Nowy sposób na podbój kosmosu. Działa i katapulty mogą zastąpić rakiety

Spin Launch to coś w rodzaju kosmicznej katapulty, która jest napędzana elektrycznie. W komorze znajduje się wirówka, która kręcąc się z ogromną prędkością, wyrzuca ładunek

Postęp techniczny otworzył nowe możliwości przed czymś, co jeszcze niedawno wydawało się ślepą uliczką technologii. Kalifornijski start-up Longshot buduje działo z lufą o długości blisko 10 km, które będzie w stanie wysyłać na orbitę satelity i zaopatrzenie dla stacji kosmicznych. Nie będzie to klasyczny wystrzał dzięki ładunkowi prochowemu, bo chodzi o kinetyczny system startowy. Jeśli przedsięwzięcie się powiedzie, może radykalnie obniżyć koszt wyniesienia kilograma ładunku w kosmos. Także inne firmy – takie jak SpinLaunch – pracują nad podobną koncepcją.

W kilka sekund 29 machów

Longshot opracowuje wielostopniowe działo, które inżynierowie określają jako wielostopniowy akcelerator pocisków. Ma przyspieszać małe ładunki do prędkości 29 machów w ciągu kilku sekund. Po osiągnięciu prędkości startowej ładunek opuszcza lufę. System wspierają boczne wtryskiwacze, które popychają pojazd do prędkości hipersonicznych, „ściskając ładunek powietrzem”.

– Longshot jest pneumatycznym działkiem pociskowym. Nigdzie nie ma spalania. Podstawową rzeczą, która sprawia, że Longshot działa, jest to, że zamiast naciskać od tyłu, ładunek możemy również naciskać z boków. Nasz pocisk ma długi, zwężający się ogon, który zwisa z tyłu, a my ściskamy go z boków w taki sam sposób, w jaki wyciskamy pastę do zębów z tubki – tłumaczy dyrektor techniczny Longshot Nato Saichek w rozmowie z Interesting Engineering.

Wykorzystanie sprężonego powietrza do startów kosmicznych ma pewne zalety. Jest mniej destrukcyjne dla lufy w porównaniu z metodami wybuchowymi lub rakietowymi stosowanymi w przeszłości. Dodatkowo działo można szybko i łatwo przeładować za pomocą sprężarek.

Działo składa się z betonowego cylindra o długości 10 km, który ma średnicę około 3 m. – Ładujemy pocisk do zamka, uszczelniamy go i strzelamy. Pocisk przechodzi z jednego końca lufy na drugi w ciągu około 1 sekundy. Wychodzi, lecąc około 10 km na sekundę (29 machów). Pocisk odrywa się od atmosfery i leci z hukiem na niską orbitę okołoziemską. A potem robimy to jeszcze raz, i jeszcze raz – mówi Nato Saichek.

Takich projektów jak Longshot jest więcej. Green Launch proponuje krótszą lufę o długości „tylko” 16,5 m i prędkość pocisku z ładunkiem przekraczającą 3 machy, czyli 3675 km na godzinę, co ma umożliwia dotarcie z powierzchni Ziemi na orbitę w 10 minut. W tym przypadku rura jest wypełniona wodorem z domieszką helu i tlenu. W momencie zapłonu gazy szybko się rozprężają, a pocisk wylatuje w kosmos. Docelowa prędkość ładunku ma wynosić 20 machów. Firma Green Launch chciałaby początkowo wysyłać urządzenia do pobierania próbek atmosferycznych do badań nad klimatem, a docelowo satelity na orbitę.

Najbardziej zaskakującym rozwiązaniem może się jednak wydać urządzenie, nad którym pracuje firma SpinLaunch. To nie działo, a coś w rodzaju kosmicznej katapulty. Ten akcelerator orbitalny jest napędzany elektrycznie. Składa się z dużej komory próżniowej, linki hipersonicznej, mechanizmu zwalniającego i tunelu startowego. W komorze znajduje się wirówka, która kręcąc się z ogromną prędkością, wyrzuca ładunek. Możliwe jest nawet kilkadziesiąt takich „strzałów” dziennie. Prace nad takim rozwiązaniem umożliwił postęp w dziedzinie produkcji nanorurek i włókien węglowych. Inżynierowie zmagają się bowiem z problemem nagrzewania się pocisku i ogromnych przeciążeń.

Próbę złamania monopolu rakiet wystrzeliwanych z ziemi podjął wcześniej miliarder Richard Branson, właściciel Virgin Orbit. Niestety, była to próba nieudana. Polegała na pakowaniu niewielkich ładunków do rakiety i wystrzeliwaniu jej spod specjalnego samolotu. A jednak działo czy katapulta to już całkowicie coś innego i trzeba przyznać – szokującego.

Chodzi o wielki biznes. Wokół Ziemi krąży ponad 5 tys. obiektów, a w związku z m.in. rozwojem takich systemów łączności internetowej jak Starlink czy Kuiper ich liczba wzrośnie dziesięciokrotnie w kilkanaście lat. Nowe metody dostarczania ich na orbitę to niższe koszty – np. paliwa – i mniejsza emisja CO2, choć ta technologia raczej nigdy nie pozwoli na wysyłanie w kosmos ludzi.

Od kolumbiady do katapulty

Pierwszy na pomysł wystrzelenia ładunku w kosmos za pomocą armaty wpadł Julisz Verne. W powieści „Z Ziemi na Księżyc” z 1865 roku trzej bohaterowie Impey Barbicane, kapitan Nicholl i Michel Ardan trafiają na Księżyc. Podróżują w pocisku wystrzelonym z wielkiej kolumbiady (działo burzące) o 300-metrowej długości lufy z wykorzystaniem blisko 200 ton bawełny strzelniczej.

Na wykorzystanie tego pomysłu do cywilnej eksploatacji kosmosu trzeba było poczekać z grubsza 150 lat. W tym czasie wykorzystywano armaty o coraz bardziej imponujących osiągach, ale do celów militarnych. W tej dziedzinie długo prym wiedli Niemcy, konstruując tuż przed II wojną światową największe działo, jakie kiedykolwiek zbudowano. „Schwerer Gustav” (od imienia konstruktora Gustava Kruppa), zwany przez żołnierzy „Dorą”, ważył 1350 ton, a długość jego lufy o kalibrze 80 cm wynosiła 32 m. Skonstruowano także „broń odwetową” V3 z armatą kalibru, co prawda, tylko 150 mm, ale za to o ogromnym zasięgu 160 km, co miało umożliwić nawet ostrzał Londynu. Lufa działa miała 127 m długości. Innowacyjny był sposób wystrzeliwania trzymetrowych pocisków. Posuwając się w stronę wylotu lufy, były napędzane przez eksplozje niewielkich ładunków prochowych rozmieszczonych co kilka metrów. Marzenia Niemców prysły, kiedy alianci skutecznie zbombardowali podziemną bazę, z której planowano atakować południową Anglię.

Po wojnie ogromny postęp w dziedzinie wystrzeliwania ładunków na wielkie odległości dokonał się za sprawą kanadyjskiego konstruktora Geralda Bulla. Pracował on na Barbados nad wystrzeliwaniem niewielkich ładunków w kosmos, co miało być tanią alternatywą dla rakiet. Powstały działa o długości 30 m (po połączeniu dwóch armat pancerników) i wadze 181 ton. W 1966 roku pocisk Martlet osiągnął wysokość 180 km. Ale projekt HARP został porzucony ze wzglądu na wysokie koszty. Sam Bull został zamordowany w swoim mieszkaniu w Brukseli, gdy zaczął projektować superdziało dla Saddama Husajna. Długie na 156 m miało wystrzeliwać na orbitę ważące 200 kilogramów satelity, ale rządy Iranu i Izraela nie uwierzyły w ten pokojowy, kosmiczny cel budowy działa.

Bo też równolegle rozwija się wiele projektów militarnych, ale związanych z działami elektromagnetycznymi, m.in. railgun i coilgun, które również mogłyby wyrzucać satelity w kosmos. Chińczycy właśnie pochwalili się tzw. działem cewkowym o ogromnym zasięgu i celności. Te bardziej „standardowe” idą w odstawkę. Np. w ubiegłym roku Kongres zablokował projekt działa SLRC (z własnym dodatkowym napędem) o zasięgu 1609 km, które miało rozpędzać pociski do prędkości Mach 6 (2058 m/s). Zdecydowały astronomiczne koszty.