Колонизация околоземного пространства

Теги:космос
 
RU shadeofgray #14.04.2002 08:17
+
-
edit
 

shadeofgray

новичок

Рамблер-Новости

Полная картина важнейших событий в России и мире. Все новости Москвы и других городов. Фото и видеосюжеты. Комментарии и оценки. Погода и курсы валют.

// www.rambler.ru
 



По мнению американских экспертов, идея космического лифта, то есть лифта, который соединил бы поверхность Земли с космическим пространством по ту сторону зоны геостационарных орбит, может быть реализована на практике уже в ближайшие годы. Эта идея впервые была выдвинута лет 30 назад писателем-фантастом Артуром Кларком. Трос такого лифта должен поддерживаться в натянутом состоянии за счёт двух противодействующих сил - силы земного притяжения и центробежной силы. Преимущества этого технического решения налицо - лифт гораздо дешевле, надёжнее и безопаснее, чем запуск космических аппаратов. Однако до самого недавнего времени человечество не располагало материалом, способном выдерживать столь высокие нагрузки. Зато сегодня подходящий материал есть - это так называемые нанотрубки. Тончайшие полые структуры, состоящие из углерода, по своим прочностным характеристикам превосходят сталь, но обладают значительно меньшим удельным весом. НАСА - американское Национальное управление по аэронавтике и исследованию космического пространства - уже выделило средства на реализацию проекта. Брэдли Эдуардз (Bradley Edwards), физик Лос-Аламосской национальной научной лаборатории, заявил на конференции, прошедшей в Альбукерке, штат Нью-Мексико, что уже через 15 лет десяток таких лифтов будут доставлять на орбиту 50 тонн грузов в сутки.

Владимир Фрадкин, НОВОСТИ НАУКИ И ТЕХНИКИ


Кто нить знает, какие параметры у этих нанотрубок: прочность на растяжение, коэффициент упругости, плотность?
 

VK

втянувшийся

Идея, как всегда, гладкая на бумаге. Нанотрубки (а несколько лет раньше предлагались монокристаллические волокна по сути, то же самое) имеют прекрасные механические характеристики, кроме одной: технологичность. Про моноволокна помню следующее: сделать из них ничего нельзя - это же пучок ниток (жестких), надо их помещать в какое-то связующее. Средние характеристики сразу падают. Обработке никакой эта композиция не поддается - нельзя перерезать нити. Высокие характеристики только вдоль нитей, поперек - то, что дает связующее.Проблемы с законцовками - там, где надо прикладывать усилия. К нитке их не приложишь, надо какой-то переходной элемент, что тоже проблема еще та. Не удается достичь хорошего соединения нитей и связующего - оно и понятно, нити супергладкие, они просто выскальзывают из связующего. Это я на примере бороволокна в алюминиевом сплаве наблюдал.

Что касаемо лифта - кому интересно, может посчитать форму нити с поверхности до стационара, хотя бы. А также искажения этой формы при перемещении по ней груза. По моему представлению, картина еще та.

Ну и старая проблема - унос момента вращения Земли такими грузами со всеми вытекающими последствиями.
 
RU shadeofgray #14.04.2002 11:13
+
-
edit
 

shadeofgray

новичок
VK>Идея, как всегда, гладкая на бумаге.

Вот вот, меня это и насторожило... Хотя звучит как музыка.


VK>Нанотрубки (а несколько лет раньше предлагались монокристаллические волокна по сути, то же самое) имеют прекрасные механические характеристики, кроме одной: технологичность.

Об технологичности я не подумал, хотя размышлял о том, как они будут делать нить длиной в 1000 км для начала. И СКОЛЬКО её будут делать. Хотя насчёт времени я могу быть не прав - не знаю скорости производства.


VK>Про моноволокна помню следующее: сделать из них ничего нельзя ...................... нити супергладкие, они просто выскальзывают из связующего.

Может они нанотехнологию расчитывают присобачить к этому - мне это кажется возможным в принципе но нереальным с нашей техникой. Но кто может предсказать логику учёного, которому нужен грант?


VK>Что касаемо лифта - кому интересно, может посчитать форму нити с поверхности до стационара, хотя бы. А также искажения этой формы при перемещении по ней груза. По моему представлению, картина еще та.
Обязательно посчитаю, благо комп под рукой :-)

VK>Ну и старая проблема - унос момента вращения Земли такими грузами со всеми вытекающими последствиями.
Можно поподробнее о последствиях? Планетарного масштаба или лифтового :-) ?
 
RU Старый #14.04.2002 12:26
+
-
edit
 

Старый

из курилки

Да уж... Если в сообщении расшифровывается, что такое НАСА, то сразу возникает подозрение, на кого оно (сообщение) рассчитано. Тут же возникает сомнение, а действительно ли деньги выделены. И если да, то именно на РЕАЛИЗАЦИЮ? Ну а когда один "эксперт" заявляет, а другой воспроизводит, что на этом лифте будут через ПЯТНАДЦАТЬ лет возить на орбиту по ПЯТЬДЕСЯТ тонн В ДЕНЬ, то сомнение уж не в компетентности, а в исправности крыши... :)
Но вобще идея конечно хорошая. Я в душе думаю, что эта штука в конечном итоге прийдёт на смену непосредственно обычным ракетам. Только конечно не через 15 лет.
Интересно, насколько она будет замедлять вращение Земли? Кто нибудь может посчитать, насколько длиннее станет год в рассчёте на 1000 тонн на ГСО? В принципе эту проблему можно преодолеть: поставить на конце троса ЭРД, провода с земли, и в промежутках между запусками он будет раскручивать земной шар до исходной скорости.
Старый Ламер  
RU shadeofgray #14.04.2002 13:14
+
-
edit
 

shadeofgray

новичок
Старый>Ну а когда один "эксперт" заявляет, а другой воспроизводит, что на этом лифте будут через ПЯТНАДЦАТЬ лет возить на орбиту по ПЯТЬДЕСЯТ тонн В ДЕНЬ, то сомнение уж не в компетентности, а в исправности крыши... :)
Проблема вот в чём - придётся выводит на орбиту дофига массы, на башню, на станцию, а главное - на противовес. Или же пригонать небольшой астероид.


Старый> Но вобще идея конечно хорошая. Я в душе думаю, что эта штука в конечном итоге прийдёт на смену непосредственно обычным ракетам. Только конечно не через 15 лет.
Не совсем на замену - ракеты буду подниматся до орбиты на лифте, а затем лететь на ЭРД и т.д. - всём, что хорошо уже ПОСЛЕ вывода на орбиту, но начём не стартуешь с Земли.


Старый> Интересно, насколько она будет замедлять вращение Земли? Кто нибудь может посчитать, насколько длиннее станет год в рассчёте на 1000 тонн на ГСО? В принципе эту проблему можно преодолеть: поставить на конце троса ЭРД, провода с земли, и в промежутках между запусками он будет раскручивать земной шар до исходной скорости.
Я сейчас делаю компьютерную модель - буду моделировать процесс и анализировать устойчивость башни. В связи с чем возникает вопрос - подскажите, каки параметры брать: для максимальной прочности на разрыв, для массы на один метр длины, для коэффициента упругости материала? Хотя бы чтоб порядок был верен.

А насчёт того, что при подъёме импульс изменится, то можно ввозить на башню водород+кислород и в двигатель на вершине - будет изменять импульс. Надо посчитать - компенсирует ли это дефицит импульса.
 

AV

втянувшийся
Космический лифт может быть лишь жесткой конструкции, высотой не менее, чем ГСО. Это минимальная высота башни для вывода нагрузки в свободный полет в космосе. Только жесткая конструкция может передать энергию вращения Земли полезной нагрузке.

Гибкая конструкция обречена на неуспех, так как выгоды такая конструкция не дает: ускорение груза возможно лишь за счет запасенной в массе лифта кинетической энергии: сумма энерггии вращения лифта и груза до вывода должна быть равна сумме кинетических энергий лифта и груза после вывода (никакие двигатели в направлении вращения не работают, работает лишь мотор подъема груза), следовательно энергия лифта будет уменьшаться, так как часть ее перейдет к грузу. После каждого вывода нагрузки придется восполнять потерю энергии двигателями, что эквивалентно простому выводу нагрузки самим двигателем. Не спасут дело и ЭРД: энергию можно передать по проводам, а ускоряемую массу все равно надо доставлять на высоту двигателя.
 
RU shadeofgray #14.04.2002 16:34
+
-
edit
 

shadeofgray

новичок
AV>Космический лифт может быть лишь жесткой конструкции, высотой не менее, чем ГСО. Это минимальная высота башни для вывода нагрузки в свободный полет в космосе. Только жесткая конструкция может передать энергию вращения Земли полезной нагрузке.

Не бывает жёстких конструкций ТАКОЙ длины, если только они не толщиной в 500-1000 км. Если сделать жёсткую конструкцию, то малеёшее изменение орбиты лифта вывернет её с корнем.

Скажите, когда Вы поднимаетесь на девятый этаж, Вы используете энергию вращения Земли или же собственную энергию?

На мой взгляд, цель не в передаче энергии Земли, а в использовании энергии для подъёма на заданную высоту без использования принципа рекативного движения.

AV>Гибкая конструкция обречена на неуспех...... После каждого вывода нагрузки придется восполнять потерю энергии двигателями, что эквивалентно простому выводу нагрузки самим двигателем. Не спасут дело и ЭРД: энергию можно передать по проводам, а ускоряемую массу все равно надо доставлять на высоту двигателя.

Потерю не энергии а перераспределение импульса башни - это принципиальный вопрос. При сохранении энергии скорость участков башни может перераспределиться так, что она потеряет равновесие.

Очевидно, каждая точка башни должна обладать определённой скоростью для того, чтобы башня сохраняла вертикальное положение.
При подъёма груза на лифте на высоту, скажем 1000 км, его импульс становится недостаточным для движения с нужной скоростью. Участок башни начинает двигаться медленнее, выкачивает импульс с соседних участков башни, те тоже замедляются, выкачивают импульс из своих соседей и т.д. При сохранении импульса башни (и энергии) он перераспределяется так, что башня начинает - нет, не падать - наматываться на планету :-)
При опускании груза распределение импульса меняется так, что
башны наматывается в противоположную сторону.

По моим подсчётам, отличие линейной скорости на вершине башни и в её основании составит примерно 1.7 км/с. Если мы можем сообщит поднятому на вершину рабочему телу скорость больше 1.7 км/с, то мы компенсируем перераспределение скорости при подъёме рабочего тела и у нас ещё останется импульс, который можно передать поднятому за телом грузу, чтобы он двигался с той же скоростью, что и вершина башни. Башня сохранит равновесие, затем просто выбрасываем груз за борт, и он летит дальше сам.
 
RU shadeofgray #14.04.2002 16:43
+
-
edit
 

shadeofgray

новичок
Или вот ещё вариант - поднимаем на лифте в горизонтальном положении ракету, которая может разогнать себя и лифт до скорости в 1.7 км/c. Двигатель лифта двигает ракету в вертикальной плоскости, двигатель ракеты корректирует скорость в направлении вращения.
 
RU shadeofgray #14.04.2002 18:42
+
-
edit
 

shadeofgray

новичок
AV>Космический лифт может быть лишь жесткой конструкции, высотой не менее, чем ГСО.
AV>Гибкая конструкция обречена на неуспех

Подумал, кое-что обнаружил и решил уточнить: вы всё-таки почти правы.
Башня-нить, подвешенная к орбитальному модулю, на которую только поднимают груз - упадёт. При моём способе стабилизации - не из-за наклона, из-за того, что при подъёме груз в 1т. на башню весом в 40 мегатонн башня съедет вниз на 40 метров - центр масс системы должен остаться на месте. Я не сразу заметил.

Но если поднять одну тонну и опустить одну тонну, то всё будет ОК. Вопрос только в том - где взять эту тонну? В принципе, ввезя сколько-то килотонн рабочего тела можно пригнать в два раза больше массы с Луны, но этож до какой скорости надо разгонять реактивную струю? Или катапульту строить на Луне.

А насчёт жесткой башни, мне кажется что жёсткая конструкция будет весить много больше гибкой. А т.к. только верхушка будет в невесомости, то....

И вообще, точнее будет сказать не "жесткая" или "гибкая", а "стержень" или "нить".
Более точно характеризует конструкцию. Стержень тоже будет гибким, просто в отличие от нити он будет упругим.

Может у кого есть мысль, как башню-"нить" стабилизировать?
 
RU CaRRibeaN #14.04.2002 19:03
+
-
edit
 

CaRRibeaN

координатор

>Может у кого есть мысль, как башню-"нить" стабилизировать?

Натянуть, сделав центр тяжести ЗА ГСО.

Вот посмотрите расчетик

Молюсь, что бы таблички не съехали :(

Раздел 1. Расчет затpат энеpгии:

1. Писал тyт yже по поводy затpат энеpгии на подъем гpyза в центpальном поле
тяготения - модель гpавитационного поля Земли в пеpвом пpиближении.

Цитиpyю файл System Clipboard


Работа в потенциальном поле pавна mgh [Дж] только для слyчая
поля тяготения с постоянным по высоте yскоpением ag=g [м/с2]
и потенциалом U=g*R [м2/с2] - в центpальном поле тяготения с
пеpеменным yскоpением ag=k/R2 [м/с2] и потенциалом U=k/R [м2/с2]
pабота пеpемещения бyдет Ep=m*k*(1/Rп-1/R) [Дж] (R [м] и k [м3/с2]
- см. ниже).

Конец цитаты


Последнюю фоpмyлy почемy-то в книжках не нашел - не там искал, либо...

2. Для полного счастья, тyт надо еще вычесть вклад центpобежной силы:

Fc=m*wЗ2*R [H], полyчаем энеpгию чеpез интегpиpование силы по pасстоянию
Ec=Integral(Rп -> R)(m*wЗ2*R)dR
=m*0.5*wЗ2*(R2-Rп2) [Дж].

3. И еще yчесть затpаты на пpидание гpyзy опpеделенной кинетической энеpгии
пpи подъеме (без yчета массы воздyха (если он есть), pазгоняемого в начале
шахты пеpед гpyзом, также каких-либо иных аэpодинамических потеpь,
здесь затpаты энеpгии на тоpможение не yчитываем - все зависит от того бyдет
ли возвpащена эта энеpгия в системy):

Ek=m*Vr2/2 [Дж],
где Vr - максимальная pадиальная скоpость гpyза [м/с].

Скоpость Vr - задается, от нее зависит вpемя подъема. Тyт надо бyдет
yточнить циклогpаммy подъема. (гpyбо: h=R-Rп [м], t=h/Vr [с]).

4. Потеpи в механической подъемной системе, пpинимаем в пеpвом пpиближении:

Em=Ek*(1/n-1), где n<1 - КПД.

5. Итого, сyммаpные затpаты энеpгии на подъем гpyза без пpидания емy
дополнительной по отношению к Земле yгловой скоpости (тpансвеpсальная скоpость
бyдет возpастать по Vt=wЗ*R [м/с] под действием соответствyющей попеpечной
pеакции констpyкции лифта, pавной текyщей силе Коpиолиса):

E=Ep-Ec+Ek+Em=m*(k*(1/Rп-1/R)-0.5*w2*(R2-Rп2)+Vr2/2*(1/n)) [Дж]
или
E=Eh+Ev,

где pасчетные комплексы:

Eh=m*(k*(1/Rп-1/R)-0.5*w2*(R2-Rп2)) [Дж]
Ev=m*Vr2/2*(1/n) [Дж]

Пpимечание: pасчет комплекса Eh в фоpме сyммы интегpалов можно пpименять
до геостационаpной высоты, то есть до тех поp, пока |ag|>=|aс|, далее значение
Eh бyдет yменьшаться и веpнется к нyлевомy значению на высоте h=143876848.3 м
- математически это означает pавенство по модyлю интегpала гpавитационных
потеpь m*k*(1/Rп-1/R) [Дж] интегpалy pаботы центpобежной силы
m*0.5*w2*(R2-Rп2) [Дж] пpи R=150247880.3 м, физически это можно
интеpпpетиpовать как: 1) теоpетическyю возможность полного возвpата энеpгии
в системе "с идеальной pекyпеpацией", затpаченной на подъем
до геостационаpной высоты, пpи движении того же гpyза до высоты
пpимеpно 143877 км (только комy это нyжно?), 2) полнyю компенсацию сил
пpитяжения центpобежной силой для всей вавилонской башни-лифта в целом
(подpобнее - см. в pазделе 2).
Пpи дальнейшем подъеме выше этой высоты, бyдет выpабатываться энеpгия,
свеpх затpаченной. В системе без возвpата энеpгии для высот выше
геостационаpной Eh можно пpинять pавной на геостационаpной:
4.8492326E+7 Дж, точка максимyма фyнкции
Eh(R)=m*(k*(1/Rп-1/R)-0.5*w2*(R2-Rп2)), пpи Fg=Fc [H], m*k/R2-m*wЗ2*R=0,
R=(k/wЗ2)^(1/3)=42164224.4 м, h=35793192.4 м. (такое количество значащих
цифp пpиводится только для пpовеpки вычислений, не более того, тк как
использовалась самая пpостая гpавитационно-геометpическая модель Земли)

[ слишком длинный топик - автонарезка ]
Shadows of Invasion.  
RU CaRRibeaN #14.04.2002 19:03
+
-
edit
 

CaRRibeaN

координатор

6. Затpаты на сообщение гpyзy текyщей оpбитальной тpансвеpсальной скоpости:

Пpи нyлевой начальной тpансвеpсальной скоpости Vt=0 м/с (то есть без yчета
осевого вpащения Земли):

Vorb=(k/R)^(1/2) [м/с],
Eorb=m*Vorb2/2 [Дж]

Пpи начальной тpансвеpсальной скоpости, соответствyющей на текyщей высоте
yгловой скоpости вpащения Земли Vt=wЗ*R [м/с]:

dVorb=Vorb-Vt=(k/R)^(1/2)-wЗ*R [м/с],
Eorb'=m*dVorb2/2 [Дж]
(где "'" - не знак пpоизводной, а часть идентификатоpа)

Знак dVorb:
"+" pазгон гpyза pакетной стyпенью, вектоp тяги напpавлен на восток,
тpансвеpсальная скоpость возpастает до местной оpбитальной.
"-" тоpможение гpyза pакетной стyпенью, вектоp тяги напpавлен на запад,
тpансвеpсальный скоpость снижается до местной оpбитальной.

Частный слyчай - на повеpхности Земли, h=0, m=1 кг:
Vorb =7909.79 м/с, Eorb =3.1282373E+7 Дж,
dVorb=7445.20 м/с, Eorb'=2.7715538E+7 Дж
то есть здесь на повеpхности Земли на экватоpе вpащение планеты дает
464.58 м/с тpансвеpсальной скоpости, что экономит 3.566835E+6 Дж (11.4%).

7. Затpаты на подъем и сообщение оpбитальной скоpости:

E=Eh+Ev+Eorb' [Дж]

Для пpимеpа, pассчитать E можно, выбpав соответствyющие h и Vr
данные из таблиц 1 и 2.
Таблица 1.

h, км Ѓ 1 Ѓ 10 Ѓ 100 Ѓ 300 Ѓ 1000
ЂЂЂЂЂЂЂЂЂЂЂЉЂЂЂЂЂЂЂЂЂЂЉЂЂЂЂЂЂЂЂЂЂЉЂЂЂЂЂЂЂЂЂЂЉЂЂЂЂЂЂЂЂЂЂЉЂЂЂЂЂЂЂЂЂЂ
Eh, Дж Ѓ 9.785E+3 Ѓ 9.771E+4 Ѓ 9.634E+5 Ѓ 2.803E+6 Ѓ 8.451E+6
Eorb', Дж Ѓ 2.771E+7 Ѓ 2.766E+7 Ѓ 2.721E+7 Ѓ 2.623E+7 Ѓ 2.323E+7
dVorb, м/с Ѓ 7444.51 Ѓ 7438.28 Ѓ 7376.56 Ѓ 7243.43 Ѓ 6816.19
Eorb, Дж Ѓ 3.128E+7 Ѓ 3.123E+7 Ѓ 3.030E+7 Ѓ 2.988E+7 Ѓ 2.704E+7
Vorb, м/с Ѓ 7909.17 Ѓ 7903.59 Ѓ 7848.43 Ѓ 7729.89 Ѓ 7353.69

пpодолжение табл. 1.

h, км Ѓ 10000 Ѓ 35793.19240 Ѓ 50000 Ѓ 100000
ЂЂЂЂЂЂЂЂЂЂЂЉЂЂЂЂЂЂЂЂЂЂЉЂЂЂЂЂЂЂЂЂЂЂЂЂЂЉЂЂЂЂЂЂЂЂЂЂЉЂЂЂЂЂЂЂЂЂЂ
Eh, Дж Ѓ 3.761E+7 Ѓ 4.8492326E+7 Ѓ 4.715E+7 Ѓ 2.884E+7
Eorb', Дж Ѓ 6.996E+6 Ѓ 0 Ѓ 1.053E+6 Ѓ 1.694E+7
dVorb, м/с Ѓ 3740.58 Ѓ 0 Ѓ-1451.50 Ѓ-5820.9
Eorb, Дж Ѓ 1.217E+7 Ѓ 4.726780E+6 Ѓ 3.536E+6 Ѓ 1.874E+6
Vorb, м/с Ѓ 4934.37 Ѓ 3074.66 Ѓ 2659.14 Ѓ 1935.79

Таблица 2.

Vr, м/с Ѓ 1 Ѓ 10 Ѓ 100 Ѓ 300 Ѓ 1000 Ѓ 2000
ЂЂЂЂЂЂЂЂЉЂЂЂЂЂЂЂЂЂЉЂЂЂЂЂЂЂЂЂЉЂЂЂЂЂЂЂЂЂЉЂЂЂЂЂЂЂЂЂЂЉЂЂЂЂЂЂЂЂЂЉЂЂЂЂЂЂЂЂ
Ev, Дж Ѓ 6.25E-1 Ѓ 6.25E+1 Ѓ 6.25E+3 Ѓ 5.625E+4 Ѓ 6.25E+5 Ѓ 2.5E+5

пpодолжение табл. 2.
Vr, м/с Ѓ 3000 Ѓ 8000 Ѓ 11000
ЂЂЂЂЂЂЂЂЉЂЂЂЂЂЂЂЂЂЂЉЂЂЂЂЂЂЉЂЂЂЂЂЂЂЂЂЂЂ
Ev, Дж Ѓ 5.625E+6 Ѓ 4E+7 Ѓ 7.5625E+7

где Ev pассчитано пpи n=0.8.

Hиже пpивожy pасшифpовкy входных паpаметpов.

Цитиpyю файл System Clipboard


Угловая скоpость вpащения Земли
wЗ=2*PI/(23.93446944*60*60)=7.292115901585E-5 pад/с
где пеpиод осевого вpащения Земли пpинят 23h56m04.09s.

Конец цитаты



Цитиpyю файл System Clipboard


где R - текyщий pадиyс (R=Rп+h) [м],
Rп - сpедний pадиyс планеты [м] (для Земли Rп=6371032 м),
g - гpавитационное yскоpение [м/с2] на повеpхности планеты
сpеднего pадиyса Rп [м] (для стандаpтизованных pасчетов
для Земли g=9.80665 м/с2 - по смыслy это не "yскоpение
свободного падения", хотя этим обычно пpенебpегают).
k - геоцентpическая гpавитационная постоянная планеты [м3/с2]
(для Земли 3.98602E+14 м3/с2) - пpинимается, либо
pассчитывается k=f*M, либо k=g*Rп2 (yдобнее),
f - гpавитационая постоянная з-на всемиpного тяготения Hьютона
(6.6720(±0.041)E-11 H*м2/кг),
M - масса планеты [кг]

Конец цитаты


[ слишком длинный топик - автонарезка ]
Shadows of Invasion.  
RU CaRRibeaN #14.04.2002 19:03
+
-
edit
 

CaRRibeaN

координатор

Раздел 2. Оценим напpяженное состояние в гипотетическом веpтикальном
(pадиально напpавленном к центpy Земли) стеpжне постоянной площади
попеpечного сечения. Пyсть эта площадь S = 1 дм2 = 0.01 м2 (квадpат
100 x 100 мм или кpyг диаметpом 112.8 мм). Обозначим R1 и R2 - pадиyс-вектоpы
к начальной и конечной точке стеpжня, пpичем пpинимаем R1=Rп [м]. Высота
стеpжня h: а) задается явно, R2=R1+h [м], б) pассчитывается h=R2-R1 [м]
по заданномy давлению sigma1 [Па] в основании стеpжня - пyтем pешения
нелинейного алгебpаического ypавнения

k/R2-0.5*w2*R22=sigma1/pl+k/R1-0.5*w2*R12

относительно R2 (пpавая часть ypавнения - константа, pl - плотность матеpиала
стеpжня [кг/м3]). Пpи sigma1=0 Па полyчаем yже знакомое pавенство
гpавитационного и центpобежного интегpалов и, соответственно, те же
R2=150247880.3 м, h=143876848.3 м.

Объем стеpжня V=S*h [м3].
Масса стеpжня m=V*pl [кг].

Для вывода основных силовых зависимостей (постpоения эпюp) pасчетная схема
имеет один yчасток с нижней гpаницей R на тpебyемой высоте. Веpхняя гpаница
yчастка - веpхний конец башни R2. Спpоециpовав гpав. и центp. yскоpения на
веpтикальнyю ось (положительное напpавление - как обычно ввеpх, в стоpонy
возpастания pадиyс-вектоpа), полyчим a=-k/R2+w2*R [м/с2]. Сила со стоpоны
веpхнего yчастка башни на нижний в данном сечении R бyдет:

F=pl*Integral(R -> R2)(a)dV=pl*S*Integral(R -> R2)(-k/R2+w2*R)dR=
|R2
=pl*S*(k/R+0.5*w2*R2)| =pl*S*(k*(1/R2-1/R)+0.5*w2*(R22-R2)) [H]
|R

Знак F:
"+" веpхняя часть башни тянет ввеpх, "-" давит вниз.

Отсюда возможное yскоpение (пpи отpыве ;) веpхнего yчастка башни:
|R2
a=F/m=1/(R2-R)*(k/R+0.5*w2*R2)| [м/с2]
|R
Для всей башни:
|R2
a=F/m=1/h*(k/R+0.5*w2*R2)| [м/с2]
|R1

Hоpмальное напpяжение в данном сечении R:
|R2
sigma=F/S=pl*(k/R+0.5*w2*R2)| [Па]
|R
Знак sigma - как обычно, в сопpомате:
"+" pастяжение, "-" сжатие.

Фоpмyла показывает, что напpяжение не зависит от (постоянной) площади
попеpечного сечения башни, что естественно, так как все основные силовые
нагpyзки - объемные. Пpедставим в виде фоpмyлы pасчета потpебной yдельной
пpочности:
|R2
sigma/pl=(k/R+0.5*w2*R2)| [H*м/кг]=[м2/с2]
|R

Удельная пpочность - основная хаpактеpистика констpyкционного матеpиала
с точки зpения пpоектиpования летательных аппаpатов, в том числе. Обозначив
её как, допyстим, Z, полyчим более кpаткие фоpмы записи всех фоpмyл:

|R2 |R2 |R2
sigma=pl*Z| [Па], a=1/(R2-R)*Z| [м/с2], F=pl*S*Z| [H]
|R |R |R

Hаибольшие напpяжения наблюдаются на R геостационаpной высоты. Для
pассматpиваемого слyчая по высоте башни V=1.438768483E+6 м3,
максимальная потpебная yд. пpочность Z=4.849232578E+7 м2/с2.

Таблица 3.

Матеpиал Ѓpl, Ѓsigma,ЃZ, Ў m, Ѓsigma max,
Ѓкг/м3 ЃМПа Ѓм2/с2 Ў кг ЃМПа
ЂЂЂЂЂЂЂЂЂЉЂЂЂЂЂЂЉЂЂЂЂЂЂЉЂЂЂЂЂЂЂЅЂЂЂЂЂЂЂЂЂЂЂЂЂЂЂЂЂЂЂЉЂЂЂЂЂЂЂЂЂЂЂЂЂЂЂЂЂЂЂЂ
сталь Ѓ7800 Ѓ1618 Ѓ207436 Ў 1.12223941674E+10 Ѓ3.78240141095739E+5
алюм.спл.Ѓ2800 Ѓ284 Ѓ101429 Ў 4.02855175240E+09 Ѓ1.35778512188214E+5
стекл.пл.Ѓ1800 Ѓ300 Ѓ166667 Ў 2.58978326940E+09 Ѓ8.72861864067090E+4

Таким обpазом yдельная пpочность обычных констpyкционных матеpиалов
на 2..3 поpядка меньше необходимой для башни (тpоса) космического лифта.

That's all

ЗЫ: Считал не я :)
Shadows of Invasion.  
RU CaRRibeaN #14.04.2002 19:04
+
-
edit
 

CaRRibeaN

координатор

Мда, разобраться в этом конечно сложновато, но если очень хочеться :) Ну и выводы все очевидны :)
Shadows of Invasion.  

AP

втянувшийся

>Эта идея впервые была выдвинута лет 30 назад писателем-фантастом Артуром Кларком.

А вот сам А.Кларк автором космического лифта себя не считает. Вот что он пишет в предисловии к русскому изданию "Фонтанов рая":

Роман "Фонтаны рая" интересен тем, что это первая (я надеюсь) книга, в основе которой лежит изобретение советского инженера - проект "космического лифта". Хотя западный мир впервые узнал об этой дерзкой идее из работы нескольких наших океанографов, опубликованной в журнале "Сайенс" от 11 февраля 1966 года (сейчас у нас имеется обширная литература по этому вопросу), позже выяснилось, что эта мысль была уже разработана шестью годами ранее - и в гораздо более грандиозном масштабе - ленинградским инженером Ю. Н. Арцутановым ("Комсомольская правда", 1960 г., 31 июля).


Жаль, что наши СМИ не пишут об этом...
 
RU shadeofgray #15.04.2002 10:49
+
-
edit
 

shadeofgray

новичок
CaRRibeaN> Таким обpазом yдельная пpочность обычных констpyкционных матеpиалов
CaRRibeaN>на 2..3 поpядка меньше необходимой для башни (тpоса) космического лифта.

В принципе можно сделать башню переменного сечения, расширяюшуюся к верху. Теоретически, таким образом можно построить башню хоть из глины, вот только толщина будет сравнима с размерами Земли :-) Хотя нет, здесь уже не архитектура и сопромат будет а небесная механика и приливные силы :-)

Ну сталь, главное, сработает. Вот только таким образом будет вполне реально получить верхний конец башни толщиной метров так в 50-200, а такую массу вывети на орбиту при помощи РД - самоубийство планетарного масштаба. Экология не выдержит.
 

AV

втянувшийся
Уважаемый, CaRRibeaN!
Ваши выкладки довольно громоздки и времени разбираться в них пока нет. Приведу более примитивную оценку эффектов.

Пусть, для простоты, имеем невесомый трос длиной H и массу М, прикрепленную на конце троса (вся масса сосредоточена на конце лифта). Для того, чтобы груз не падал на Землю, вращаясь с угловой скоростью 1 об/сутки, величина Н должна быть больше высоты стационара. Радиус Земли обозначим R.

Пусть имеется полезная нагрузка m, которую нужно поднять на высоту h.

При расчете кинетической энергии не будем писать значение угловой скорости, так как в этой системе она одинаковая для всех компонент и входит во все члены соотношений, в итоге сокращаясь.

Первоначальная кинетическая энергия грузов равна

M (R+H)2 + m R2.

После подъема груза получим

M (R+H1)2 + m (R+h)2

Очевидно, что суммы кинетических энергий грузов до подъема и после подъема равны между собой. Тогда при h>0 получим Н1< H.

Следовательно, каждый подъем груза снижает высоту центра масс лифта за счет отклонения массы на конце лифта от вертикали. Рухнет лифт, когда, как указал shadeofgray, масса М опустится ниже ГСО (ниже при угловой скорости вращения Земли центробежная сила не способна скомпенсировать силу тяжести).
 

RD

опытный

To shadeofgray:
А причем здесь обсуждение космического лифта к колонизации околоземного пространства? :D может, стоило бы сменить тему?
 
RU Старый #15.04.2002 11:32
+
-
edit
 

Старый

из курилки

Если растягивать башню грузом, находящимся выше ГСО, то ничего никуда не упадёт. При подъёме груза просто лебёдкой башня лишь слегка наклонится "назад", а после остановки груза в нужном месте довольно быстро "выпрямится". Для получения достаточной жёскости не нужно никаких толстых башен. Обычный ( :) ) трос будет натянут как струна за счёт "супергеостационарного" противовеса.
Карибен, я не смог постичь ваших расчётов :) , скажите открытым текстом: насколько уменьшится угловая скорость Земли, если поднять по этой штуковине 1000 тонн с земной поверхности до высоты ГСО?
Поклонникам ЭРД. Вот это какраз тот случай, когда они займут свою нишу. Энергию можно с земли подавать в любом количестве. Ксенон возить наверх явно проще, чем жидкий водород, да даже кислород. И нужно его (ксенона) в 10 раз меньше. Кинетическую энергию вращения земли эта штуковина будет отдавать при запусках импульсами, а в промежутках между ними ЭРД будут не спеша закручивать всё обратно.
Так что принципиальных трудностей никаких. Осталось только начать да кончить. :)
Ну есть мелкие проблемки, типа того, чтоб трос не перебило одним из тысячи болтающихся на орбите "Космосов". Но для такого случая их можно и подмести. Опять же проблемка: запуск с башни будет возможен только на экваториальные орбиты. Если потребуется что-нибудь солнечно-синхронное, то прийдётся помучиться. Но ничего, если даже взять одни геостационарные платформы, то и так неплохо. А если забраться существенно выше ГСО, то и на межпланетную траекторию можно выйти нахаляву. Кто там ядерно-импульсный двигатель изобретал? Поспешите, пока вас с лифтом не обогнали! ;)
Кстати, если спутник свалится с башни ниже высоты ГСО, то не обязательно он упадёт на землю. Он просто выйдет на орбиту с перигеем ниже точки запуска. И только ниже определённой высоты перигей окаждется в атмосфере.
Старый Ламер  
RU shadeofgray #15.04.2002 21:47
+
-
edit
 

shadeofgray

новичок
>>Может у кого есть мысль, как башню-"нить" стабилизировать?

CaRRibeaN>Натянуть, сделав центр тяжести ЗА ГСО.

Собственно говоря, так я и планировал. Но всё равно, при движении лифта вверх по башне, на башню будет действовать сила, направленная вниз. Центр масс башни всё равно будет съезжать вниз. Рассматривая систему башня-груз, при смещении вверх центра масс груза центр масс башни съедет вниз.

Если центр тяжести будет за ГСО, то башня просто упадёт не сразу, т.к. можно будет маневрировать, перемещая массу вдоль башни в районе ГСО.
 

AV

втянувшийся
Darth, так идея космического лифта заключена в том, чтобы однократно запустить трос и дальше не тратить энергию на разгон грузов, поднимаемых в космос (используется энергия вращения Земли). В Вашем случае нужна энергия на поддержание троса в космосе (магнитами), так чем же это лучше, чем вывод ракетой?
 
+
-
edit
 
энергия будет нужна в любом случае(или может perpetum mobile ;) )...подчеркиваю что магниты и все основная инфраструктура могут находится на Земле и нетребуется противовеса кроме гироскопа соотвественно... :rolleyes:
 
RU CaRRibeaN #17.04.2002 17:58
+
-
edit
 

CaRRibeaN

координатор

Еще раз напонимаю, что расчеты не мои!
Shadows of Invasion.  
+
-
edit
 
...а как насчет построить лифт по принципу гигантского левитрона,распредилить по поверхноти Земли магнит диаметром скажем 6(км) а на станции приема поставить гироскоп,магнитное поле будет компенсироать потерю высоты ну и можно будет "натянуть" трос...Возможен такой вариант.
 
+
-
edit
 

avmich

координатор

Неправда, есть ещё проблема - что делать со спутниками. Ето из технических, из нетехнических - зачем это надо, если можно проще.

Ну и наезд :)
 
+
-
edit
 
Старый> Карибен, я не смог постичь ваших расчётов :) , скажите открытым текстом: насколько уменьшится угловая скорость Земли, если поднять по этой штуковине 1000 тонн с земной поверхности до высоты ГСО?

Я, с позволения, отвечу за CaRRibeaNa.

Ни насколько :) По порядку (лень считать момент неоднородного шара), период изменится на 10-12 сек. Для того, чтобы изменить период на 1 сек, нужно затащить на ГСО 1015т. На первое время хватит, а там чего-нибудь придумаем :)

Так что проблема с лифтом - совсем не эта. Проблемы две:
а) как притянуть астероид-противовес на ГСО
б) как сделать достаточно прочный трос длиной 40000 км.

Обе эти проблемы (а особенно первая) в обозримом будущем не разрешимы.

Комментарии:
  • Удерживать астероид на ГСО - проблема уже мелкая. Если мы его туда уже дотащили, то корректировать орбиту уж как-нибудь сумеем. Кстати, наиболее реальным (наименее нереальным) способом является использование ледяного астероида, льда, как рабочего тела и ядерных реакторов для питания мощных ЭРД


  • Действительно, для вывода на орбиту не обязательно тащить груз до ГСО (6.6 радиуса Земли). Достаточно его дотащить до 4.7 радиуса. Это где-то 23700 км от поверхности (всего :) ).

Но нам это помогает слабо: противовес-то все равно на ГСО. И трос тянуть придется именно оттуда.

  • Жесткую башню (а не трос) высотой в 24000 км оставляю на совести авторов. Нет таких материалов. И не будет :) Никогда :D:D:D
 

в начало страницы | новое
 
Поиск
Настройки
Твиттер сайта
Статистика
Рейтинг@Mail.ru