Bucle de lanzamiento

En reposo, el bucle se encuentra a nivel del suelo. El rotor se acelera hasta alcanzar una velocidad determinada. A medida que aumenta la velocidad del rotor, este describe una curva formando un arco. La estructura se mantiene erguida gracias a la fuerza del rotor, que intenta seguir una trayectoria parabólica. Los anclajes al suelo la obligan a mantenerse paralela a la Tierra al alcanzar una altura de 80 kilómetros. Una vez elevada, la estructura requiere energía continua para compensar la energía disipada. Se necesitaría energía adicional para impulsar cualquier vehículo que se lance. ^{[ 2 ]}

Para el lanzamiento, los vehículos se elevan mediante un cable de "ascensor" que cuelga del muelle de carga de la estación oeste a 80  km y se colocan en la vía. La carga útil aplica un campo magnético que genera corrientes parásitas en el rotor de alta velocidad. Esto eleva la carga útil separándola del cable y, a la vez, la impulsa con una aceleración de 3 g (30  m/s²). La carga útil se desplaza sobre el rotor hasta alcanzar la velocidad orbital requerida y abandona la vía. ^{[ 2 ]}

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. ^{[ 2 ]}

La técnica de corrientes parásitas es compacta, ligera y potente, pero ineficiente. Con cada lanzamiento, la temperatura del rotor aumenta 80 kelvin debido a la disipación de potencia. Si los lanzamientos se realizan con muy poca diferencia de tiempo, la temperatura del rotor puede alcanzar los 770  °C (1043 K), momento en el que el rotor de hierro pierde sus propiedades ferromagnéticas y se pierde la contención del rotor. ^{[ 2 ]}

Las órbitas cerradas con un perigeo de 80  km se desintegran y reentran 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 en GEO , esto requeriría un delta-v de aproximadamente 1,6  km/s; para circularizar en LEO  a 500 km, se necesitaría un delta-v de tan solo 120 m/s. Los cohetes  convencionales requieren delta-v de aproximadamente 14 y 10 km/s para alcanzar GEO y LEO, respectivamente. ^{[ 2 ]} 

En el diseño de Lofstrom, los bucles de lanzamiento se ubican cerca del ecuador ^{[ 2 ]} 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. ^{[ 2 ]}

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 bucle inicial con un costo aproximado de $10 mil millones y un período de recuperación de la inversión de un año podría lanzar 40 000 toneladas métricas por año y reducir los costos de lanzamiento a $300/kg. Por $30 mil millones, con una mayor capacidad de generación de energía, el bucle sería capaz de lanzar 6 millones de toneladas métricas por año, y considerando un período de recuperación de la inversión de cinco años, los costos para acceder al espacio con un bucle de lanzamiento podrían ser tan bajos como $3/kg. ^{[ 5 ]}

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 alcancen altas tasas de lanzamiento (muchos por hora, independientemente de las condiciones meteorológicas) y no sean contaminantes por naturaleza. Los cohetes generan contaminación, como nitratos en sus gases de escape debido a la alta temperatura de estos, y pueden producir gases de efecto invernadero según el propulsor utilizado. Los bucles de lanzamiento, como sistema de propulsión eléctrica, pueden ser limpios y funcionar con energía geotérmica, nuclear, eólica, solar o cualquier otra fuente de energía, incluso intermitente, 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 del bucle de lanzamiento pueden ser lanzados a la órbita terrestre baja, que se encuentra 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 las que recibiría el ascensor espacial. ^{[ 6 ]}

A diferencia de los ascensores espaciales, que están expuestos a los riesgos de desechos espaciales y meteoritos a lo largo de toda su extensión, los bucles de lanzamiento se ubican a una altitud donde las órbitas son inestables debido a la resistencia del aire. Dado que los desechos no persisten, solo tienen una oportunidad de impactar la estructura. Mientras que 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, los bucles de lanzamiento en sí mismos no constituyen una fuente significativa de desechos espaciales, ni siquiera en caso de accidente. Todos los desechos 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, ^{[ 2 ]} y serían una forma mucho más rápida de llegar al espacio que los ascensores espaciales.

Los bucles de lanzamiento funcionarían de forma silenciosa y no causarían contaminación acústica, a diferencia de los cohetes.

Por último, sus bajos costes de carga útil son compatibles con el turismo espacial comercial a gran escala e incluso con la colonización espacial .

Un bucle en movimiento tendría una cantidad extremadamente grande de energía en su momento lineal. Si bien el sistema de suspensión magnética sería altamente redundante, y las fallas de secciones pequeñas no tendrían prácticamente ningún efecto, si ocurriera una falla importante, la energía en el bucle (1,5 × 10¹⁵ ^julios o 1,5 petajulios) se aproximaría a la misma liberación de energía total que la explosión de una bomba nuclear (equivalente a 350 kilotones de TNT ), aunque sin emitir radiación nuclear.

Si bien se trata de una cantidad considerable de energía, es improbable que destruya gran parte de la estructura debido a su gran tamaño y a que la mayor parte de la energía se liberaría deliberadamente en puntos preseleccionados al detectarse la falla. Podría ser necesario tomar medidas para bajar el cable desde una  altitud de 80 km con el mínimo daño posible, como el uso de paracaídas.

Por lo tanto, por razones de seguridad y astrodinámicas , los bucles de lanzamiento están diseñados para instalarse sobre un océano cerca del ecuador, lejos de zonas habitadas.

El diseño publicado de un bucle de lanzamiento requiere el control electrónico de la levitación magnética para minimizar la disipación de potencia y estabilizar el cable, que de otro modo estaría insuficientemente amortiguado.

Los dos principales puntos de inestabilidad son los tramos de maniobra y el cable.

Las secciones de giro son potencialmente inestables, ya que el movimiento del rotor alejándose de los imanes produce una atracción magnética reducida, mientras que el movimiento acercándose produce una atracción aumentada. En ambos casos, se produce inestabilidad. ^{[ 2 ]} Este problema se resuelve habitualmente con los sistemas de servocontrol existentes que varían la fuerza de los imanes. Si bien la fiabilidad del servocontrol es un problema potencial, a la alta velocidad del rotor, muchas secciones consecutivas tendrían que fallar para que se perdiera la contención del rotor. ^{[ 2 ]}

Las secciones del cable también comparten este problema potencial, aunque las fuerzas son mucho menores. ^{[ 2 ]} Sin embargo, existe una inestabilidad adicional, ya que el cable/funda/rotor puede experimentar modos serpenteantes (similares a una cadena tipo Lariat ) cuya amplitud aumenta sin límite. Lofstrom cree que esta inestabilidad también puede controlarse en tiempo real mediante servomecanismos, aunque esto nunca se ha intentado.

En los trabajos de Alexander Bolonkin se sugiere que el proyecto de Lofstrom tiene muchos problemas sin resolver y que está muy lejos de una tecnología actual. ^{[ 7 ] [ 8 ] [ 9 ]} Por ejemplo, el proyecto de Lofstrom tiene juntas de expansión entre placas de hierro de 1,5 metros. Sus velocidades (debido a la gravedad y la fricción) pueden ser diferentes y Bolonkin afirma que podrían atascarse en el tubo; y la fuerza y ​​la fricción en las secciones de giro de 28 km de diámetro en tierra son gigantescas. En 2008, ^{[ 10 ]} Bolonkin propuso un cable simple de bucle cerrado giratorio para lanzar el aparato espacial de una manera adecuada para la tecnología actual. 

Otro proyecto, el cable espacial , es un diseño más pequeño de John Knapman destinado a la asistencia en el lanzamiento de cohetes convencionales y al turismo suborbital. El diseño del cable espacial utiliza pernos discretos en lugar de un rotor continuo, como en la arquitectura del bucle de lanzamiento. Knapman también ha demostrado matemáticamente que la inestabilidad de meandro puede controlarse. ^{[ 11 ] [ 12 ]}

El skyhook es otro concepto de sistema de lanzamiento. Un skyhook puede ser giratorio o no giratorio. El skyhook no giratorio cuelga de una órbita terrestre baja hasta justo por encima de la atmósfera terrestre (el cable del skyhook no está conectado a la Tierra). ^{[ 13 ]} El skyhook giratorio modifica este diseño para disminuir la velocidad del extremo inferior; todo el cable gira alrededor de su centro de gravedad. La ventaja de esto es una reducción aún mayor de la velocidad para el vehículo de lanzamiento que vuela hacia el extremo inferior del skyhook giratorio, lo que permite una carga útil aún mayor y un menor costo de lanzamiento. Las dos desventajas de esto son: el tiempo considerablemente reducido disponible para que el vehículo de lanzamiento se enganche en el extremo inferior del skyhook giratorio (aproximadamente de 3 a 5 segundos) y la falta de elección con respecto a la órbita de destino.