miniaturadeimagen|270px|Bucle de lanzamiento (sin escala). La línea roja marcada representa el bucle móvil, mientras que las líneas azules representan los cables fijos
El bucle de lanzamiento, o bucle de Lofstrom, (en Inglés: Launch Loop) es un sistema propuesto para lanzar objetos a la órbita mediante un sistema móvil similar a un cable situado dentro de una vaina unida a la Tierra en dos extremos y suspendida sobre la atmósfera en el medio. El concepto de diseño fue publicado por Keith Lofstrom y describe un sistema de Transporte por cable de levitación magnética de estructura activa que tendría alrededor de 2000 kilómetros de largo y mantenido a una altitud de hasta 80 kilómetros. A esta altitud, el bucle de lanzamiento se mantendría suspendido por el impulso de una cinta que circula alrededor de la estructura. Esta circulación, en efecto, transfiere el peso de la estructura a un par de cojinetes magnéticos, uno en cada extremo, que la sostienen.
Los bucles de lanzamiento están diseñados para lograr el lanzamiento espacial sin cohetes de vehículos que pesen 5 toneladas métricas, acelerándolos electromagnéticamente para proyectarlos a la órbita terrestre o incluso más allá. Esto se lograría mediante la parte plana del cable que forma una pista de aceleración por encima de la atmósfera.
El sistema está diseñado para ser adecuado para lanzar humanos para turismo espacial, exploración espacial y colonización espacial, y proporciona una aceleración relativamente baja de 3 g.
Historia
Keith Lofstrom describió los bucles de lanzamiento en el Foro de Lectores del Boletín Informativo de la Sociedad Astronáutica Estadounidense de noviembre de 1981, en el L5 News de agosto de 1982 y en el número de diciembre de 1983 de Analog Science Fiction and Fact.
En 1982, Paul Birch publicó una serie de artículos en el Journal of the British Interplanetary Society que describían anillos orbitales y una forma que denominó Sistema de Anillos Orbitales Parciales (PORS). La idea del bucle de lanzamiento fue desarrollada con mayor detalle entre 1983 y 1985 por Lofstrom. Se trata de una versión ampliada del PORS, específicamente diseñada para formar una pista de aceleración por levitación magnética adecuada para lanzar humanos al espacio, pero mientras que el anillo orbital utilizaba levitación magnética superconductora, los bucles de lanzamiento utilizan suspensión electromagnética (EMS).
Descripción
derecha|miniaturadeimagen|Sección del acelerador del bucle de lanzamiento (no se muestra el cable de retorno) Imaginemos un gran cañón en una isla que dispara un proyectil hacia la atmósfera superior. La cápsula seguirá una trayectoria aproximadamente parabólica durante el vuelo inicial, pero la resistencia del aire la frenará y hará que regrese a la Tierra siguiendo una trayectoria mucho más vertical que la original. Se podría lograr una trayectoria puramente balística encerrando la trayectoria prevista en un tubo y extrayendo el aire. Suspender un tubo de este tipo supondría un problema importante dependiendo de la longitud del recorrido. Sin embargo, se puede utilizar la carcasa resistente para proporcionar esta fuerza de sustentación, al menos temporalmente. Si el tubo no se encuentra exactamente en la trayectoria de vuelo del proyectil, sino ligeramente por debajo, a medida que el proyectil pasa a través del tubo, será forzado hacia abajo, produciendo así una fuerza hacia arriba sobre el tubo. Para mantenerse en el aire, el sistema requeriría que los proyectiles se dispararan continuamente.
El bucle de lanzamiento es esencialmente una versión continua de este concepto. En lugar de un cañón que dispara un proyectil, un propulsor de masa aceleraría un cable hasta que describe una trayectoria similar. El cable estaría rodeado por un tubo al vacío, que se mantiene en el aire al ejercer presión sobre el cable mediante electroimanes. Cuando el cable cae de nuevo a la Tierra en el otro extremo de la trayectoria, es capturado por un segundo propulsor de masa, doblado 180 grados y enviado de vuelta hacia arriba en la trayectoria opuesta. El resultado es un único bucle que se desplaza continuamente y mantiene el tubo en el aire.
Para utilizar el sistema como lanzador espacial, un bucle de lanzamiento sería de aproximadamente 2000 kilómetros de largo y 80 kilómetros de altura. El bucle tendría forma de tubo, conocido como vaina (seath). Flotando dentro de la vaina hay otro tubo continuo, conocido como rotor, que es una especie de correa o cadena. El rotor es un tubo de hierro de aproximadamente 5 centímetros de diámetro, moviéndose alrededor del bucle a 14 kilómetros por segundo (31 000 millas por hora). Mantener el sistema en el aire requiere una cantidad significativa de sustentación, y la trayectoria resultante es mucho más plana que la trayectoria balística natural del rotor.
Debido a la posibilidad de que el bucle falle y caiga a la Tierra, normalmente se considera que discurriría entre dos islas fuera de las rutas marítimas más transitadas.
Capacidad para mantenerse en el aire En reposo, el bucle se encuentra a nivel del suelo. A continuación, el rotor se acelera hasta alcanzar la velocidad deseada. A medida que aumenta la velocidad del rotor, este se curva formando un arco. La estructura se mantiene en pie gracias a la fuerza del rotor, que intenta seguir una trayectoria parabólica. Los anclajes al suelo la obligan a avanzar paralela a la tierra al alcanzar el arco de una altura de 80 kilómetros. Una vez erigida completamente, la estructura requiere un suministro eléctrico continuo para compensar la energía disipada. Se necesitaría energía adicional para impulsar cualquier vehículo que se lance.
Lanzamiento de cargas útiles Para el lanzamiento, los vehículos se elevan mediante un cable tipo "ascensor" que cuelga del muelle de carga de la estación Oeste a 80 kilómetros, y colocado en la vía. La Carga útil aplica un campo magnético que genera corrientes parásitas en el rotor de rápido movimiento. Esto levanta la carga útil lejos del cable, y también tira de la carga útil junto con 3 g (30 aceleración (m/s²). La carga útil luego viaja sobre el rotor hasta que alcanza la velocidad orbital requerida y abandona la pista.
Si se necesita una órbita estable o circular, una vez que la carga útil alcanza la parte más alta de su trayectoria, se requiere un motor de cohete a bordo ("motor de impulso") u otro medio para circularizar la trayectoria hasta la órbita terrestre adecuada.
La técnica de corrientes de Foucault es compacta, ligera y potente, pero ineficiente. Con cada lanzamiento, la temperatura del rotor aumenta en 80 kelvins debido a la disipación de potencia. Si los lanzamientos se realizan con muy poco tiempo de diferencia, la temperatura del rotor puede acercarse a los 770 Grados Celsius. (1043 Kelvins), punto en el que el rotor de hierro pierde sus propiedades ferromagnéticas y se pierde la contención del rotor.
Capacidad y aptitudes Órbitas cerradas con un perigeo de 80 kilómetros se desintegran y reentran en la atmósfera con bastante rapidez, pero además de dichas órbitas, un bucle de lanzamiento por sí solo también sería capaz de inyectar directamente cargas útiles en órbitas de escape, trayectorias de asistencia gravitatoria más allá de la Luna y otras órbitas no cerradas, como cerca de los puntos troyanos.
Para acceder a órbitas circulares mediante un bucle de lanzamiento, sería necesario lanzar un "motor de impulso" relativamente pequeño junto con la carga útil, el cual se activaría en el apogeo y circularizaría la órbita. Para la inserción GEO, esto requeriría proporcionar un delta-v de aproximadamente 1,6. kilómetros por segundo, para que LEO se circularice a 500 kilómetros requeriría un delta-v de tan solo 120 EM. Los cohetes convencionales requieren delta-v de aproximadamente 14 y 10 kilómetros por segundo para alcanzar GEO y LEO respectivamente.
Los bucles de lanzamiento en el diseño de Lofstrom están ubicados cerca del ecuador y solo pueden acceder directamente a órbitas ecuatoriales. Sin embargo, se podrían alcanzar otros planos orbitales mediante cambios de plano a gran altitud, perturbaciones lunares o técnicas aerodinámicas.
La capacidad de lanzamiento de un bucle de lanzamiento está limitada en última instancia por la temperatura y la velocidad de enfriamiento del rotor a 80 por hora, pero eso requeriría una central eléctrica de 17 GW ; una central eléctrica más modesta de 500 MW es suficiente para 35 lanzamientos por día.
Economía Para que un sistema de lanzamiento circular sea económicamente viable, requeriría clientes con necesidades de lanzamiento de carga útil suficientemente grandes.
Lofstrom estima que un ciclo inicial con un coste aproximado de 10 000 millones de dólares y un periodo de recuperación de la inversión de un año podría lanzar 40 000 toneladas métricas al año y reducir los costes de lanzamiento a 300 dólares por kilogramo. Por 30 mil millones de dólares, con una mayor capacidad de generación de energía, el bucle sería capaz de lanzar 6 millones de toneladas métricas por año, y dado un período de recuperación de la inversión de 5 años, los costos para acceder al espacio con un bucle de lanzamiento podrían ser tan bajos como 3 dólares/kg.
Comparaciones
Ventajas de los bucles de lanzamiento En comparación con los ascensores espaciales, no es necesario desarrollar nuevos materiales de alta resistencia a la tracción, ya que la estructura resiste la gravedad terrestre soportando su propio peso con la energía cinética del bucle en movimiento, y no mediante la resistencia a la tracción.
Se prevé que los bucles de lanzamiento de Lofstrom realicen lanzamientos a un ritmo elevado (muchos lanzamientos por hora, independientemente de las condiciones meteorológicas) y que no sean intrínsecamente contaminantes. Los cohetes generan contaminación, como nitratos en sus gases de escape, debido a la alta temperatura de estos, y pueden también generar gases de efecto invernadero dependiendo del propulsor utilizado. En cambio los sistemas de lanzamiento con bucles, como forma de propulsión eléctrica como el bucle de langstrom, pueden ser limpios y funcionar con energía geotérmica, nuclear, eólica, solar o cualquier otra fuente de energía, incluso intermitentes, ya que el sistema cuenta con una enorme capacidad de almacenamiento de energía integrada.
A diferencia de los ascensores espaciales, que tendrían que viajar a través de los cinturones de Van Allen durante varios días, los pasajeros que viajan en bucle de lanzamiento pueden ser lanzados a la órbita terrestre baja, que está por debajo de los cinturones, o atravesarlos en pocas horas. Esta sería una situación similar a la que enfrentaron los astronautas del Apolo, quienes recibieron dosis de radiación de aproximadamente el 0,5% de lo que proporcionaría el ascensor espacial.
A diferencia de los ascensores espaciales, que están expuestos a los riesgos de los desechos espaciales y los meteoritos a lo largo de toda su longitud, las plataformas de lanzamiento deben situarse a una altitud donde las órbitas son inestables debido a la resistencia del aire. Dado que los escombros no permanecen en el lugar, solo tienen una oportunidad de impactar la estructura. Si bien se espera que el período de colapso de los ascensores espaciales sea del orden de años, se prevé que los daños o el colapso de los bucles de esta manera sean poco frecuentes. Además, las propias estructuras de lanzamiento no constituyen una fuente significativa de basura espacial, ni siquiera en caso de accidente y que la estructura de rompa o dañe. Todos los restos generados tienen un perigeo que intersecta la atmósfera o se encuentran a velocidad de escape.
Los bucles de lanzamiento están destinados al transporte humano, para proporcionar una aceleración segura de 3 g que la gran mayoría de las personas serían capaces de tolerar bien, y serían una forma mucho más rápida de llegar al espacio que los ascensores espaciales.