스카이 훅(구조)

Skyhook (structure)
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회전 및 비회전 스카이훅이 궤도에 나타나는 방법

스카이 훅은 낮은 지구 궤도에 페이로드를 배치하는 비용을 절감하는 것을 목표로 하는 제안된 운동량 교환 테더입니다.중궤도 관측소는 대기권 상부를 향해 아래로 뻗은 케이블에 연결되어 있다.스테이션보다 훨씬 가벼운 payload는 통과하면서 케이블의 끝에 걸리고, 질량 중심을 중심으로 한 케이블의 회전에 의해 궤도로 던져집니다.그런 다음 전자기 추진, 로켓 추진 또는 페이로드에 전달된 것과 같은 운동 에너지로 다른 물체를 탈궤도화함으로써 우주 정거장을 원래 고도로 다시 올릴 수 있다.

스카이 훅은 정지 궤도 우주 엘리베이터와 달리 스카이 훅이 훨씬 짧고 지구 표면에 접촉하지 않는다는 점에서 다르다.스카이 훅은 저궤도에 도달하기 위해 준궤도 발사체가 필요한 반면, 우주 엘리베이터는 그렇지 않다.

역사

1966년 [1][2]Isaacs,[3][4] 1967년 Artsutanov, 1975년[5] [6]Pearson과 [7]Columbo, 1978년 Kalaghan, [8]1985년 Braginski를 시작으로 다양한 동기 비회전 궤도 스카이훅 개념과 버전이 제안되었다.가장 좋은 잠재력을 가진 버전은 낮은 지구 궤도에서 훨씬 짧은 테더를 포함하고 있는데, 이 테더는 궤도면에서 회전하며 끝부분이 지구 상층 대기를 스치고, 회전운동은 지상에서의 궤도 운동을 상쇄한다.이러한 "회전하는" 스카이 훅 버전은 1976년에 [9][10]Moravec에 의해 제안되었고 1994년에 [11][12]Sarmont에 의해 제안되었습니다.

그 결과 우주왕복선 기반의 테더 시스템인 TSS-1R 미션은 1996년 2월 22일 STS-75에 의해 발사되어 기본적인 우주 테더 동작과 우주 플라즈마 [13]물리학을 특징짓는 데 초점을 맞췄다.이탈리아 위성은 우주왕복선에서 [13]19.7km 떨어진 곳에 배치됐다.

1994년에 한 엔지니어는 스카이 훅이 현실적으로 우주 [11]엘리베이터를 사용하여 달성할 수 있다고 생각되는 것과 가격 경쟁력이 있을 수 있다고 추측했다.

2000년과 2001년, Boeing Phantom Works는 NASA 고급 개념 연구소로부터 보조금을 받아 다양한 스카이 훅 디자인의 공학적 및 상업적 타당성에 대한 상세한 연구를 수행했다.그들은 "초음속 비행기 우주 테더 궤도 발사 시스템" 또는 HASTOL이라고 불리는 이 개념의 특정한 변형을 상세하게 연구했다.이 설계는 극초음속 램제트 또는 스크램제트 항공기가 마하 [14]10의 속도로 비행하는 동안 회전 후크를 요격할 것을 요구했습니다.

스카이 훅은 아직 구축되지 않았지만,[15] 일반적으로 공간 테더 개념의 다양한 측면을 탐구하는 많은 비행[quantify] 실험이 있었다.

스카이 훅의 종류

회전식 스카이 훅

회전 콘셉트.궤도 속도와 테더 회전 속도가 동기화되면 테더 팁이 사이클로이드 곡선으로 이동한다.가장 낮은 지점에서는 지면에 대해 순간적으로 정지해 있으며, 여기서 페이로드를 '훅'하여 궤도로 회전시킬 수 있다.

테더를 궤도 운동과 반대 방향으로 궤도 질량 중심을 중심으로 회전시킴으로써 지면에 대한 후크의 속도를 낮출 수 있다.이렇게 하면 테더의 필요한 강도가 감소하고 결합이 쉬워집니다.

테더의 회전은 궤도 속도(약 7-8km/s)와 정확히 일치하도록 할 수 있다.이 구성에서는 훅이 cardioid와 유사한 경로를 추적합니다.지면에서 볼 때 갈고리는 거의 수직으로 내려갔다가 멈추었다가 다시 올라갑니다.이 구성은 공기역학적 항력을 최소화하므로 후크가 [16][17]대기권 깊숙이 내려갈 수 있습니다.그러나, HASTOL 연구에 따르면, 지구 궤도에서 이러한 종류의 스카이 훅은 페이로드 질량의 1000-2000배에 달하는 매우 큰 균형추(calterweight)를 필요로 하며, 테더 회전과 [14]궤도 사이의 동기화를 유지하기 위해 각 페이로드 수집 후 테더를 기계적으로 감아야 한다.

2000년에 발표된 보잉사의 극초음속 비행기 우주 테더 궤도 발사(HASTOL) 연구의 1단계는 고도 610-700km의 적도 궤도에서 3.5km/s의 첨단 속도로 회전하는 600km 길이의 테더를 제안했다.이렇게 하면 팁의 지상 속도가 3.6km/s(마하 10)가 되며, 이는 100km 고도에서 이송 시 페이로드 모듈을 운반하는 극초음속 비행기와 일치합니다.테더는 내열성 Zylon PBO로 제조되는 외부 20km를 제외하고 대부분 상업적으로 이용 가능한 재료인 Spectra 2000(초고분자 폴리에틸렌의 일종).공칭 페이로드 질량이 14톤인 경우 스펙트럼/자일론 테더는 1300톤, 즉 페이로드 질량의 90배에 달한다.저자들은 다음과 같이 말했다.

우리가 Reader에게 남기고 싶은 주된 메시지는 다음과 같습니다. "HASTOL 시스템을 위한 공간 테더 설비를 만들기 위해 'Buckminster-Fuller-carbon-nanotubes'와 같은 마법 재료는 필요 없습니다.기존 재료로도 [14]충분합니다.

2001년에 발표된 HASTOL 연구의 두 번째 단계에서는 요격 비행 속도를 마하 15-17로 높이고, 요격 고도를 150km로 증가시켜 필요한 테더 질량을 3배 줄일 것을 제안했다.더 빠른 속도는 순수하게 공기를 흡입하는 항공기 대신 재사용 가능한 로켓 스테이지를 사용함으로써 달성될 것이다.이 연구는 "근본적인 기술적 쇼스토퍼"는 없지만 상당한 기술 개선이 필요하다고 결론지었다.특히, 스펙트럼 2000 테더가 원자 산소에 의해 빠르게 침식될 것이라는 우려가 있었다. 이 구성 요소는 기술 준비 수준 [18]2가 주어졌다.

스카이훅스 온 더 문

달로의 귀환이 예상되고 있고, 블루 오리진 등이 화성으로 가는 디딤돌로 달 자원을 사용할 계획이기 때문에, 달 궤도에 있는 스카이 훅은 달 표면에서 자원을 끌어올리는 효율적인 메커니즘이 될 수 있다.

달의 낮은 중력, 대기 부족, 그리고 인구 부족은 달 궤도에 있는 스카이 훅이 건설하기에 훨씬 더 가능성이 있다는 것을 의미한다.

달 자원은 더 큰 우주 정거장과 우주선을 건설하는데 사용될 수 있다.물(얼음)은 달의 극지방에서 발견되었으며 수소 연료와 생명 유지용 산소를 만드는데 사용될 수 있다.달로부터의 질량은 균형추로 사용될 수 있으며, 잠재적으로 비용을 낮출 수 있는 "상하향"으로부터 부분적으로 지구 기반 스카이훅(또는 기타 궤도 접근 인프라)의 건설을 도울 수 있다.

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레퍼런스

  1. ^ Isaacs, J. D.; Vine, A. C.; Bradner, H; Bachus, G. E. (1966). "Satellite elongation into a true "sky-hook"". Science. 151 (3711): 682–3. Bibcode:1966Sci...151..682I. doi:10.1126/science.151.3711.682. PMID 17813792. S2CID 32226322.
  2. ^ 참고 항목: 사이언스 152:800, 1966년 5월 6일.
  3. ^ 아르수타노프, Y.V 코스모스 나 엘렉트로보제(Funicular Railway로 우주로)콤소몰스카야 프라브다 1960년 7월 31일내용은 Lvov, Science 158:946, 1967년 11월 17일에 기술되어 있습니다.
  4. ^ 아르수타노프, Y. V 코스모스 베즈 라켓 (로켓 없이 우주로)Znanije-Sile (지식은 힘이다) 1969년 7월 25일
  5. ^ Pearson, J (1975). "The Orbital Tower: A Spacecraft Launcher Using the Earth's Rotational Energy". Acta Astronautica. 2 (9–10): 785–799. Bibcode:1975AcAau...2..785P. CiteSeerX 10.1.1.530.3120. doi:10.1016/0094-5765(75)90021-1.
  6. ^ 콜롬보, G., Gaposchkin, E.M., 그로시, M.D. 및 G.의 바이펜바흐, "스카이훅: 저궤도 연구를 위한 셔틀 본체 도구", Meccanica, 제10권, 제1호, 1975년 3월.
  7. ^ 미국 항공우주국(NASA)의 계약서 NAS8-32199, SAO, 최종 보고서, S.Colombo, G., 그로시, M., Kirschner, L. R. 및 O. Orringer, "Skyhook."
  8. ^ V.B. 브라긴스키와 K.S.Thorne, "스카이훅 중력파 검출기", 모스크바 주립대학, 소련 모스크바 및 칼텍, 1985.
  9. ^ Moravec, Hans (1976). "Skyhook proposal".
  10. ^ Moravec, H. P. (1977). "A Non-Synchronous Orbital Skyhook". Journal of the Astronautical Sciences. 25: 307–322. Bibcode:1977JAnSc..25..307M. 1977년 10월 18일~20일 캘리포니아주 샌프란시스코에서 열린 제23회 AIAA 미팅에서 발표. Industrialization of Space)에서 발표.
  11. ^ a b Sarmont, Eagle (1994). "How an Earth Orbiting Tether Makes Possible an Affordable Earth-Moon Space Transportation System". SAE Technical Paper Series. Vol. 942120. doi:10.4271/942120.
  12. ^ Moravec, Hans (1981). "Skyhook proposal".
  13. ^ a b Cosmo, M.; Lorenzini, E. (December 1997). Tethers in Space Handbook (PDF) (Third ed.). Smithsonian Astrophysical Observatory. Archived from the original (PDF) on 2007-10-06. Retrieved 2014-04-18.
  14. ^ a b c Bogar, Thomas J.; Bangham, Michal E.; Forward, Robert L.; Lewis, Mark J. (7 January 2000). Hypersonic Airplane Space Tether Orbital Launch System, Research Grant No. 07600-018, Phase I Final Report (PDF). NASA Institute for Advanced Concepts. Retrieved 2019-07-07.
  15. ^ Chen, Yi; Huang, Rui; Ren, Xianlin; He, Liping; He, Ye (2013). "History of the Tether Concept and Tether Missions: A Review". ISRN Astronomy and Astrophysics. 2013 (502973): 502973. Bibcode:2013ISRAA2013E...2C. doi:10.1155/2013/502973.
  16. ^ Isaacs, J. D.; Vine, A. C.; Bradner, H.; Bachus, G. E. (1966). "Satellite elongation into a true 'sky-hook'". Science. 151 (3711): 682–683. Bibcode:1966Sci...151..682I. doi:10.1126/science.151.3711.682. PMID 17813792. S2CID 32226322.
  17. ^ Chen, Yi; Huang, Rui; Ren, Xianlin; He, Liping; He, Ye (2013). "History of the Tether Concept and Tether Missions: A Review". ISRN Astronomy and Astrophysics. 2013: 502973. Bibcode:2013ISRAA2013E...2C. doi:10.1155/2013/502973. 502973.
  18. ^ "Hypersonic Airplane Space Tether Orbital Launch (HASTOL) Architecture Study. Phase II: Final Report" (PDF). Retrieved 2015-10-18.

외부 링크