Космический лифт и проблема дешевого вывода на LEO

Вообще, я на НК сумасшедшую идею высказал. Повторяю.

Какая основная проблема Лифта? Та, что у него мизерная грузоподьемность относительно массы. Я прикидывал, получалось, что лифт на 1 тонну ПН с поверхности должен иметь массу порядка 400 тысяч тонн. При этом цикл подьема по Лифту составляет не менее 24 часов - и то это сильно оптимистично. Т.е. наращивание массы Лифта вдвое займет около 300 тысяч часов, т.е. около 35 ЛЕТ.

Предлагаю следующее. Мы умеем летать в атмосфере, с приличной скоростью. 2 и даже 3 М - не есть что-то недостижимое. Строим стратосферный самолет с ядерной энергоустановкой. БОЛЬШОЙ самолет - порядка 2-3 тыс. тонн массой, причем возможно их несколько понадобится. Запускаем на орбиту в 10 тыс. км катушку троса, разматываем ее и цепляем к этому самолету. Получается динамический Лифт. После чего с борта самолета можно по нему поднимать грузы.
Высота нулевой силы тяжести для него будет уже не 36, а 10 тыс. км, более того,
относительная масса конструкции получается в 9 раз меньше - на лифт на 1 тонну это уже не 400 тысяч, а 40. Причем их еще и везти надо значительно ниже - на 10 тыс. км. Т.е. по начальной доставке этот Лифт лучше раз в 15. Далее, скорость наращивания его втрое выше - он банально короче. 9*3 = 27 раз.
Короткий лифт удвоится чуть более чем за год, плюс стартовый комплект будет весить раз в 15 меньше - это где-то 5 лет выигрыша.

После того как мы накопили на 20 тыс. км достаточно материала для большого Лифта, можно начать вкачивать в него момент импульса - т.е. разматывать Лифт и одновременно его тянуть с утроенной силой Он перейдет на более высокую орбиту и в конечном итоге дотянется до ГСО. И при этом его скорость упадет до околонулевой. Переходные маневры в окрестности ноля представляют собой определенный интерес . В крайнем случае, надо сделать специальный тяговый модуль, который вообще не летает, а висит на тросе и тянет

интересно - а можно сделать лифт по
типу маятника : один конец жестко
закреплен на поверхности ,а другой
(с противовесом) раскачивается
(на высоте 1-3 тыс.км)вокруг точки
равновесия (чтобы результирующая
скорость была равна орбитальной)

А почему лифт нельзя сделать на нескольких лентах (6-8) разнесенных в пространстве на несколько десятков метров? Соединять их через 100км (например) по высоте, поперечными связями, чтоб при обрыве 1-2 лент катастрофы не происходило. Платформа движущаяся вверх-вниз заодно меняла бы поврежденные участки.

А если лифт продлить за пределы стационарной орбиты, то можно поднимать грузы вообще без затрат энергии, связав лентой груз на поверхности Земли и груз находящийся дальше стац. орбиты.

valture> интересно - а можно сделать лифт по
valture> типу маятника : один конец жестко
valture> закреплен на поверхности ,а другой
valture> (с противовесом) раскачивается
valture> (на высоте 1-3 тыс.км)вокруг точки
valture> равновесия (чтобы результирующая
valture> скорость была равна орбитальной)
Не- звезданется об землю.

hcube> Вообще, я на НК сумасшедшую идею высказал. Повторяю.
hcube> Какая основная проблема Лифта? Та, что у него мизерная грузоподьемность относительно массы. Я прикидывал, получалось, что лифт на 1 тонну ПН с поверхности должен иметь массу порядка 400 тысяч тонн. При этом цикл подьема по Лифту составляет не менее 24 часов - и то это сильно оптимистично. Т.е. наращивание массы Лифта вдвое займет около 300 тысяч часов, т.е. около 35 ЛЕТ.
hcube> Предлагаю следующее. Мы умеем летать в атмосфере, с приличной скоростью. 2 и даже 3 М - не есть что-то недостижимое. Строим стратосферный самолет с ядерной энергоустановкой. БОЛЬШОЙ самолет - порядка 2-3 тыс. тонн массой, причем возможно их несколько понадобится. Запускаем на орбиту в 10 тыс. км катушку троса, разматываем ее и цепляем к этому самолету. Получается динамический Лифт. После чего с борта самолета можно по нему поднимать грузы.
hcube> Высота нулевой силы тяжести для него будет уже не 36, а 10 тыс. км, более того,
hcube> относительная масса конструкции получается в 9 раз меньше - на лифт на 1 тонну это уже не 400 тысяч, а 40. Причем их еще и везти надо значительно ниже - на 10 тыс. км. Т.е. по начальной доставке этот Лифт лучше раз в 15. Далее, скорость наращивания его втрое выше - он банально короче. 9*3 = 27 раз.
hcube> Короткий лифт удвоится чуть более чем за год, плюс стартовый комплект будет весить раз в 15 меньше - это где-то 5 лет выигрыша.
hcube> После того как мы накопили на 20 тыс. км достаточно материала для большого Лифта, можно начать вкачивать в него момент импульса - т.е. разматывать Лифт и одновременно его тянуть с утроенной силой Он перейдет на более высокую орбиту и в конечном итоге дотянется до ГСО. И при этом его скорость упадет до околонулевой. Переходные маневры в окрестности ноля представляют собой определенный интерес . В крайнем случае, надо сделать специальный тяговый модуль, который вообще не летает, а висит на тросе и тянет
Трос об атмосферу сотрется бысто, а так ничего )

Об КАКУЮ атмосферу? Самолет летит на 20 км, на 60 км атмосфера сходит практически на нет. Т.е. остается 40 км. 40 км для ленты сечением в 10 см - это 4000 м2. Такого порядка надо иметь суммарный мидель тянущих самолетов и базовой станции - и это если ленту по потоку не поворачивать направляющими. У скажем айрбаса 380 мидель порядка 100-150 м2, т.е. надо в трос 'запрячь' штук 50 самолетов такого размера, ну или штук 10 таких как я описал - здоровенных, по 2 кт летающих крыла. Суммарная масса, т.е. - 20 кт. Притом это еще оценка сверху, т.к. плотность атмосферы сильно падает с высотой, на 20 км она уже порядка 0.4 от уровня моря.

Но это все фигня на самом деле. Ибо экономится вывод 400Кт на орбиту в 30 тыс. км, а это СУЩЕСТВЕННО дороже чем сделать самолет и даже 10 самолетов такой массы.

Еще интересно, как должен быть оптимизирован профиль троса для обеспечения максимальной грузоподьемности. Поясняю мысль - если у нас есть запас прочности 10%, то на нижний конец троса мы можем подвесить допустим тонну. Но поднявшись так чтобы оставить под собой 10 тонн троса, мы можем с тем же запасом тянуть уже 2 тонны. Мысль понятна? Если мы усилим нижний конец троса так чтобы он держал 2 тонны, то грузоподьемность Лифта возрастет вдвое. Но тогда надо НЕСКОЛЬКО усилить и более верхнюю часть. Какой должен быть оптимальный профиль троса для обеспечения максимума грузопотока?

S.I.> А если лифт продлить за пределы стационарной орбиты, то можно поднимать грузы вообще без затрат энергии, связав лентой груз на поверхности Земли и груз находящийся дальше стац. орбиты.
прямо в унисон. Лифт поддерживает себя при подъеме грузов за счет торможения Земли. Если продлить далеко и пустить массу до конца, получится супер-электростанция . Черпай, пока Земля не остановится. Если скорость конца лифта будет > 2-й космической, порода будет улетать навсегда.

Hcube, а ты считал вес лифта из той наноткани, что 175МПА/(г/см³)?
Я там сравнивал лифт и маховик. При том, что я к маховикам равнодушен, его скорость из этой ткани будет = sqrt(P[МПа]/p[кг/м³]) = 18.7 км/с!

Нет, из обычного углеволокна 7 ГПа. Наноткань еще надо получить, к тому же еще вопрос по поводу деградации характеристик.

см сообщ выше

(блин)ссылка на нее Нанотехнологии Nanonewsnet | Сайт о нанотехнологиях #1 в России

Полл> Для реакторов нужны радиаторы охлаждения. Они мало того, что большие - еще и со сложной структурой, тяжелее и сложнее в складывании, чем СБ

Не совсем верно. Размер радиатора обратно пропорционален четвёртой степени температуры. И если электроника должна работать при 300К (ибо специально конструировать на другие температуры дороговато) - то реактор запросто работает и при несколькох тысячах градусов. (На ЖМТ, да - но какой теплоноситель в космосе без подогрева не застынет?)

kost2> кстати об инерции мышления )
kost2> кто мешает построить лифт и на луне? Имея его на Земле?
Высота селеностационарной орбиты А также постороние объекты на таковой

Знаете, я того... несколько не верю в суперпупермегахарактеристики. Если эта наноткань такая хорошая, что же ее нету? Опять же - еще раз, вопрос о деградации характеристик и о обьемах производства.

hcube> Предлагаю следующее. Мы умеем летать в атмосфере, с приличной скоростью. 2 и даже 3 М - не есть что-то недостижимое. Строим стратосферный самолет с ядерной энергоустановкой. БОЛЬШОЙ самолет - порядка 2-3 тыс. тонн массой, причем возможно их несколько понадобится. Запускаем на орбиту в 10 тыс. км катушку троса, разматываем ее и цепляем к этому самолету. Получается динамический Лифт. После чего с борта самолета можно по нему поднимать грузы.
Интересно, какой трос выдержит 3М? И как его можно развернуть, если очевидно, что трос будет тормозить очень сильно под действием аэродинамических нагрузок, т.е. вся система будучи опущена одним концом троса в атмосферу очень быстро начнет падать на Землю...
Вы можете посчитать сопротивление и температуру 20 км троса в атмосфере на скорости 3М?

Температура - порядка 500С, для углеволокна это ничто. 20 км эквивалента много, я бы все-таки сказал, что их 15 - на 35 км воздуха уже почти нету. На 10 см - получается 1500 м2. Я не могу оценить скоростной напор, бе на сверхзвуке он сложнее считается, чем на дозвуке. Ну, скажем, можно взять эквивалент Ту-160. У лебедя суммарная тяга двигателей - 100 тонн, площадь миделя - порядка 50 м2. Т.е. для компенсации сопротивления троса нам надо от 30 до 50 Тушек. Ну, или что-то покрупнее в сопоставимом количестве. Я, повторюсь, предлагал ядерное летающее крыло, с ядерными ТРДФ на крыле. Взлетная масса - 2000 тонн (т.е. порядка 5 160-х), суммарная тяга - 1000 тонн.

Нагрев троса можно тоже оценить. Скорость - 1000 м/с, суммарная тяга - 100 КН, т.е. суммарная мощность - 100 МВт. На 40 км троса. Т.е. по 2.5 МВт на километр, по 2.5 КВт на метр. Учитывая постоянный обдув - температура вряд ли будет выше 500С. В крайнем случае можно сделать трос не плоского сечения, а круглого. Опять же, с ростом несущей способности троса, его поперечное сечение будет расти линейно, а несущая способность - как куб размера.

hcube> Температура - порядка 500С, для углеволокна это ничто. 20 км эквивалента много, я бы все-таки сказал, что их 15 - на 35 км воздуха уже почти нету. На 10 см - получается 1500 м2. Я не могу оценить скоростной напор, бе на сверхзвуке он сложнее считается, чем на дозвуке. Ну, скажем, можно взять эквивалент Ту-160. У лебедя суммарная тяга двигателей - 100 тонн, площадь миделя - порядка 50 м2. Т.е. для компенсации сопротивления троса нам надо от 30 до 50 Тушек. Ну, или что-то покрупнее в сопоставимом количестве. Я, повторюсь, предлагал ядерное летающее крыло, с ядерными ТРДФ на крыле. Взлетная масса - 2000 тонн (т.е. порядка 5 160-х), суммарная тяга - 1000 тонн.
hcube> Нагрев троса можно тоже оценить. Скорость - 1000 м/с, суммарная тяга - 100 КН, т.е. суммарная мощность - 100 МВт. На 40 км троса. Т.е. по 2.5 МВт на километр, по 2.5 КВт на метр. Учитывая постоянный обдув - температура вряд ли будет выше 500С. В крайнем случае можно сделать трос не плоского сечения, а круглого. Опять же, с ростом несущей способности троса, его поперечное сечение будет расти линейно, а несущая способность - как куб размера.
Ежели едреное долго летает- обязательно раньше или позже &изданётся об Землю.
Да и прочность углеволокна при 500С много-много меньше

Не-а. Много падают скажем B-747? А эта штука вообще не садится кроме как для замены реакторов. Которых на ней к слову должно быть штуки 4. Но даже если и упадет - то упадет она в приэкваториальной полосе. А это - центральная Америка, центральная Африка и немного - Индонезия.

По поводу падения прочности - это документальные данные? Если я правильно помню, то как раз у углеволокна проблемы падения прочности нету - вспомним тот же композит углерод-углерод. Это ведь не угле_пластик_ а чистое углеволокно.

Вот столько разговоров про этот лифт - но нигде не могу найти расчета. Как должно меняться сечение троса/ленты с высотой? Из сопромата понимаю, что найбольшее сечение на ГСО. А интегрировать нынешние студенты умеют?

hcube> Не-а. Много падают скажем B-747? А эта штука вообще не садится кроме как для замены реакторов. Которых на ней к слову должно быть штуки 4. Но даже если и упадет - то упадет она в приэкваториальной полосе. А это - центральная Америка, центральная Африка и немного - Индонезия.
hcube> По поводу падения прочности - это документальные данные? Если я правильно помню, то как раз у углеволокна проблемы падения прочности нету - вспомним тот же композит углерод-углерод. Это ведь не угле_пластик_ а чистое углеволокно.
То-то жители будут рады.. Уж лучше взрыволет от пингвинов пускать..
Трос-то или лента работают только на растяжение, на изгиб - нет. Ну и будет он полоскаться за самолем.

S.I.> Вот столько разговоров про этот лифт - но нигде не могу найти расчета.

В Википедию сходи - там есть все формулы

Ник

S.I.>> А если лифт продлить за пределы стационарной орбиты, то можно поднимать грузы вообще без затрат энергии, связав лентой груз на поверхности Земли и груз находящийся дальше стац. орбиты.
поверхностный> прямо в унисон. Лифт поддерживает себя при подъеме грузов за счет торможения Земли. Если продлить далеко и пустить массу до конца, получится супер-электростанция . Черпай, пока Земля не остановится. Если скорость конца лифта будет > 2-й космической, порода будет улетать навсегда.
Да.. А ещё блоки-полиспасты можно применить.

S.I.> А почему лифт нельзя сделать на нескольких лентах (6-8) разнесенных в пространстве на несколько десятков метров? Соединять их через 100км (например) по высоте, поперечными связями, чтоб при обрыве 1-2 лент катастрофы не происходило. Платформа движущаяся вверх-вниз заодно меняла бы поврежденные участки.

отличная идея! Так все канатные дороги устроены.
Учтите, что эти участки будут разными по толщине - нагрузки то разные на разных высотах. По моим прикидкам - это на порядок снизит вес конструкции.

hcube> Знаете, я того... несколько не верю в суперпупермегахарактеристики. Если эта наноткань такая хорошая, что же ее нету? Опять же - еще раз, вопрос о деградации характеристик и о обьемах производства.

История вопроса такова. Фулерены вызвали всплеск интереса к "странным" углеродам в начале века. Нанотрубки получены 2 года назад, теперь уже в 3-х университетах получена ткань. Кстати, сразу после этого, сообщения из этих университетов обрываются, по понятным причинам. Судя по описанному процессу изготовления ткани - способ вполне промышленный, т.е. километры в сутки - вполне реальная производительность завода.

170 МПа - это только начало, т.к. сильно ниже прочности единичной трубки, тут вопрос в способе соединения и длине единичной трубки. Я думаю, еще есть над чем работать.

Деградация характеристик - это то, чего не следует бояться у тканых материалов, они вовсю используются в авиапромышленности (крылья, фюзеляж, втулки и лопасти винтов и роторов) именно из-за чрезвычайной стойкости и отсутствию усталостного разрушения. Грубо говоря - ротор не разрушается от прострела пулей, в отличие от алюминиевого.

Вообще говоря, у Лифта должна быть некая перегрузочная станция на высоте порядка 100 км. Во первых, ниже нужно делать ленту повышенной прочности, для оптимизации грузоподьемности. Опять же, если Лифт долго не используется - то на эту станцию можно нижнюю ленту втянуть, чтобы за атмосферу не тормозила. Далее, на этой точке меняется принцип движения. До нее прямой смысл делать механическое движение, этак на 100 км/ч, а выше - электромагнитную тренспортную систему - ну. там, линейный двигатель или что-то типа того, факт в том, что полностью безконтактное, и скорости уже на уровне километров в секунду.