लॉन्च लूप

लूप लॉन्च करें (स्केल करने के लिए नहीं)। लाल चिह्नित रेखा स्वयं गतिशील लूप है, नीली रेखाएं स्थिर केबल हैं।

एक लॉन्च लूप, या लोफस्ट्रॉम लूप, कक्षीय प्रक्षेपण के लिए प्रस्तावित प्रणाली है जो गतिशील केबल जैसी प्रणाली का उपयोग करती है जो दो सिरों पर पृथ्वी से जुड़ी म्यान के अंदर स्थित होती है और बीच में वायुमंडल के ऊपर निलंबित होती है। डिज़ाइन अवधारणा कीथ लोफस्ट्रॉम द्वारा प्रकाशित की गई थी और सक्रिय संरचना मैग्लेव केबल परिवहन प्रणाली का वर्णन करती है जो लगभग 2,000 किमी (1,240 मील) लंबी होगी और 80 किमी (50 मील) तक की ऊंचाई पर बनी रहेगी। इस ऊंचाई पर संरचना के चारों ओर घूमने वाले सेल्फ-साइफ़ोनिंग मोतियों द्वारा लॉन्च लूप को रखा जाएगा। यह परिसंचरण, वास्तव में, संरचना के वजन को चुंबकीय बीयरिंगों की जोड़ी पर स्थानांतरित करता है, प्रत्येक छोर पर एक, जो इसका समर्थन करता है।

लॉन्च लूप का उद्देश्य मैग्लेव द्वारा 5 मीट्रिक टन वजन वाले अंतरिक्ष यान के गैर-रॉकेट अंतरिक्ष प्रक्षेपण को प्राप्त करना है जिससे उन्हें पृथ्वी की कक्षा में या उससे भी आगे प्रक्षेपित किया जा सकता है। यह केबल के समतल भाग द्वारा प्राप्त किया जाएगा जो वायुमंडल के ऊपर त्वरण ट्रैक बनाता है।

इस प्रणाली को अंतरिक्ष पर्यटन, अंतरिक्ष अन्वेषण और अंतरिक्ष उपनिवेशीकरण के लिए मनुष्यों को लॉन्च करने के लिए उपयुक्त बनाया गया है, और यह अपेक्षाकृत कम 3जी त्वरण प्रदान करता है।

इतिहास

लॉन्च लूप्स का वर्णन कीथ लोफस्ट्रॉम द्वारा नवंबर 1981 में अमेरिकन एस्ट्रोनॉटिकल सोसायटी न्यूज लेटर के रीडर्स फोरम और अगस्त 1982 एल5 सोसायटी न्यूज में किया गया था।

1982 में, पॉल बिर्च (लेखक) ने ब्रिटिश इंटरप्लेनेटरी सोसायटी के जर्नल में पत्रों की श्रृंखला प्रकाशित की जिसमें कक्षीय वलय का वर्णन किया गया और एक रूप का वर्णन किया गया जिसे उन्होंने आंशिक कक्षीय वलय प्रणाली (पीओआरएस) कहा था।

लॉन्च लूप विचार पर लोफस्ट्रॉम द्वारा 1983-1985 के आसपास अधिक विस्तार से काम किया गया था। यह पीओआरएस का विस्तृत संस्करण है जिसे विशेष रूप से मनुष्यों को अंतरिक्ष में प्रक्षेपित करने के लिए उपयुक्त मैग-लेव त्वरण ट्रैक बनाने के लिए व्यवस्थित किया गया है; किंतु जबकि कक्षीय रिंग सुपरकंडक्टिंग चुंबकीय उत्तोलन का उपयोग करती है, लॉन्च लूप विद्युत चुम्बकीय निलंबन (ईएमएस) का उपयोग करते हैं।

विवरण

लूप एक्सेलेरेटर अनुभाग लॉन्च करें (रिटर्न केबल नहीं दिखाया गया है)।

एक द्वीप पर बड़ी कैनन पर विचार करें जो उच्च वायुमंडल में गोला छोड़ती है। प्रारंभिक उड़ान के लिए शेल सामान्यतः परवलयिक पथ का अनुसरण करेगा, किंतु ड्रैग शेल को धीमा कर देगा और इसे बहुत अधिक ऊर्ध्वाधर पथ में पृथ्वी पर लौटने का कारण बनता है। पूर्वानुमानित पथ को ट्यूब में बंद करके और हवा को हटाकर पथ को पूरी तरह से बैलिस्टिक बनाया जा सकता है। पथ की लंबाई के आधार पर ऐसी ट्यूब को निलंबित करना महत्वपूर्ण समस्या होगी। चूँकि, कोई भी इस लिफ्ट बल को प्रदान करने के लिए शेल का उपयोग कम से कम अस्थायी रूप से कर सकता है। यदि ट्यूब पूर्णतया शेल के उड़ान पथ के साथ नहीं है, किंतु उससे थोड़ा नीचे है, तो जैसे ही शेल इससे होकर निकलेगा, शेल नीचे की ओर धकेल दिया जाएगा, जिससे ट्यूब पर ऊपर की ओर बल उत्पन्न होगा। ऊपर बने रहने के लिए, प्रणाली को लगातार गोले दागने की आवश्यकता होती है।

लॉन्च लूप मूलतः इस अवधारणा का सतत संस्करण है। कैनन से गोला दागने के अतिरिक्त, द्रव्यमान चालक केबल को एक समान प्रक्षेपवक्र में गति देता है। केबल खाली ट्यूब से घिरी होती है, जिसे विद्युत का उपयोग करके केबल पर नीचे धकेल कर ऊपर रखा जाता है। जब केबल प्रक्षेप पथ के दूसरे छोर पर पृथ्वी पर वापस गिरती है, तो इसे दूसरे द्रव्यमान चालक द्वारा पकड़ लिया जाता है, 180 डिग्री तक मोड़ दिया जाता है, और विपरीत प्रक्षेप पथ पर वापस भेज दिया जाता है। परिणाम एकल लूप है जो लगातार यात्रा कर रहा है और ट्यूब को ऊपर रख रहा है।

प्रणाली को अंतरिक्ष लांचर के रूप में उपयोग करने के लिए, लॉन्च लूप लगभग 2,000 किमी लंबा और 80 किमी ऊंचा होगा। लूप ट्यूब के रूप में होगा, जिसे म्यान के रूप में जाना जाता है। म्यान के अंदर अस्थायी और सतत ट्यूब है, जिसे रोटर के रूप में जाना जाता है जो एक प्रकार की बेल्ट या चेन है। रोटर लगभग 5 सेमी (2 इंच) व्यास वाली लोहे की ट्यूब है, जो लूप के चारों ओर 14 किमी/सेकंड (31,000 मील प्रति घंटे) की गति से घूमती है। प्रणाली को ऊंचा रखने के लिए महत्वपूर्ण मात्रा में लिफ्ट की आवश्यकता होती है, और परिणामी पथ रोटर के प्राकृतिक बैलिस्टिक पथ की तुलना में बहुत अधिक सपाट होता है।

लूप के विफल होने और पृथ्वी पर गिरने की संभावना के कारण, इसे सामान्यतः भारी शिपिंग मार्गों के बाहर दो द्वीपों के बीच चलने वाला माना जाता है।

ऊपर बने रहने की क्षमता

विश्राम की स्थिति में, लूप जमीनी स्तर पर होता है। फिर रोटर को गति तक बढ़ा दिया जाता है। जैसे-जैसे रोटर की गति बढ़ती है, यह चाप बनाने के लिए मुड़ता है। संरचना रोटर से बल द्वारा आयोजित की जाती है, जो परवलयिक प्रक्षेपवक्र का पालन करने का प्रयास करती है। 80 किलोमीटर की ऊंचाई तक पहुंचने पर जमीनी लंगर इसे पृथ्वी के समानांतर जाने के लिए विवश करते हैं। एक बार खड़ा होने के बाद, संरचना को नष्ट हुई ऊर्जा पर नियंत्रण पाने के लिए निरंतर शक्ति की आवश्यकता होती है। लॉन्च किए गए किसी भी वाहन को विद्युत् देने के लिए अतिरिक्त ऊर्जा की आवश्यकता होती है।

पेलोड का प्रक्षेपण

लॉन्च करने के लिए, वाहनों को 'एलिवेटर' केबल पर ऊपर उठाया जाता है जो 80 किमी पर वेस्ट स्टेशन लोडिंग डॉक से नीचे लटका होता है, और ट्रैक पर रखा जाता है। पेलोड चुंबकीय क्षेत्र प्रयुक्त करता है जो तीव्रता से चलने वाले रोटर में एड़ी धाराएं उत्पन्न करता है। यह पेलोड को केबल से दूर उठाता है, साथ ही पेलोड को 3g (30 m/s²) त्वरण के साथ खींचता है। पेलोड तब तक रोटर पर चलता है जब तक कि यह आवश्यक कक्षीय गति तक नहीं पहुंच जाता, और ट्रैक छोड़ देता है।

यदि स्थिर या गोलाकार कक्षा की आवश्यकता होती है, तो एक बार जब पेलोड अपने प्रक्षेपवक्र के उच्चतम भाग तक पहुंच जाता है तो प्रक्षेपवक्र को उचित पृथ्वी कक्षा में प्रसारित करने के लिए ऑन-बोर्ड रॉकेट इंजन (किक मोटर) या अन्य साधन की आवश्यकता होती है।

एड़ी वर्तमान विधि कॉम्पैक्ट, हल्की और शक्तिशाली है, किंतु अप्रभावी है। प्रत्येक प्रक्षेपण के साथ विद्युत् अपव्यय के कारण रोटर का तापमान 80 केल्विन तक बढ़ जाता है। यदि लॉन्च को एक-दूसरे के बहुत निकट रखा जाता है, तो रोटर का तापमान 770°C (1043 K) तक पहुंच सकता है, जिस पर क्यूरी बिंदु पर लोहे का रोटर अपने लौहचुंबकत्व गुणों को खो देता है और रोटर का नियंत्रण खो जाता है।

क्षमता और क्षमताएं

80 किमी की परिधि वाली बंद कक्षाएँ बहुत तीव्रता से क्षय और पुनः प्रवेश करती हैं, किंतु ऐसी कक्षाओं के अतिरिक्त, लॉन्च लूप स्वयं भी पेलोड को सीधे पलायन वेग, चंद्रमा के पिछले गुरुत्वाकर्षण सहायता प्रक्षेप पथ और अन्य गैर बंद कक्षाएँ जैसे ट्रोजन बिंदुओं के निकट इंजेक्ट करने में सक्षम होता है।

लॉन्च लूप का उपयोग करके गोलाकार कक्षाओं तक पहुंचने के लिए पेलोड के साथ अपेक्षाकृत छोटी 'किक मोटर' लॉन्च करने की आवश्यकता होगी जो एपोगी पर फायर करेगी और कक्षा को गोलाकार कर देगी। जीईओ प्रविष्टि के लिए इसे लगभग 1.6 किमी/सेकेंड का डेल्टा-वी प्रदान करने की आवश्यकता होगी, निचली पृथ्वी कक्षा को 500 किमी पर गोलाकार करने के लिए केवल 120 किमी/सेकेंड के डेल्टा-वी की आवश्यकता होगी। पारंपरिक राकेट को जीईओ और एलईओ तक पहुंचने के लिए क्रमशः 14 और 10 किमी/सेकेंड के डेल्टा-बनाम की आवश्यकता होती है।

लोफस्ट्रॉम के डिज़ाइन में लॉन्च लूप भूमध्य रेखा के निकट रखे गए हैं और केवल भूमध्यरेखीय कक्षाओं तक ही सीधे पहुंच सकता है। चूँकि अन्य कक्षीय विमानों तक उच्च ऊंचाई वाले विमान परिवर्तन, चंद्र विक्षोभ या वायुगतिकीय विधिों के माध्यम से पहुंचा जा सकता है।

लॉन्च लूप की लॉन्च दर क्षमता अंततः रोटर के तापमान और शीतलन दर द्वारा 80 प्रति घंटे तक सीमित होती है, किंतु इसके लिए 17 गीगावाट पावर स्टेशन की आवश्यकता होगी; अधिक सामान्य 500 मेगावाट पावर स्टेशन प्रति दिन 35 लॉन्च के लिए पर्याप्त है।

अर्थशास्त्र

लॉन्च लूप को आर्थिक रूप से व्यवहार्य बनाने के लिए पर्याप्त बड़े पेलोड लॉन्च आवश्यकताओं वाले ग्राहकों की आवश्यकता होगी।

लोफस्ट्रॉम का अनुमान है कि एक साल के भुगतान के साथ लगभग $10,000000 (संख्या) की लागत वाला प्रारंभिक लूप प्रति वर्ष 40,000 मीट्रिक टन लॉन्च कर सकता है, और लॉन्च लागत को $300/किग्रा तक कम कर सकता है। $30 बिलियन के लिए, बड़ी विद्युत् उत्पादन क्षमता के साथ, लूप प्रति वर्ष 6 मिलियन मीट्रिक टन लॉन्च करने में सक्षम होगा, और पांच साल की पेबैक अवधि को देखते हुए, लॉन्च लूप के साथ अंतरिक्ष तक पहुंचने की लागत $3/ किलोग्राम जितनी कम हो सकती है।

तुलना

लॉन्च लूप के लाभ

अंतरिक्ष लिफ्टों की तुलना में, किसी भी नई उच्च-तन्यता शक्ति वाली सामग्री को विकसित करने की आवश्यकता नहीं है, क्योंकि संरचना चलती लूप की गतिज ऊर्जा के साथ अपने वजन का समर्थन करके पृथ्वी के गुरुत्वाकर्षण का प्रतिरोध करती है, न कि तन्यता शक्ति से करती है।

लोफस्ट्रॉम के लॉन्च लूप्स के उच्च दरों पर लॉन्च होने की आशा है (प्रति घंटे कई लॉन्च, मौसम से स्वतंत्र), और स्वाभाविक रूप से प्रदूषणकारी नहीं हैं। उच्च निकास तापमान के कारण रॉकेट अपने निकास में नाइट्रेट जैसे प्रदूषण उत्पन्न करते हैं, और प्रणोदक विकल्पों के आधार पर ग्रीनहाउस गैसें उत्पन्न कर सकते हैं। विद्युत प्रणोदन के रूप में लॉन्च लूप स्वच्छ हो सकते हैं, और भू-तापीय, परमाणु, पवन, सौर या किसी अन्य ऊर्जा स्रोत पर भी चलाए जा सकते हैं, यहां तक ​​कि अनिरंतर भी, क्योंकि प्रणाली में विशाल अंतर्निहित ऊर्जा भंडारण क्षमता होती है।

अंतरिक्ष लिफ्टों के विपरीत, जिन्हें वैन एलन बेल्ट के माध्यम से कई दिनों तक यात्रा करनी होगी, लॉन्च लूप यात्रियों को कम पृथ्वी की कक्षा में लॉन्च किया जा सकता है, जो कुछ घंटों में उनके माध्यम से बेल्ट के नीचे है। यह वैसी ही स्थिति होगी जैसी अपोलो अंतरिक्ष यात्रियों को सामना करना पड़ा थी, जिनके पास अंतरिक्ष लिफ्ट द्वारा दी जाने वाली विकिरण खुराक का लगभग 0.5% था।

अंतरिक्ष लिफ्टों के विपरीत, जो अपनी पूरी लंबाई के साथ अंतरिक्ष मलबे और उल्कापिंडों के खतरों के अधीन होते हैं, लॉन्च लूप ऐसी ऊंचाई पर स्थित होते हैं जहां हवा के खिंचाव के कारण कक्षाएँ अस्थिर होती हैं। चूंकि मलबा टिकता नहीं है, इसलिए उसके पास संरचना पर प्रभाव डालने का केवल एक ही अवसर होता है। जबकि अंतरिक्ष लिफ्टों की पतन अवधि वर्षों के क्रम की होने की आशा है, इस तरह से लूपों की क्षति या पतन दुर्लभ होने की आशा है। इसके अतिरिक्त, लॉन्च लूप स्वयं किसी दुर्घटना में भी, अंतरिक्ष मलबे का महत्वपूर्ण स्रोत नहीं हैं। उत्पन्न होने वाले सभी मलबे में उपभू होता है जो वायुमंडल को प्रतिच्छेद करता है या पलायन वेग पर होता है।

लॉन्च लूप मानव परिवहन के लिए हैं, सुरक्षित 3जी त्वरण प्रदान करने के लिए जिसे अधिकांश लोग अच्छी तरह से सहन करने में सक्षम होंगे, और यह अंतरिक्ष लिफ्ट की तुलना में अंतरिक्ष तक पहुंचने की बहुत तेज़ विधि होती है।

लॉन्च लूप संचालन में शांत होंगे, और रॉकेट के विपरीत, कोई ध्वनि प्रदूषण नहीं करते है।

अंत में, उनकी कम पेलोड लागत बड़े पैमाने पर वाणिज्यिक अंतरिक्ष पर्यटन और यहां तक ​​कि अंतरिक्ष उपनिवेशीकरण के साथ संगत है।

लॉन्च लूप की कठिनाइयाँ

एक रनिंग लूप के रैखिक संवेग में अत्यधिक मात्रा में ऊर्जा होती है। जबकि चुंबकीय निलंबन प्रणाली अत्यधिक निरर्थक होगी, छोटे वर्गों की विफलताओं का अनिवार्य रूप से कोई प्रभाव नहीं होगा, यदि कोई बड़ी विफलता हुई तो लूप में ऊर्जा (1.5×10)¹⁵ जूल या 1.5 पेटाजूल) परमाणु बम विस्फोट (350 किलोटन टीएनटी समतुल्य) के समान कुल ऊर्जा रिलीज के निकट होगा, चूँकि परमाणु विकिरण उत्सर्जित नहीं कर रहा है।

चूँकि यह ऊर्जा की बड़ी मात्रा है, यह संभावना नहीं है कि यह अपने बहुत बड़े आकार के कारण संरचना के अधिकांश भागो को नष्ट कर देगा, और क्योंकि विफलता का पता चलने पर अधिकांश ऊर्जा को संकल्पपूर्वक पूर्व-चयनित स्थानों पर डंप कर दिया जाएगा। केबल को न्यूनतम क्षति के साथ 80 किमी की ऊंचाई से नीचे लाने के लिए कदम उठाने की आवश्यकता हो सकती है, जैसे पैराशूट का उपयोग है।

इसलिए, सुरक्षा और खगोलगतिकी कारणों से, लॉन्च लूप को भूमध्य रेखा के पास महासागर के ऊपर स्थापित करने का आशय है, जो कि निवास स्थान से अधिक दूर है।

लॉन्च लूप के प्रकाशित डिज़ाइन में विद्युत् अपव्यय को कम करने और अन्यथा अंडर-डैम्प्ड केबल को स्थिर करने के लिए चुंबकीय उत्तोलन के इलेक्ट्रॉनिक नियंत्रण की आवश्यकता होती है।

अस्थिरता के दो मुख्य बिंदु टर्नअराउंड अनुभाग और केबल हैं।

टर्नअराउंड सेक्शन संभावित रूप से अस्थिर होते हैं, क्योंकि रोटर को मैग्नेट से दूर ले जाने से चुंबकीय आकर्षण कम हो जाता है, जबकि निकट आने पर आकर्षण बढ़ जाता है। किसी भी स्थिति में, अस्थिरता उत्पन्न होती है। इस समस्या को आधुनिक सर्वो नियंत्रण प्रणालियों के साथ नियमित रूप से हल किया जाता है जो मैग्नेट की शक्ति को बदलता है। यद्यपि सर्वो विश्वसनीयता संभावित उद्देश्य है, रोटर की उच्च गति पर, रोटर नियंत्रण को खोने के लिए लगातार कई खंडों को विफल करने की आवश्यकता होती है।

केबल अनुभाग भी इस संभावित समस्या को साझा करते हैं, चूँकि बल बहुत कम हैं। चूँकि, इसमें अतिरिक्त अस्थिरता उपस्थित है कि केबल/शीथ/रोटर घुमावदार मोड (लारियाट श्रृंखला के समान) से निकल सकता है जो बिना किसी सीमा के आयाम में बढ़ता है। लोफस्ट्रॉम का मानना ​​है कि इस अस्थिरता को सर्वो तंत्र द्वारा वास्तविक समय में भी नियंत्रित किया जा सकता है, चूँकि इसका कभी प्रयास नहीं किया गया है।

प्रतिस्पर्धी और समान डिज़ाइन

अलेक्जेंडर बोलोनकिन के कार्यों में यह सुझाव दिया गया है कि लोफस्ट्रॉम की परियोजना में कई गैर-सुलझी समस्याएं हैं और यह वर्तमान विधि से बहुत दूर है। उदाहरण के लिए, लोफस्ट्रॉम परियोजना में 1.5 मीटर लोहे की प्लेटों के बीच विस्तार जोड़ हैं। उनकी गति (गुरुत्वाकर्षण, घर्षण के अनुसार) भिन्न हो सकती है और बोलोनकिन का प्रमाण है कि वे ट्यूब में फंस सकते हैं; और जमीन के 28 किमी व्यास वाले टर्नअराउंड खंड में बल और घर्षण बहुत बड़ा है। 2008 में, बोलोनकिन ने वर्तमान प्रौद्योगिकी के लिए उपयुक्त विधियों से अंतरिक्ष उपकरण को लॉन्च करने के लिए सरल घुमाए गए क्लोज-लूप केबल का प्रस्ताव रखा था।

एक अन्य परियोजना, अंतरिक्ष केबल , जॉन नैपमैन द्वारा छोटा डिज़ाइन है जिसका उद्देश्य पारंपरिक रॉकेट और सबऑर्बिटल पर्यटन के लिए लॉन्च सहायता है। लॉन्च लूप आर्किटेक्चर की तरह, स्पेस केबल डिज़ाइन निरंतर रोटर के अतिरिक्त अलग-अलग बोल्ट का उपयोग करता है। नैपमैन ने गणितीय रूप से यह भी दिखाया है कि घुमावदार अस्थिरता को नियंत्रित किया जा सकता है।

स्काईहुक (संरचना) अन्य लॉन्च प्रणाली अवधारणा है। स्काईहुक या तो घूमने वाला या गैर-घूर्णन करने वाला हो सकता है। गैर-घूमने वाला स्काईहुक पृथ्वी की निचली कक्षा से पृथ्वी के वायुमंडल के ठीक ऊपर लटका रहता है (स्काईहुक केबल पृथ्वी से जुड़ा नहीं है)। घूमने वाला स्काईहुक निचले सिरे की गति को कम करने के लिए इस डिज़ाइन को बदलता है; संपूर्ण केबल अपने गुरुत्वाकर्षण केंद्र के चारों ओर घूमती है। इसका लाभ घूर्णनशील स्काईहुक के निचले सिरे तक उड़ान भरने वाले लॉन्च वाहन के लिए और भी अधिक वेग में कमी है, जो और भी बड़ा पेलोड और कम लॉन्च लागत बनाता है। इसकी दो हानि हैं: आने वाले लॉन्च वाहन के लिए घूमने वाले स्काईहुक के निचले सिरे पर जुड़ने के लिए बहुत कम समय (लगभग 3 से 5 सेकंड), और गंतव्य कक्षा के संबंध में विकल्प की कमी है।

यह भी देखें

• बेल्ट (मैकेनिकल)
• केबल परिवहन
• चुंबकीय उत्तोलन
• मास ड्राइवर
• मेगास्केल इंजीनियरिंग
• गैर-रॉकेट अंतरिक्ष प्रक्षेपण
• कक्षीय वलय
• अंतरिक्ष लिफ्ट
• अंतरिक्ष बंदूक
• अंतरिक्ष फव्वारा
• अंतरिक्ष पर्यटन
• स्टारट्राम
• टेदर प्रणोदन

बाहरी संबंध

• www.launchloop.com
• SpaceCable Another similar idea for launch assist/short range travel/recreational extremely high altitude trips
• Space Elevator Stage 1: Through the Stratosphere, John Knapman, Keith Lofstrom, presentation at Microsoft conference center, August 2011.