Усередині SpinLaunch — «катапульти» для запуску ракет у космос

Влітку 2019 року один з ангарів недалеко від Лос-Анджелеса зайняла таємна космічна компанія. По сусідству з нею Virgin Orbit розробляє ракети, які будуть запускати з повітря. SpinLaunch же займається величезним механічним прискорювачем.

Усередині SpinLaunch — «катапульти» для запуску ракет у космос

Керує компанією серійний підприємець Джонатан Яні (Jonathan Yaney). Його завдання — налагодити виробництво ракет-носіїв і, якщо все піде добре, відправити їх в космос.

За задумом, центрифуга розміром з футбольне поле (близько 100 м в діаметрі) буде обертати ракету по колу протягом години, розганяючи її до 8000 км/год. Як тільки ракета з корисним навантаженням до 90 кг досягне стартової швидкості, центрифуга відправить її в стратосферу. Для останнього ривка на кордоні з космосом ракета запустить двигун.

Ідея, що об’єкт вагою в сотні кілограмів можна розкрутити та відправити в космос здається божевільною, вважає Wired, і компанії потрібно довести її життєздатність. SpinLaunch вже вдалося розкрутити п’ятикілограмові манекени до швидкості 6437 км/год і запустити їх в сталеву стіну.

Усередині SpinLaunch — «катапульти» для запуску ракет у космос

Але між цим випробуванням і краєм космосу як мінімум 160 км і опір повітря, які потрібно враховувати. Не кажучи вже про будівництво 100-метрової центрифуги з досить сильною і міцною «рукою», здатною утримати ракету розміром з позашляховик.

Яні сподівається, що взимку 2020 року SpinLaunch проведе перші суборбітальні запуски на випробувальному полігоні в Нью-Мексико.

Якщо механізм запрацює, SpinLaunch зможе знизити вартість відправлення в космос невеликих супутників майже у 20 разів. Але важливіше кількість запусків в день: Яні прогнозує, що катапульта зможе проводити до п’яти запусків на добу. Більшість аерокосмічних компаній не здійснюють стільки спусків і за місяць.

Через те, що протягом десятиліття на низьку навколоземну орбіту планується вивести тисячі малих супутників, Яні впевнений: настав час SpinLaunch.

$4 млн і божевільна ідея

Як і більшість підприємців, які зайняті космосом, Яні все життя був одержимий небом, але перетворити пристрасть у кар’єру йому вдалося тільки у 2014 році — після фінансового провалу свого медіастартапа.

Підприємець задумався, чим би хотів займатися далі, і згадав про проект HARP часів Холодної війни: Армія США планувала використовувати гігантське знаряддя для відправлення балістичних снарядів і супутників в космос.

Проект довів, що об’єкт можна запустити в космос без використання ракети, і Яні вирішив, що йому під силу розробити власну кінетичну систему. Він створив прототип, моторизовану підвіску, яка розганяла снаряд розміром з кулю до гіперзвукової швидкості, знайшов кількох інвесторів та отримав перші інвестиції.

В кінці 2014 року Яні запропонував проект другу Райану Хемптону, який займався будівництвом і підводним зварюванням на нафтових бурових установках в Мексиканській затоці. «У мене є $ 4 млн і божевільна ідея, приєднаєшся?» — згадує Хемптон розмову.

Він став першим співробітником компанії. Аерокосмічних інженерів партнери шукали серед студентів, що випробовували ракети в пустелі Мохаве.

Команда швидко зіткнулася з першими інженерними проблемами. Центрифугу потрібно було встановити у великій вакуумній камері, щоб захистити систему від турбулентності та стабілізувати при обертанні.

Але єдиний підрядник, которий згодився взятися за проект запросив $ 20 млн, тому SpinLaunch довелося зайнятися будівництвом самостійно. Яні замовив на eBay кілька вакуумних помп за $ 500 тисяч і команда приступила до роботи над шостою за величиною вакуумною камерою у світі. На неї пішло вісім місяців.

У 2016 році завершили першу центрифугу діаметром 12 метрів. Вона була замалою для запуску ракет, але з того часу конструкція принципово не змінилася: довга «рука» трос тягнеться від змащеного підшипника, який розкручується двигуном.

Вантаж прикріплюється до троса, щоб витримати навантаження, трос виготовлений з кевлара і вуглецевого волокна.

Після майже 2 років роботи по 12 годин 6 днів на тиждень команда запустила центрифугу — і побила світовий рекорд по частоті обертання. А потім почала тестувати її, щоб заспокоїти скептично налаштованих інвесторів і потенційних клієнтів, які не вірили, що вантаж витримає екстремальні перевантаження.

Команда запускала на високій швидкості сонячні батареї, радіосистеми, лінзи телескопів, акумулятори, GPS-модулі, комп’ютери. Пошкоджень практично не було. Якось раз Яні прикріпив до троса iPhone і після випробування з перевантаженням в 10 тисяч g подзвонив з нього колезі, пристрій працював.

Як влаштована ракета і центрифуга

Яні показав журналістам Wired ракету в ангарі SpinLaunch, з гордістю заявив: «Це найгірша ракета з коли-небудь зібраних». Довжиною близько 7,6 метра, чорна зі сріблястим наконечником і громіздка в порівнянні зі звичайною ракетою стрілоподібної форми.

Усередині SpinLaunch — «катапульти» для запуску ракет у космос

Інженери скупчуються навколо першої орбітальної ракети SpinLaunch, центрифуга видно на задньому плані.

Лише невелика частина маси ракети вміщує корисне навантаження, інший простір займає паливо. В аерокосмічних колах це називають «тиранією ракетного рівняння». Тому ракети, які виводять на орбіту супутник вагою з автомобіль, розміром з висотку.

Але якщо можна запустити ракету в космос без такого обсягу палива, її можна зробити менше, зайнявши основну масу корисним навантаженням. Більш того, ракетний двигун не обов’язково повинен бути ефективним, через те, що більшу частину важкої роботи виконує центрифуга.

У центрифузі, як тільки ракета розкрутилася до потрібної швидкості, на частку секунди відкривається затвор, через який вона направляється в космос. Згідно з патентами компанії, в той же момент звільняється противага, щоб компенсувати порушення рівноваги й вібрацію троса.

Усередині SpinLaunch — «катапульти» для запуску ракет у космос

Прототип центрифуги

Ракета запускає двигуни на висоті близько 60 км: там практично немає атмосфери, тому для розгону до орбітальної швидкості у 27 тисяч км/год досить хвилини роботи двигуна. Ще один запуск триває близько 10 секунд, він допомагає ракеті вийти на орбіту. Принаймні по завіренням Яні.

Під час візиту кореспондента Wired ракета лежала розібраною. Відео чинного пристрою глава стартапу не показав. Замість цього він наполягав, що математики SpinLaunch все розрахували правильно.

Airbus Ventures, Google Ventures, Kleiner Perkins і інші інвестори вклали в проект близько $ 75 млн, у 2019 році Міністерство оборони США уклало зі стартапом контракт на розробку центрифуги.

Перш ніж дати гроші, один з інвесторів попросив аерокосмічного інженера Хуана Алонсо зі Стенфорда перевірити розрахунки. Той поставився до проекту скептично, але після перевірки дав інвестору зелене світло.

Критика проекту

Багато інженерів відносяться до задуму SpinLaunch з недовірою через навантаження на ракету. Зазвичай ракети мають справу з перевантаженнями лише в 5-7 g, у випадку зі SpinLaunch – до 10 тисяч g. Аерокосмічний інженер Девід Ерлін з Університету Південної Каліфорнії вважає, що ні ракета, ні електрика не витримають таке навантаження.

Один з колишніх співробітників стартапу, який погодився поговорити з Wired на умовах анонімності, заявив, що між теорією і реальністю «знаходиться прірва». За його словами, прототип SpinLaunch – відносно нескладна машина, яку може зібрати звичайна команда інженерів.

Масштабувати її для повноцінних запусків з ресурсами стартапу буде «дуже складно», в тому числі через недосвідченість керівництва, якому «не вистачало проникливості, щоб передбачити безліч проблем».

Але Яні вважає недосвідченість команди перевагою, бо вона «переповнена енергією», щоб дізнатися, що вийде. Також він наводить як приклад військові ракети, які здатні впоратися з тисячократним навантаженням, і заявляє, що ракета стартапу буде куди міцніше звичайних ракет-носіїв. Компанія вже подала патенти на більш міцні сонячні батареї й вузли.

Надії на перший запуск

Стартап планує перший суборбітальний запуск вже у 2020 році, але потрібно також розв’язати проблеми зі стартовим майданчиком, щоб проживаючим поблизу центрифуги нічого не загрожувало. Знайти відповідне місце виявилося непросто.

У квітні 2018 року влада Гаваїв погодилися видати дозвіл на будівництво, але відмовилися, побоявшись за місцеву фауну.

Попри труднощі, випробування тривають — поки на космодромі в Нью-Мексико, де будується центрифуга в три рази більше, ніж в Лос-Анджелесі. З її допомогою SpinLaunch сподівається запустити 50-кілограмовий снаряд.

Усередині SpinLaunch — «катапульти» для запуску ракет у космос

Співробітники SpinLaunch оглядають інтер’єр 12-метрової центрифуги

Яні заявляє, що впевнений в працездатності проекту і незабаром стартап почне приймати перших клієнтів. Запуск ракети з допомогою SpinLaunch буде коштувати менше $ 500 тисяч, а працювати компанія буде тільки з тими, хто планує запустити десятки або сотні супутників.

Запуск в космос навіть одного супутника стане досягненням для приватного космічного стартапу. Яні приймає виклик: дослідження космосу вимагає сміливості, щоб відправитися в невідомість. А у випадку з SpinLaunch невідомість велика, підсумовує Wired.

БІЛЬШЕ ЦІКАВОГО:

Джерело: Wired