse, elevando la órbita debido a un desperdicio de electricidad, pero los ingenieros japoneses solo estaban interesados en descender de la órbita. La disposición de los dispositivos y su funcionamiento se muestran claramente en el video de noviembre de JAXA. Solo hay texto en japonés, pero de las imágenes casi todo está claro.

Pesadez discreta en Géminis 11

Objetivo "Agen" después de la separación del cable. Fotos de la NASA

Históricamente, el primer experimento fue en Gemini 11 (astronautas Pete Conrad y Richard Gordon) en septiembre de 1966. Una de las tareas secundarias de la misión fue conectar manualmente un cable de treinta metros al objetivo de Agen y, después de desacoplar, ver cómo se comportan dos objetos conectados en órbita. Al principio, el piloto Gemini Conrad intentó poner el paquete en modo de estabilización gravitacional para que el objetivo estuviera debajo, la nave arriba y el cable estirado. Pero esto no funcionó: al intentar dispersarse en 30 metros, comenzaron las oscilaciones. Pero la tarea de crear una pequeña gravedad mediante la rotación del ligamento no causó ningún problema. El cable que se dobló primero se enderezó y giró 55 ° por minuto, el paquete creó 0.00015 (según otras fuentes 0.00078) g. El hombre no sintió esto, pero las cosas que flotaban alrededor de la cabina se asentaron gradualmente en el fondo de la cápsula.

Un montón de "en el trabajo", el cable está tenso.

Foto de la NASA Además de las fotografías, los astronautas filmaron un video, y las oscilaciones y la rotación son claramente visibles en él (desde las 10:45)

Sofisticado Plan Sunrise

El esquema del sistema de cable "Sunrise"

Se desarrolló un esquema mucho más complejo en la URSS para uno de los vuelos del barco Voskhod. Después de entrar en órbita y separarse de la tercera etapa, la nave permanecería atada a ella por un cable. Luego, el paso fue encender motores de combustible sólido para divergir a una velocidad de 10 metros por segundo. Para amortiguar las posibles fluctuaciones, iban a poner su propio sistema de control con motores de orientación en el escenario (originalmente era con el barco). Moviéndose un kilómetro, el paso ralentizaría el desenrollado del cable e incluiría otro conjunto de motores para girar a una velocidad de 2 revoluciones por minuto, creando una gravedad de 0.003 tierra. Luego, en el barco, se activaría un sistema de transferencia, desplegando el barco para que los astronautas presionen la aceleración a los asientos, y no al revés. Y finalmente, para crear la gravedad lunar, el cabrestante tiraría del cable,reduciendo la longitud del ligamento y, de acuerdo con la ley de conservación del momento angular, acelerando la rotación. Pero este diseño no voló al espacio: las naves Voskhod dejaron de volar después de la larga misión Cosmos-110 con perros, y el sistema no pudo transferirse a Soyuz, por lo que el proyecto finalmente se cerró.

Fallas ambiciosas de TSS-1

Experimento TSS-1 presentado por el artista, NASA photo

Experimentos con cuerdas en la NASA y la agencia espacial italiana se propusieron en la década de 1970, pero solo maduraron para su implementación práctica veinte años después. En 1992, para verificar la estabilización por el método de gradiente gravitacionaly también el estudio del plasma cercano a la Tierra y los procesos que ocurrirán en la carga terminal y en el cable, el transbordador Atlantis partió al espacio (misión STS-46). Según el plan, se suponía que el cable debía girar hasta veinte kilómetros, pero esto no se pudo hacer. El desenrollado del cable se atascó a 78 metros, luego, cuando se solucionó el problema, el cable se atascó nuevamente a 256 metros, y no pudo moverse más. Pero los datos obtenidos en una base de datos tan pequeña resultaron prometedores, y el experimento se repitió en el transbordador Columbia en 1996 en la misión STS-75.

El comienzo mismo del desenrollado de cable, foto de la NASA

Al principio, todo salió bien y, muy lentamente, el cable se desenrolló hasta 19 kilómetros de los veinte planeados, el equipo registró tres veces más corriente de lo esperado por los modelos de cálculo, pero luego el cable se rompió de repente. Luego, ya en el suelo, resultó que en el proceso de desenrollar las burbujas de gas comenzaron a estallar en el aislamiento del cable. La atmósfera liberada cerca del conductor de 3500 voltios se convirtió en plasma y cerró el cable a la granja de equipos experimentales. El cortocircuito resultante derritió una porción del cable, rompiéndolo. A pesar de la falla formal, durante el desenrollado del cable se recopilaron muchos datos interesantes: la física del comportamiento de los sistemas de cable, los datos sobre el entorno del plasma y la diferencia potencial en el cable.

Video del experimento (de 2:45).

Bomba con soga y supervivencia con correa.

SEDS , NASA

En 1993 y 1994, la NASA realizó tres experimentos exitosos, agregando sistemas de cable a la etapa superior del vehículo de lanzamiento Delta-II. El cable comenzó a desenrollarse después de la separación de la carga útil principal, cuando el paso se convirtió en basura inútil. En los experimentos SEDS y SEDS-2, se desenrolló un cable de 20 km de longitud. La carga se movió hacia abajo, por lo tanto, debido al efecto del gradiente gravitacional, el ligamento comenzó a girar, manteniendo una dirección vertical hacia el centro de la Tierra. Debido a la rotación, la velocidad de la carga con respecto a la Tierra era menor que la velocidad del escalón, por lo tanto, cuando se cortó el cable, la carga se movió a la trayectoria de descenso desde la órbita, y el escalón se elevó ligeramente más. En el primer experimento, el cálculo resultó ser preciso, y un empleado especialmente dirigido al supuesto lugar de la caída de la carga podría fotografiar su combustión en la atmósfera. En el segundo experimento, la carga no se dejó caer.Salió con un trozo de cable tres días después, y el trozo restante junto con el escalón voló durante varios meses. Y finalmente, en el tercer experimento PMG, con la ayuda de un cable relativamente corto de cinco metros, se probó con éxito la capacidad de extraer electricidad de la magnetosfera, frenar y acelerar, suministrando energía al cable.

En 1996, el demostrador técnico de TiPS desplegó un cable de 4 km de largo en el que dos satélites volaron alrededor de la Tierra durante diez años, cinco veces mejor que los cálculos. Esta misión demostró que la ruptura rápida de SEDS-2 probablemente fue un accidente, y puede volar en un cable durante mucho tiempo. Pero el posterior experimento ATEx no tuvo suerte: debido al comportamiento inesperado del cable durante el desenrollado, se dejó caer accidentalmente después de solo 18 metros.

Un experimento realizado por la Agencia Europea YES en 1997 ni siquiera comenzó a desenrollar el cable debido al hecho de que se colocó en la órbita incorrecta. Pero diez años después, YES2 se convirtió en un experimento muy interesante, que terminó con éxito, aunque según datos indirectos.

Desenrollado del cable YES2 en la vista del artista

Se instaló una pequeña cápsula "Fotino" con protección térmica en el aparato científico ruso "Photon-M3".

A la izquierda está el equipo de desarrollo, a la derecha está la colocación de la cápsula en el Photon-M3

El cable se desenrollaría en dos etapas: 3400 metros y 31,7 kilómetros. Después de que el cable se desenrollara por completo, se cortaría y el Fotino aterrizaría en cierta región de Kazajstán. Sin embargo, después del experimento, no se pudo encontrar el vehículo de descenso. Los datos del cabrestante se dañaron debido al funcionamiento incorrecto del equipo, pero cuando se decodificaron, fue posible establecer que el cable se desenrolló en toda su longitud y se dejó caer en el momento adecuado. El Fotino no se encontró en órbita, y el Foton-M3 recibió la aceleración esperada, y su órbita aumentó ligeramente. Entonces, "Fotino" descendió exitosamente de la órbita a lo largo del camino correcto. Lo que le sucedió después es desconocido. Podría quemarse en la atmósfera (la cápsula también fue experimental) o ahogarse en el mar de Aral (la trayectoria no pasó muy lejos). Pero, a pesar de la pérdida del módulo de aterrizaje, el experimento fue exitoso,y el registro de la longitud del cable aún no se ha roto.

La trayectoria "Fotino" en el cable de acuerdo con los datos descifrados. A la derecha está el Monte Everest para escalar. Foto ESA Mission

Animation. La trayectoria real en la figura anterior coincidió con la esperada.

Los cachorros no están muy lejos

Experimento MAST en la visión del artista

Los cachorros pequeños y relativamente baratos se han convertido en portadores atractivos para experimentos de cable, pero las misiones hasta ahora han terminado en accidentes. En un experimento MAST muy interesante, se usaron tres nanosatellites: dos divergieron a una distancia de 1 km en un cable, y el tercero tendría que viajar en él. Desafortunadamente, después de ponerlo en órbita, solo el tercer satélite pudo comunicarse, y a pesar del software que se suponía que desplegaría el cable incluso si no había conexión, se lanzó solo un metro en lugar de un kilómetro. El experimento japonés STARS en 2009 tampoco logró liberar el cable debido a una falla del mecanismo de bloqueo. En un experimento posterior, STARS-II no pudo obtener la confirmación de la liberación del cable. Por un lado, un paquete de dos cachorros dejó órbita más rápido que otros cachorros lanzados por el mismo cohete.Por otro lado, la fotografía telescópica desde la Tierra los mostró como un objeto, no dos. Y, por último, el ESTCube-1 de nanosatélites de Estonia en 2013 simplemente no logró desenrollar el cable.

Planes rusos, cancelados y no

Ilustraciones de proyectos rusos, foto de RSC Energia.

En la segunda mitad de los años 90, RSC Energia desarrolló proyectossistemas de cable que utilizan estaciones orbitales - "Tros-1", "Tros-1A". En el primer experimento, querían conectar la estación Mir y la nave Progress con un cable de 20 km. Después de algún tiempo, el cable se cortaría, "Progreso" iría a una órbita más baja y "Mundo" - a una más alta. En el experimento Tros-1A, querían aumentar la longitud del cable a 50 km, en este caso, Progress saldría de la órbita, y Mir subiría 10 km y ahorraría 400 kg de combustible para mantener la órbita. Además, el proyecto Tpoc-Rapunzel se desarrolló conjuntamente con la Agencia Espacial Europea. Ninguno de estos proyectos ha sido implementado. Sin embargo, la idea de los cables en el espacio no se descartó por completo. Resulta que los planes para el segmento ruso de la ISS incluyen el experimento Tros-MSTU con el despliegue de un cable de 5 km desde Progress. El experimento fueincluido en el plan en 2009 y planeado en 2016. Desafortunadamente, después de 2014 no hay noticias al respecto, pero tampoco pude encontrar información sobre su cancelación.

Peonza muy aplicada

Los diseños simples con cargas pequeñas y cables muy cortos se utilizan ampliamente en la astronáutica para reducir la velocidad o detener la rotación. El hecho es que la estabilización por rotación es una forma muy simple y de uso frecuente de mantener la posición deseada en el espacio. Pero para que herramientas como una cámara funcionen, es mejor detener la rotación, o al menos reducir la velocidad. Para hacer esto, se usa la ley de conservación del momento angular: si comienza a desenrollar cables con carga de un satélite o cohete giratorio, su rotación se ralentizará.

Experimento en tierra.

En un cohete geofísico (de 1:26).

Sigue el hilo

En general, el uso de cables en el espacio puede ser útil. Los experimentos mostraron que con su ayuda es posible estudiar la magnetosfera de la Tierra, construir una orientación de acuerdo con el gradiente gravitacional, eliminar los desechos espaciales de la órbita, generar electricidad o, por el contrario, acelerar para mantener o aumentar la órbita. Al mismo tiempo, aunque la prioridad de los sistemas de cable es bastante baja, estas tareas se resuelven de otras maneras familiares. La marginalidad de la tecnología, como sucedió, por ejemplo, con aeronaves o giroplanos, atrae a una variedad de monstruos que piensan que han encontrado un futuro brillante para la astronáutica en los sistemas de cable y crean proyecciones poco realistas como el sistema Tierra-Luna con una base en la luna y cabestrillos en las órbitas de ambos cuerpos celestes. . Las inversiones requeridas en tales proyectos exceden órdenes de magnitudque la humanidad está lista para gastar en el espacio, por lo que en las próximas décadas no se debe esperar que se realicen Pero los sistemas de cable experimentales definitivamente comenzarán más allá y, además de detener los sistemas de rotación, aparecerán pequeños sistemas de aplicación con una mecánica relativamente simple y cables no muy largos.

Satélite en una cuerda o sistemas de cable espacial