Skyhook (estructura)

El gancho espacial es un sistema de transferencia de momento lineal propuesto para reducir el costo de colocar cargas útiles en órbita terrestre baja . Una estación orbital pesada se conecta a un cable que se extiende hacia la atmósfera superior. Las cargas útiles, mucho más ligeras que la estación, se enganchan al extremo del cable a medida que este pasa y, posteriormente, son lanzadas a órbita mediante la rotación del cable alrededor de su centro de masa. La estación puede entonces ser impulsada nuevamente a su altitud original mediante propulsión electromagnética , propulsión de cohete o desorbitando otro objeto con la misma energía cinética transferida a la carga útil.

Un gancho espacial se diferencia de un ascensor espacial en órbita geoestacionaria en que el gancho espacial sería mucho más corto y no entraría en contacto con la superficie de la Tierra. Para alcanzar su extremo inferior, un gancho espacial requeriría un vehículo de lanzamiento suborbital, mientras que un ascensor espacial no.

Se han propuesto diferentes conceptos y versiones de ganchos celestes orbitales no rotatorios síncronos, comenzando con Isaacs en 1966, ^{[ 1 ] [ 2 ]} Artsutanov en 1967, ^{[ 3 ] [ 4 ]} Pearson ^{[ 5 ]} y Colombo en 1975, ^{[ 6 ]} Kalaghan en 1978, ^{[ 7 ]} y Braginski en 1985. ^{[ 8 ]} Las versiones con mayor potencial implican un cable mucho más corto en órbita terrestre baja , que rota en su plano orbital y cuyos extremos rozan la atmósfera superior de la Tierra, con el movimiento de rotación cancelando el movimiento orbital a nivel del suelo. Estas versiones de ganchos celestes "rotatorios" fueron propuestas por Moravec en 1976, ^{[ 9 ] [ 10 ]} y Sarmont en 1994. ^{[ 11 ] [ 12 ]}

Esto dio como resultado un sistema de amarre basado en el transbordador: la misión TSS-1R, lanzada el 22 de febrero de 1996 en la misión STS-75 , que se centró en caracterizar el comportamiento básico del amarre espacial y la física del plasma espacial . ^{[ 13 ]} El satélite italiano se desplegó a una distancia de 19,7 km (12,2 millas) del transbordador espacial. ^{[ 13 ]}  

Sarmont teorizó en 1994 que el gancho espacial podría ser competitivo en costos con lo que se considera realista que se puede lograr utilizando un ascensor espacial. ^{[ 11 ]}

En 2000 y 2001, Boeing Phantom Works , con una subvención del Instituto de Conceptos Avanzados de la NASA , realizó un estudio detallado de la viabilidad técnica y comercial de varios diseños de ganchos aéreos. Estudiaron en detalle una variante específica de este concepto, denominada "Sistema de Lanzamiento Orbital con Cable Espacial Hipersónico para Aviones" o HASTOL. Este diseño requería que un avión hipersónico con estatorreactor o estatorreactor supersónico interceptara un gancho giratorio mientras volaba a Mach 10. ^{[ 14 ]}

En 2007, un satélite construido por estudiantes llamado Young Engineers' Satellite 2 (YES2) , parte de la misión de microgravedad Foton-M3 de la ESA , desplegó un cable de 31,7 km. Este fue el cable más largo jamás desplegado en el espacio y estableció oficialmente el récord mundial Guinness. ^{[ 15 ]}

Aunque todavía no se ha construido ningún gancho espacial, se han realizado experimentos de vuelo que exploran diversos aspectos del concepto de cable espacial en general. ^{[ 16 ]}

Al hacer girar el cable alrededor del centro de masa en órbita en dirección opuesta al movimiento orbital, se puede reducir la velocidad del gancho con respecto al suelo. Esto disminuye la resistencia necesaria del cable y facilita el acoplamiento.

La rotación del cable puede ajustarse para que coincida exactamente con la velocidad orbital (alrededor de 7–8  km/s). En esta configuración, el gancho trazaría una trayectoria similar a una cardioide . Desde el punto de vista de la Tierra, el gancho parecería descender casi verticalmente, detenerse y luego volver a ascender. Esta configuración minimiza la resistencia aerodinámica y, por lo tanto, permite que el gancho descienda profundamente en la atmósfera. ^{[ 1 ] [ 16 ]} Sin embargo, según el estudio HASTOL, un gancho espacial de este tipo en órbita terrestre requeriría un contrapeso muy grande, del orden de 1000–2000 veces la masa de la carga útil, y el cable tendría que ser recogido mecánicamente después de recoger cada carga útil para mantener la sincronización entre la rotación del cable y su órbita. ^{[ 14 ]}

La Fase I del estudio HASTOL ( Hypersonic Airplane Space Tether Orbital Launch ) de Boeing , publicado en 2000, propuso un cable de 600 km de longitud, en órbita ecuatorial a una altitud de 610–700 km, girando con una velocidad en la punta de 3,5 km/s. Esto daría a la punta una velocidad respecto al suelo de 3,6 km/s (Mach 10), que sería igualada por un avión hipersónico que transportara el módulo de carga útil, con transferencia a una altitud de 100 km. El cable estaría hecho de materiales existentes disponibles comercialmente: principalmente Spectra 2000 (un tipo de polietileno de ultra alto peso molecular ), excepto los 20 km exteriores que estarían hechos de Zylon PBO resistente al calor. Con una masa nominal de carga útil de 14 toneladas, el cable de Spectra/Zylon pesaría 1300 toneladas, o 90 veces la masa de la carga útil. Los autores declararon:      

El mensaje principal que queremos transmitir al lector es: "No necesitamos materiales mágicos como los 'nanotubos de carbono Buckminster-Fuller' para construir el sistema de anclaje espacial para un sistema HASTOL. Los materiales existentes servirán". ^{[ 14 ]}

La segunda fase del estudio HASTOL, publicada en 2001, propuso aumentar la velocidad de intercepción a Mach 15-17 y la altitud de intercepción a 150  km, lo que reduciría la masa del cable necesario en un factor de tres. La mayor velocidad se lograría utilizando una etapa de cohete reutilizable en lugar de una aeronave que solo utilizara aire como combustible. El estudio concluyó que, si bien no existen "obstáculos técnicos fundamentales insalvables", se necesitaría una mejora sustancial en la tecnología. En particular, existía la preocupación de que un cable Spectra 2000 sin recubrimiento se erosionara rápidamente por el oxígeno atómico; a este componente se le asignó un nivel de madurez tecnológica de 2. ^{[ 17 ]}

El anillo de captura-eyección es una variante que consiste en una estructura en forma de anillo. Al igual que un gancho espacial giratorio, rotaría en dirección opuesta a su movimiento orbital, permitiendo que una nave espacial a velocidad suborbital se acople a su parte inferior y posteriormente sea lanzada a órbita desde su parte superior. Sería más fácil para una nave espacial acoplarse a la parte inferior de un anillo de captura-eyección que al extremo de un gancho espacial (que solo apuntaría hacia abajo durante un breve período de tiempo). ^{[ 18 ]}

• conductor de masa
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• Cañón de riel
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• misiones espaciales con cable
• Cable de intercambio de impulso

• Cable de 1000 km a las estrellas - The Skyhook en YouTube por Kurzgesagt