Lofstrom-Schlaufe
Eine Lofstrom-Schlaufe ist ein vorgeschlagenes System um Objekte in die Umlaufbahn der Erde zu schleudern. Dabei wird ein zirkulierendes Kabel an beiden Enden an der Erde angebracht, während ein langer mittlerer Abschnitt bis in die Mesosphäre gehoben wird. Das Designkonzept wurde von Keith Lofstrom veröffentlicht und beschreibt ein Maglev-Kabeltransportsystem, welches etwa 2.000 km lang ist und etwa 80 km über die Erdoberfläche gehoben wird. Die Schlaufe, die mit hoher Geschwindigkeit einen Kreislauf vollzieht, würde dabei durch die Bewegung des Kabels in der Mesosphäre gehalten werden. Das Gewicht der Schleife wird durch ihren Kreislauf auf zwei Magnetlagern verteilt welche die Struktur stabil halten.
Lofstrom-Schlaufen sind dazu konzipiert, ohne Raketentechnik Objekte und Fahrzeuge mit einem Gewicht von etwa 5 Tonnen durch elektromagnetische Beschleunigung in die Umlaufbahn zu befördern. Dies würde vor allem durch den flachen Teil des Kabels, welcher eine Beschleunigungsstrecke bildet, geschehen.
Das System ist durch seine relativ niedrige Beschleunigung von 3g (etwa 30 m/s) dazu geeignet, Menschen ins Weltall zu transportieren.
Beschreibung
Die Lofstrom-Schleife soll 2.000 km lang auf einer Höhe von 80 km geführt werden, bevor sie auf beiden Seiten zurück zur Erdoberfläche führt. Dort wird sie so gedreht, dass sie demselben Pfad in die andere Richtung folgt.
Das Kabel besteht aus einem Rohr, welches einen Mantel (Sheath) um einen 5Riemen oder eine Kette (Rotor) bildet. Der Rotor besteht aus Eisen und hat einen Durchmesser von etwa 5 cm, der Sheath ist nicht viel dicker and hat keinen Kontakt zum Rotor. Er zirkuliert mit einer Geschwindigkeit von etwa 14 km/s durch den Mantel.
Erhalt der Schwebestruktur
Wenn der Rotor still steht, befindet sich die Schlaufe auf Bodenhöhe. Wenn der Rotor beschleunigt wird, richtet er sich auf und erzeugt eine Kurve. Um auf einer fixen Höhe zu bleiben, muss die Schlaufe am Boden verankert werden.
Sobald die Schlaufe aufgerichtet ist, benötigt sie kontinuierlich Energie um aufrecht zu bleiben. Weitere Energie wird benötigt, um Fahrzeuge ins All zu schleudern.
Abschießen von Nutzlast
Um ein Fahrzeug ins All zu schleudern, wird es in 80 km Höhe auf die Westseite der Beschleunigungsstrecke gehoben (da ein Start mit der Erdumlaufbahn weniger Energie benötigt). Das Fahrzeug erzeugt ein Magnetfeld, welches mit dem Rotor interagiert, wodurch Wirbelströme entstehen, die das Fahrzeug vom Kabel abheben und es mit einer Beschleunigung von 3g entlang des Kabels ziehen, bis es die gewünschte Geschwindigkeit erreicht.
Die Wirbelstrom-Methode ist zwar kompakt, leicht und leistungsfähig, jedoch auch ineffizient. Bei jedem Abschuss erhitzt sich der Rotor um 80 Kelvin. Wenn in einem zu kurze Zeitraum zu viele Abschüsse stattfinden, besteht die Gefahr, dass der Rotor sich auf 770 °C (1043 K) erhitzt und seine magnetischen Eigenschaften verliert, wodurch die Lofstrom-Schlaufe zerstört wird.
Kapazität und Möglichkeiten
Da sich die Periapside mit 80 km/h noch innerhalb der Atmosphäre befindet, kommt es zu Reibung und Strömungswiderstand. Deswegen ist es nicht möglich, auf diese Art einen stabilen Orbit zu erreiche,n ohne zusätzlich einen kleinen Kick-Motor zu benutzen, der das Fahrzeug in einen stabilen Orbit hebt. Weiters ist es möglich, Fluchtgeschwindigkeit zu erreichen.
Das ursprüngliche Konzept von Lofstrom besagt, dass die Schlaufe in der Nähe des Äquators gebaut werden muss und von Westen nach Osten schießt. Somit sind nur Umlaufbahnen entlang des Äquators möglich, wobei andere Orbits durch unterschiedliche Techniken erreicht werden können.
Die Abschussrate ist durch die Temperatur und Abkühlrate des Rotors auf bis zu 80 Abschüssen pro Stunde limitiert, jedoch erfordert dies etwa 17 GW an Energie, mit nur 500 MW könnte man noch 35 Abschüsse pro Stunde durchführen.
Ökonomie
Lofstrom nahm an, dass eine Schlaufe welche 10 Milliarden $ kostet innerhalb eines Jahres Profitabel wird. So eine Schlaufe könnte 40.000 Tonnen pro Jahr ins All schleudern und würde die Kosten von derzeitigen 22.000 $/kg [1] auf etwa 300 $/kg reduzieren. Für 30 Milliarden $ und mit einem stärkeren Stromgenerator könnte man innerhalb von 5 Jahren Profit machen und die Kosten auf bis zu 3 $/kg reduzieren.