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Em detalhes sobre o SpinLaunch - o segredo mais zelosamente mantido da indústria espacial

A empresa está construindo uma enorme centrífuga para lançar foguetes ao espaço




A centrífuga a vácuo SpinLaunch acelerará o foguete para 8000 km / h. Esta imagem gerada por computador mostra o interior de uma centrífuga.

No verão passado, a misteriosa empresa espacial se estabeleceu em um enorme armazém na área industrial solar em torno do Aeroporto de Long Beach. Coelhos solares de turboélices pulando nos painéis de vidro do edifício. Do outro lado da rua, uma placa McDonnell Douglas com estilo retrô ergue-se acima de uma antiga fábrica gigante aeroespacial e, ao virar da esquina, a Virgin Orbit está desenvolvendo foguetes para lançar no ar.

Um local adequado para a sede da SpinLaunch , uma empresa que está dando vida nova à idéia de longa data de usar estilingues mecânicos gigantes para lançar foguetes em órbita. O autor deste plano ousado é um empreendedor em série.Jonathan Yenie . Por anos, ele gerenciou o SpinLaunch, trabalhando em uma antiga fábrica de microprocessadores do Vale do Silício, perto do Google. Hoje, a empresa está pronta para abrir uma fábrica de foguetes real, que produzirá lançadores e, se tudo der certo, dará os primeiros passos no espaço.

Durante minha visita de outono à fábrica, os funcionários do SpinLaunch ainda estavam desfazendo as malas após a mudança. Andamos entre o gigante espalhado por chapas de aço e Yeni me contou como o lançador funcionaria. A centrífuga é tão grande que cabe em um campo de futebol, gira o foguete por cerca de uma hora, aumentando gradualmente sua velocidade para 8000 km / h. Uma unidade com carga - um satélite com até 100 kg de peso - sofrerá sobrecargas que atingem dezenas de milhares de vezes mais altas que a gravidade. Ao atingir a velocidade inicial, a centrífuga soltará o foguete e o enviará para a estratosfera. No limiar do espaço, ela ligará o motor pela última vez em órbita.



É difícil aceitar a idéia de que um objeto pesando milhares de libras [ aparentemente, isso se refere ao próprio foguete / aprox. perev.] pode alcançar o espaço depois que ele for desenrolado na superfície da Terra. Parece loucura, e a empresa terá que provar muito para desencorajar os críticos. Até agora, ela conseguiu desenrolar uma carga de 5 libras a uma velocidade de 1800 km / h e jogá-la em uma parede de aço. No entanto, esses testes e espaço são separados por cerca de 50 km e uma enorme resistência ao ar. Sem mencionar os problemas de construir uma centrífuga de 100 m de comprimento com uma alavanca forte o suficiente para suportar um foguete do tamanho de um SUV.

Yeni espera obter todas as evidências este ano. A empresa planeja realizar seus primeiros lançamentos suborbitais no inverno, em um novo local de teste no Novo México. Se o sistema funcionar, o SpinLaunch promete reduzir o custo de lançamento de pequenos satélites no espaço em quase 20 vezes. Ainda mais importante pode ser uma alteração na frequência de partidas. Yeni sugere que o acelerador será capaz de fazer cinco partidas por dia; a maioria das empresas que fabricam mísseis não poderá fazer tantos lançamentos em um mês. Em uma era de grandes concentrações de satélites, quando milhares de satélites estão planejados para serem lançados em uma órbita baixa na próxima década, Yeni acredita que chegou a hora do SpinLaunch.

Quatro milhões de dólares e uma ideia maluca


Como muitos empreendedores espaciais, Yeni ficou obcecado com o espaço por toda a sua vida. No entanto, somente em 2014 ele tentou transformar sua paixão em uma carreira. Ele diz que estava tentando lançar uma startup relacionada à mídia na época. Não encontrando financiamento, ele decidiu seguir em frente. Pensando no que fazer agora, ele voltou várias vezes ao projeto militar da Guerra Fria chamado HARPem que os Estados Unidos usaram canhões gigantes para atirar objetos no espaço. O HARP provou que você pode sair para o espaço sem um foguete, e Yeni decidiu criar independentemente um sistema de lançamento cinético. Ele montou uma plataforma que comprova o conceito, uma funda mecânica capaz de acelerar objetos do tamanho de balas a velocidades supersônicas. Ele mostrou a vários anjos profissionais e levantou algum dinheiro.

Mas ele precisava de ajuda. Em 2014, ele ligou para seu vizinho, Ryan Hampton, capataz de construção e indústria. Hampton liderou a soldagem subaquática em plataformas de petróleo no Golfo do México quando Yeni o procurou com seu projeto. Hampton lembra: "Ele disse: tenho quatro milhões de dólares e uma ideia maluca, você quer se juntar?"

Hampton não resistiu. Em janeiro de 2015, ele voou para ver a instalação feita por Yeni. Ela não era particularmente impressionante. Yeni mostrou sua centrífuga de mesa e planilhas de cálculo. No entanto, Hampton ficou interessado nisso: ele percebeu que o SpinLaunch seria um "projeto legal" e se inscreveu para o cargo de primeiro funcionário.

Yeni tinha idéias e Hampton tinha experiência na construção de diferentes fábricas, mas eles ainda precisavam de engenheiros aeroespaciais. Alguns meses depois, em um dia quente de primavera, o casal subiu a Cessna Yeni e foi para a beira do deserto de Mojave, onde dezenas de estudantes se reuniram para testar seus mísseis. A dupla esperava contratar funcionários lá.

Um de seus objetivos era David Rennes, da Universidade de San Diego. Ele passou várias semanas entrevistando o SpinLaunch por telefone e, para entrevistas com presença pessoal, as circunstâncias eram desfavoráveis. “Naquela época, eu não dormi 36 horas, então fiquei um pouco louco quando conheci Jonathan”, lembra Rennes. No entanto, a reunião correu bem. Ele tirou férias na faculdade e foi para São Francisco para trabalhar na SpinLaunch, onde trabalha como engenheiro mecânico chefe.

Hampton diz que os primeiros dias de diabetes o lembram da vida em uma plataforma de petróleo. Os funcionários moravam e trabalhavam em uma antiga fábrica de microprocessadores localizada perto do Googleplex. Na chegada de Rennes, as condições de vida eram escassas. "Então nossa cozinha era uma mesa de plástico com microondas", diz ele. "Precisávamos de pessoas com grandes idéias ou aquelas que não tinham nada a perder." Em seu tempo livre, a equipe SpinLaunch trabalhava em uma cadeira de balanço improvisada, assistia a filmes no "home theater" ou relaxava enquanto sentava ao redor de uma fogueira, servida pela primeira centrífuga de bancada de Yeni.

A equipe rapidamente enfrentou desafios de design. A centrífuga que eles criaram tinha que estar em uma enorme câmara de vácuo para livrar-se da turbulência do ar e melhorar a estabilização. E quando eles fizeram um pedido para construir essa câmera, apenas um contratado respondeu - com um preço de US $ 20 milhões.

Em seguida, a equipe SpinLaunch decidiu construir a câmera por conta própria. Hampton, especialista em soldagem subaquática, tornou-se especialista na criação de costuras herméticas, o que correspondeu bem à nova tarefa. Yeni encomendou bombas de vácuo no eBay e comprou US $ 500.000 em aço, após o que a equipe começou a construir a sexta maior câmara de vácuo do mundo. Levaram oito meses para fazer isso. “Acho que todos começamos a entender quanto mais resta a ser aprendido no mundo da ciência e da engenharia, simplesmente porque as pessoas nunca tentaram isso antes”, diz Yeni.

Em 2016, eles concluíram a construção da primeira centrífuga. Tinha 12 metros de diâmetro e era pequeno demais para lançar um foguete ao espaço - mas, em essência, seu design era o mesmo. Uma alavanca longa, ou trela, se estende de um rolamento bem lubrificado que gira o motor. A carga útil é anexada ao final da trela. Para suportar cargas extremas, o chicote deve ser feito de materiais extremamente duráveis, como Kevlar e fibra de carbono.

Após quase dois anos trabalhando 12 horas por dia e seis dias por semana, a equipe SpinLaunch estava pronta para lançar a primeira verdadeira centrífuga. “Todos nós nos amontoamos em uma sala cheia de monitores e câmeras, localizada a 15 metros de distância”, diz Yeni. Eles verificaram se o sistema estava em boas condições e começaram a iniciar. "Eles clicaram no acelerador e quebraram o recorde mundial de velocidade dos sistemas rotacionais".

Nos anos seguintes, a equipe realizou centenas de testes de alta velocidade. A maioria era necessária para estudar e melhorar o sistema, e algumas foram feitas para tranquilizar investidores céticos e clientes em potencial que não acreditavam que a carga útil suportaria impactos extremos. A equipe acelerou para painéis solares de alta velocidade, rádios, lentes de telescópio, baterias, módulos GPS e computadores de controle; todo o equipamento passou no teste com pouco ou nenhum dano. Em um teste, Yeni conectou um iPhone a uma trela e o girou a velocidades tão altas que ele experimentou uma força 10.000 vezes maior que a gravidade. Depois disso, ele chamou um colega no FaceTime. E cada teste foi um pequeno passo em direção ao espaço.


O primeiro protótipo de 12 metros da centrífuga SpinLaunch foi construído na antiga sede em Sunnyvale.

O pior foguete de todos os tempos


No centro do armazém SpinLaunch, parecido com uma caverna, Yeni foi até o objeto e tirou uma lona dele. Este, disse ele com orgulho, é "o pior foguete de todos".

O foguete em forma de gota tem 8 metros de comprimento, todo preto com uma ponta de prata brilhante, parece um pouco pesado comparado às formas finas em forma de flecha dos foguetes convencionais. Geralmente, apenas uma pequena parte da massa de um foguete pode ser sua carga útil - a maior parte consome combustível. Portanto, empresas como a SpaceX exigem foguetes do tamanho de um edifício para colocar um objeto do tamanho de um carro de passageiros em órbita. Nos círculos aeroespaciais, isso é chamado de "tirania da equação do jato ".

Mas Yeni percebeu que se você lançar um foguete na fronteira do espaço que não precisa transportar todo o combustível necessário para decolar a tal altura, poderá fazê-lo agachado e dar a maior parte de sua massa à carga útil. O que é ainda melhor, o motor dela não precisa ser muito bom. Os foguetes orbitais convencionais são projetados para reduzir toda a eficiência dos motores a uma queda para maximizar a carga útil enquanto superam a gravidade, a centrífuga fará todo o trabalho mais difícil para lançar o foguete SpinLaunch.

No projeto SpinLaunch, o foguete não será torcido para acelerar a velocidade e, por um segundo, a saída será aberta e o foguete voará. De acordo com as patentes da empresa, no mesmo momento, um contrapeso girando em frente ao foguete será destacado para que a centrífuga não se solte e quebre. O foguete continuará a voar por cerca de um minuto e, a uma altitude de cerca de 61 km, dará partida no motor. A essa altitude, a atmosfera praticamente não resistirá ao foguete; portanto, para levá-lo à primeira velocidade espacial de 28.476 km / h, não será preciso mais que um minuto de operação do motor. Outra partida de 10 segundos do motor lançará um foguete em órbita ao redor da Terra.


Engenheiros em torno do primeiro foguete orbital SpinLaunch; uma centrífuga é visível em segundo plano.

Pelo menos, de acordo com as declarações de Yeni. Durante minha visita, o protótipo da centrífuga ainda não estava montado e Yeni não podia me mostrar vídeos onde quer que estivesse no trabalho. Ele insistiu que os cálculos dos engenheiros do SpinLaunch estão corretos. Os principais investidores - Airbus Ventures, Kleiner Perkins e GV (parte da Alphabet) - também deram suas bênçãos ao investir US $ 80 milhões na empresa. No ano passado, o Departamento de Defesa dos EUA emitiu um contrato para a SpinLaunch para ajudar a construir sua centrífuga. E, no entanto, devido à falta de evidências da operacionalidade do projeto, a maior parte precisa ser pensada.

Juan Alonso, um engenheiro aeroespacial de Stanford que faz verificações de segurança para um dos investidores da SpinLaunch, entende minha cautela. “Essa é uma tecnologia exótica e, pela primeira vez, ouvindo falar dela, você acha que, em princípio, não pode funcionar”, diz ele. Mas, depois de verificar todos os cálculos, Alonso deu luz verde ao investimento.

Embora o SpinLaunch tenha dificuldade em compartilhar cálculos precisos, duas patentes emitidas pela empresa em 2018 e 2019 lançam alguma luz sobre essa incrível física. Porém, quando eu mostrei patentes para vários engenheiros aeroespaciais das principais universidades de pesquisa, a maioria deles era cética em relação ao que via.

As críticas mais sérias dos engenheiros diziam respeito às sobrecargas que o foguete terá de suportar em uma centrífuga. Durante a rotação, o foguete experimentará cargas 10.000 vezes maiores que a gravidade. Um foguete comum, ao entrar no espaço, precisa lidar com impactos que são 5-7 vezes maiores que a gravidade. "Nenhum foguete pode sobreviver a isso, como a eletrônica de um foguete", diz Dan Erwin, engenheiro aeroespacial da Universidade do Sul da Califórnia.

Um ex-funcionário, sob condição de anonimato causado pela assinatura de um acordo de confidencialidade, reconheceu a diferença entre teoria e realidade. Ele descreveu o protótipo da centrífuga SpinLaunch como uma máquina bastante simples que "qualquer equipe de engenheiros de médio porte poderia montar". O funcionário disse que escalá-lo para um lançador orbital funcional seria "muito difícil", dados os recursos do SpinLaunch. Ele também observou a falta de experiência entre alguns líderes. "Faltava claramente a capacidade de prever o surgimento de uma infinidade de problemas que certamente apareceriam", disse ele.

Yeni já ouvira essas críticas antes. Ele acredita que a falta de experiência no setor está no seu melhor. "Reunimos uma equipe de engenheiros, em sua maioria jovens demais para afirmar que o SpinLaunch não funcionaria", disse ele. "Eles têm muita energia e entusiasmo associados ao desejo de saber o que acontece."

Quanto aos impactos, ele aponta para a longa história de naves espaciais que sobreviveram a uma jornada ao espaço em condições semelhantes às que a espaçonave precisará suportar no SpinLaunch, incluindo armas gigantes do Exército dos EUA e modernos mísseis capazes de suportar forças milhares de vezes maiores que a gravidade. Além disso, ele disse, seu foguete será mais forte que o dispositivo médio - será mais um míssil de combate do que o Falcon 9 da SpaceX.

Como mostra a demonstração do iPhone, os componentes eletrônicos também podem tolerar impactos extremos durante a aceleração, embora algumas modificações possam ser necessárias para componentes eletrônicos particularmente sensíveis. Por exemplo, a empresa já registrou patentes para painéis solares e módulos de controle mais duráveis ​​que os satélites usam para orientação no espaço.

"O SpinLaunch não está fazendo algo fundamentalmente novo - apenas seguimos os passos de desenvolvimentos anteriores", diz Yeni. Ainda este ano, ele planeja provar isso durante o primeiro lançamento suborbital, que seu sistema deve realizar.


Funcionários da SpinLaunch estudam o interior de um protótipo de centrífuga de 12 metros

Longo caminho para o espaço


A física não é o único obstáculo para a empresa. O SpinLaunch eventualmente precisará de uma plataforma de lançamento na costa para que seus mísseis não representem um perigo para o público. Encontrar o lugar certo foi mais difícil do que Yeni esperava. Em abril de 2018, Hampton e Rafael Feldman, gerente de projeto, voaram para o Havaí para obter permissão para construir suas instalações na Ilha Grande. Inicialmente, as autoridades do estado os apoiaram e até desenvolveram um plano de investimento de US $ 25 milhões que permitiria aos havaianos investir na empresa através de obrigações de dívida garantidas pelo governo. No entanto, durante uma reunião tensa na prefeitura do Centro Comunitário de Naalehu, na Ilha Grande, perto do local onde o SpinLaunch planejava construir seu local, os moradores locais criticaram as autoridades locais,acusando-os de corrupção e temendo que o site SpinLaunch destrua a natureza local e se torne uma ameaça para os residentes locais.

"Se, de alguma forma, for alocado um lugar para esse projeto mal concebido e bruto, vou lhe dizer onde você pode me encontrar", disse um morador local. "Você pode me encontrar nos portões desta empresa, que pavimentou lugares sagrados e tubos de lava, e eu serei acorrentado a esses portões com castelos e correntes de criptonita até você sair daqui."

A atmosfera sombria na prefeitura levou ao fato de que o financiamento não ocorreu, e o SpinLaunch teve que abandonar o Havaí. Enquanto isso, pesquisas estão em andamento para outros locais de lançamento no exterior, a empresa está construindo um novo local de teste no continente.

Em maio, o SpinLaunch começou a trabalhar no espaçoporto "America"no Novo México, onde agora está construindo uma centrífuga três vezes maior que a de Los Angeles. Yeni espera poder realizar o primeiro teste suborbital deste ano e lançar objetos com peso até 50 kg no campo de tiro de White Sands. Os testes serão um passo significativo em comparação com o lançamento da carga de cinco quilos com a qual eles trabalharam até agora. Nos últimos meses, Hampton, com uma dúzia de funcionários, morou perto de um espaçoporto em uma cidade temporária de contêineres. Eles têm uma jacuzzi, um campo de arco e flecha e uma sala de realidade virtual - pequenas atividades projetadas para facilitar a vida no meio do deserto.

Yeni diz que está confiante de que o sistema funcionará dentro das expectativas e que em breve eles estarão prontos para a fila de clientes. Uma viagem ao espaço no SpinLaunch custará US $ 500.000 por lançamento, e Yeni diz que está pronto para trabalhar apenas com empresas que desejam lançar dezenas ou mesmo centenas de satélites.

O lançamento de um desses satélites em órbita será uma grande conquista. A história das empresas espaciais privadas é em grande parte uma história de fracasso, no entanto, como se a era espacial Sísifo, Yeni parecesse gostar das dificuldades. A exploração espacial exige coragem para atacar o desconhecido e, no caso do SpinLaunch, o campo do desconhecido é bastante vasto. No entanto, como recompensa, será possível receber, nem mais nem menos - uma nova porta para o espaço.

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