Un gancho celestial es una propuesta de anclaje de intercambio de momento que tiene como objetivo reducir el costo de colocar cargas útiles en la órbita baja de la Tierra . Una estación en órbita pesada está conectada a un cable que se extiende hacia la atmósfera superior. Las cargas útiles, que son mucho más ligeras que la estación, se enganchan al extremo del cable a medida que pasa y luego se lanzan a la órbita mediante la rotación del cable alrededor del centro de masas. Luego, la estación puede volver a impulsarse a su altitud original mediante propulsión electromagnética , propulsión por cohete o desorbitando otro objeto con la misma energía cinética que la transferida a la carga útil.
Un gancho celestial se diferencia de un ascensor espacial en órbita geoestacionaria en que el primero sería mucho más corto y no entraría en contacto con la superficie de la Tierra. Para alcanzar su extremo inferior, un gancho celestial requeriría un vehículo de lanzamiento suborbital, mientras que un ascensor espacial no.
Se han propuesto diferentes conceptos y versiones de ganchos celestes sincrónicos en órbita no rotatoria, comenzando por 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 el mejor potencial implican una atadura mucho más corta en órbita terrestre baja , que gira 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 anclaje basado en el transbordador: la misión TSS-1R, lanzada el 22 de febrero de 1996 en el STS-75 , que se centró en caracterizar el comportamiento básico del anclaje espacial y la física del plasma espacial . [13] El satélite italiano se desplegó a una distancia de 19,7 km (12,2 mi) del transbordador espacial. [13]
En 1994, un ingeniero especuló que el Skyhook podría tener un costo competitivo con respecto a lo que se cree realistamente 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 ingeniería y la viabilidad comercial de varios diseños de ganchos voladores. Estudiaron en detalle una variante específica de este concepto, llamada "Sistema de lanzamiento orbital de amarre espacial para aviones hipersónicos" o HASTOL. Este diseño requería un estatorreactor hipersónico o estatorreactor de combustión supersónica para interceptar un gancho giratorio mientras volaba a Mach 10. [14]
Si bien aún no se ha construido ningún gancho espacial, se han realizado varios experimentos de vuelo que exploran diversos aspectos del concepto de anclaje espacial en general. [15]
Al girar la correa alrededor del centro de masas en órbita en una dirección opuesta al movimiento orbital, se puede reducir la velocidad del gancho con respecto al suelo. Esto reduce la fuerza necesaria de la correa y facilita el acoplamiento.
La rotación del gancho puede ajustarse exactamente a la velocidad orbital (alrededor de 7-8 km/s). En esta configuración, el gancho trazaría una trayectoria similar a la de un cardioide . Desde el punto de vista del suelo, el gancho parecería descender casi verticalmente, detenerse y luego ascender de nuevo. Esta configuración minimiza la resistencia aerodinámica y, por lo tanto, permite que el gancho descienda profundamente en la atmósfera. [1] [15] Sin embargo, según el estudio HASTOL, un gancho celestial de este tipo en órbita terrestre requeriría un contrapeso muy grande, del orden de 1000 a 2000 veces la masa de la carga útil, y el gancho necesitaría ser enrollado mecánicamente después de recoger cada carga útil para mantener la sincronización entre la rotación del gancho y su órbita. [14]
La primera fase del estudio HASTOL ( Hipersonic Airplane Space Tether Orbital Launch ) de Boeing , publicado en 2000, proponía una correa de 600 km de longitud, en una órbita ecuatorial a una altitud de 610-700 km, que girase a una velocidad de punta de 3,5 km/s. Esto daría a la punta una velocidad terrestre 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. La correa estaría hecha de materiales existentes disponibles comercialmente: principalmente Spectra 2000 (un tipo de polietileno de peso molecular ultraalto ), excepto los 20 km exteriores que estarían hechos de Zylon PBO resistente al calor. Con una masa de carga útil nominal de 14 toneladas, la correa Spectra/Zylon pesaría 1300 toneladas, o 90 veces la masa de la carga útil. Los autores afirmaron:
El mensaje principal que queremos transmitir al lector es el siguiente: "No necesitamos materiales mágicos como los 'nanotubos de carbono de Buckminster-Fuller' para construir la instalación de anclaje espacial para un sistema HASTOL. Los materiales existentes servirán". [14]
La segunda fase del estudio HASTOL, publicado en 2001, propuso aumentar la velocidad aerodinámica de intercepción a Mach 15-17 y aumentar la altitud de intercepción a 150 km, lo que reduciría la masa necesaria del anclaje en un factor de tres. La mayor velocidad se lograría utilizando una etapa de cohete reutilizable en lugar de una aeronave que respirara únicamente aire. El estudio concluyó que, si bien no existen "impedimentos técnicos fundamentales", se necesitaría una mejora sustancial en la tecnología. En particular, existía la preocupación de que un anclaje Spectra 2000 desnudo se erosionaría rápidamente por el oxígeno atómico; a este componente se le asignó un nivel de preparación tecnológica de 2. [16]
El borde de captura-eyección es una variante que consiste en una estructura en forma de aro o anillo. Como un gancho celestial giratorio, rotaría en una dirección opuesta a su movimiento orbital, lo que permitiría que una nave espacial a velocidad suborbital se adhiera a su parte inferior y luego fuera lanzada a órbita desde su parte superior. Sería más fácil para una nave espacial adherirse a la parte inferior de un borde de captura-eyección que adherirse al extremo de un gancho celestial (que solo apuntaría hacia abajo durante un breve período de tiempo). [17]