Космический лифт и проблема дешевого вывода на LEO

S.I.>> Вот столько разговоров про этот лифт - но нигде не могу найти расчета.
Wyvern-2> В Википедию сходи - там есть все формулы
Wyvern-2> Ник
Спасибо за подсказку! На Космический лифт — Википедия
нашел формулу зависимости сечения троса от расстояния до центра Земли - r. Проинтегрировав её МатКАДом по dr, получил объём и, умножив на плотность, массу троса.
Очень сильная зависимость массы от плотности и предела прочности материала. Трос длиной 100000км от земли при прочности 30ГПа ( кварцевое волокно) и плотности 2,21т/м3 имеет массу 500000т. При 25ГПа - около миллиона тонн. При 35ГПа - 320000т
При 50ГПа (углеродные нанотрубки) 140000т.
При 120ГПа и 1,8т/м3( фантастические параметры) - 33000т.
Это при начальном сечении троса в 1см2. Для кварцевого волокна - грузоподъемность лифта 300т. Если меньше-то и общая масса системы во столько же раз меньше.
Ну, и если совсем фантазировать то при 170ГПа прочности и 0,5г/см3 плотности при грузоподъемности 17т вес троса составит 56т. С земли он виден не будет- начальный диаметр 1,1мм. Леска выдерживающая 17 тонн...
Я бы ориентировался на реальное кварцевое волокно прочностью до 35ГПа.
Всё равно для запуска нужен Орион-взрыволёт, а его экономичность растет с ростом массы.

hcube> Нет, из обычного углеволокна 7 ГПа. Наноткань еще надо получить, к тому же еще вопрос по поводу деградации характеристик.
Хех, при грузоподъемности лифта 30,0 т его масса составит при 7ГПа более 3,2 миллиардов тонн!

По скорости подъема-
Для подъема за месяц на ГСО (скорость 50км/час) нужна мощность в начале подьема 140кВт на тонну веса. Если быстрее - пропорционально больше.

S.I.>>> Вот столько разговоров про этот лифт - но нигде не могу найти расчета.
Wyvern-2>> В Википедию сходи - там есть все формулы
Wyvern-2>> Ник
S.I.> Спасибо за подсказку! На Космический лифт — Википедия
S.I.> нашел формулу зависимости сечения троса от расстояния до центра Земли - r. Проинтегрировав её МатКАДом по dr, получил объём и, умножив на плотность, массу троса.
S.I.> Очень сильная зависимость массы от плотности и предела прочности материала.

Не обратил внимание, что масса троса еще очень сильно зависит от ВЫСОТЫ основания? И если бы трос начинался с 100км башни, то его можно было бы и из стали сделать?
Объединив АРАМИД и башенку хотя бы 10км высотой...

Ник

Пока только 1 км строят.

О безопасности троса от внешних воздействий (метеоритов, мусора, радиации).
Странно видеть на рисунках художников лифт, висящий на ленте – самой уязвимой для внешнего воздействия форме (отношение площади к объему максимально возможное). Почему ленту нельзя свернуть в рулон/жгут??
Вероятность внешнего воздействия уменьшится во столько раз, во сколько уменьшится площадь поверхности.
Конечно, все спутники и мусор пролетают через плоскость экватора. Как, к стати сказать, и любую другую плоскость.
Но совсем не обязательно чтобы это произошло (восходящий или нисходящий узел орбиты совпал с тросом в момент пролета) именно в точке стояния троса. Более того, вероятность попадания в трос диаметром максимум несколько сантиметров ничтожно мала. Действительно большая часть мусора и ИСЗ находятся на высотах от 500 до 1500км, а сечение троса на этих высотах небольшое. Вероятность их встречи примерно такая же, как для свободно летающего спутника таких же размеров. Если считать опасное сечение 1000км на1см, то это примерно как для шара диаметром 100м.
Выход - использовать на опасных высотах несколько параллельных, разнесенных в пространстве на метры тросов с возможностью замены поврежденных участков. Или поднимать трос выше 1500км.
А действительно, почему нужен именно лифт, закрепленный на Земле, а не свободно летающий на ГСО космический кран?
Поскольку главная задача удешевление вывода, а не рост грузопотока? Вот где простор для инженерных фантазий!
Запускаем на ГСО бобину с тросом. Направляем крюк, висящий на тросе к Земле. Далее под действием градиента гравитации трос сам начинает разматываться в сторону земли. Бобина, естественно, по законам небесной механики начинает отодвигаться от Земли, так что общий центр масс системы остается в первоначальной точке.
Кроме того, бобина может раскручивать маховик, запасая энергию на последующий подъем троса!
Пустая бобина будет служить противовесом тросу, т.е. можно уменьшить его длину за счет увеличения массы бобины.
А зачем нам опускать до поверхности? Связываться со штормами, ураганами, молниями тропосферы?
Опустим до высоты в 20км! Самолет типа М-55 Геофизика, с грузом над фюзеляжем, радаром направим на крюк с ответчиком. Конечно, желательно для передачи груза, чтоб крюк не висел неподвижно, а двигался со скоростью допустимой для полета самолёта, скажем при операции дозаправки в воздухе, допустим 200м/с. Отлично! Долой ГСО, да здравствует квазистационарная орбита. Пусть бобина с тросом выписывает восьмерки от 50сш до 50юш. Нам проще выводить с Байконура. Ловим крюк над своей территорией.
Далее операция подцепки груза на летящий крюк – не сложнее дозаправки в воздухе.
Итак, груз на крюке, но не отцеплен от самолета.
И тут начинается интересный момент. Что будет, если летчик начнет постепенно сбрасывать газ и отдавать ручку от себя? Центр масс системы начнет постепенно опускаться, т.е. спутник как бы начнет переходить на более низкую орбиту, неизбежно по законам небесной механики, увеличивая орбитальную скорость. При этом скорость относительно поверхности Земли и атмосферы может, как увеличиться, так и уменьшиться в зависимости от начальной орбиты.
Действительно, пусть начальная орбита выше ГСО и в плоскости экватора (для простоты понимания) и крюк отстает от поверхности Земли, после подцепки центр масс оказался на высоте ГСО (допустим) тогда груз с крюком остановятся в этой точке относительно поверхности и атмосферы.
Но вернемся к 24 часовой орбите наклонением 50град.
После подцепки самолет может отделиться от груза, а может и не отделяться, а быть поднятым с ним на несколько десятков километров из плотной атмосферы. А через 12 часов описав половину восьмерки быть опущенным в неё где-нибудь над Южной Африкой. Кран, в отличие от лифта, может не только поднимать, но и переносить грузы. Можно подобрать и другие трассы опоясывающие Земной шар.
Но вернемся к выводу груза на орбиту - наматывая/отпуская трос можно не только поднимать, но раскачивать груз. Вплоть до полного оборота вокруг центра масс. Как на качелях. Тогда бобина окажется между землей и грузом.
Все, устал писАть,
При прочности материала 170ГПа и плотности 0,5г/см3 масса троса длиной 80000км составит 45т, грузоподъемность 17т. Диаметр – чуть более 1мм.

Ленту выбрали потому, что нужно обеспечить максимальную полщадь прилягания колес лифта к тросу. Представьте, что будет если вместо каната в спортивном зале повесить леску из нанотрубок. Попробуйте по ней забраться на верх...

foogoo> Ленту выбрали потому, что нужно обеспечить максимальную полщадь прилягания колес лифта к тросу. Представьте, что будет если вместо каната в спортивном зале повесить леску из нанотрубок. Попробуйте по ней забраться на верх...
А наматывать трос нельзя?

По моему скромному мнению, его даже построить не удастся. Материал троса будет деградировать быстрее, чем будут его удлинять.
Плюс к этому, трос будет столько весить, что это сильно перевешивает суммарный объем вывода на орбиту всех КА в мире за несколько лет.
Ну и последнее, лифту придется где-то брать энергию, чтобы ехать. Всякие подсветки лазером будут работать только на относительно небольшом растоянии.

foogoo> Ленту выбрали потому, что ...
...когда у тебя на брюках маленькая дырочка, брюки, что - сразу же расползаются на лоскуты?

Ник

Элементарно, Ватсон!
Берем результаты по экспонированию материалов. Лежат на сайте НАСА. По результатам определяется количество микрометеоритов на площадь. При увеличении площади возрастает вероятность "поймать" что-нибудь покрупнее.
Ну и для полного понимания картины можно псчитать площадь троса.

S.I.> А действительно, почему нужен именно лифт, закрепленный на Земле, а не свободно летающий на ГСО космический кран?
S.I.> Поскольку главная задача удешевление вывода, а не рост грузопотока? Вот где простор для инженерных фантазий!

ВАУ! Какая богатая идея!
Зачем ГСО? Зачем ЛИФТ? У нас на высокой (но вовсе не геостационарной) орбите летит спутник. Опускает трос до высоты 100-150км, так, что бы "крюк" двигался со скоростью относительно земной поверхности ~2км\сек. С Земли стартует аппарат -любого типа, хоть Фау-2, хоть Союз, хоть самолет с ГПВРД - который разгонясь до 2км\сек летит по баллистической кривой с апогеем 100-150км. Цепляет к крюку груз и ВУАЛЯ! Ты себе представляешь, СКОКА например, Союз выводяший 12т на LEO может в таком варианте поднять? А трос даже из простого арамида будет весить считанные тонны

Ник

И после подцепа груза, вся эта ерундень с веревкой начинает весело падать на землю.

А также нахрен рвётся под действием офигительной ударной нагрузки

А лифт не до Земли - вообще наикрепчайший сон разума, еще более глубокий, чем просто лифт Тогда вообще теряется весь и всяческий смысл лифта, потому что удешевить транспорт с LEO на ГСО можно тысячей куда более простых и доступных способов.

Fakir> А также нахрен рвётся под действием офигительной ударной нагрузки

А откудовА там "ударная нагрузка" ?

Fakir> А лифт не до Земли - вообще наикрепчайший сон разума, еще более глубокий, чем просто лифт

Умные люди не считают космические тросовые системы "сном разума"



404 Not Found


Web-хостинг


3. Панина О.С. Коррекция эксцентриситета орбиты космического аппарата с магнитодинамической тросовой системой

Ник

Wyvern-2> А откудовА там "ударная нагрузка" ?

Ну сам прикинь: у тебя есть болванка со скоростью 2 км/с, а ты хочешь за счёт захвата на трос сообщить ей орбитальную скорость, 7,8 км/с. Представляешь себе рывочек?

Wyvern-2> Умные люди не считают космические тросовые системы "сном разума"

И совершенно напрасно
А ссылки эти мало чего стоят - такие же "умные люди" и СЭС сном разума не считают, отчего они сном разума быть ничуть не перестают

Впрочем, магнитные тросовые системы может на что и сгодятся.

Wyvern-2>> А откудовА там "ударная нагрузка" ?
Fakir> Ну сам прикинь: у тебя есть болванка со скоростью 2 км/с, а ты хочешь за счёт захвата на трос сообщить ей орбитальную скорость, 7,8 км/с. Представляешь себе рывочек?
Нет, Работать будет.
Берем лифт-недомерок и цепляем его к спутнику на LEO.
Угловая скорость будет зависеть от высоты орбиты.
Далее подлетает ракета с земли, левитирует и подцепляет груз. Улетает - все падает.

Wyvern-2>> А откудовА там "ударная нагрузка" ?
Fakir> Ну сам прикинь: у тебя есть болванка со скоростью 2 км/с, а ты хочешь за счёт захвата на трос сообщить ей орбитальную скорость, 7,8 км/с. Представляешь себе рывочек?
Дык, объяснили ж что скорость крюка тоже 2км/с, поскольку центр масс летит много, много выше..

Wyvern-2>>> А откудовА там "ударная нагрузка" ?
Fakir>> Ну сам прикинь: у тебя есть болванка со скоростью 2 км/с, а ты хочешь за счёт захвата на трос сообщить ей орбитальную скорость, 7,8 км/с. Представляешь себе рывочек?
S.I.> Дык, объяснили ж что скорость крюка тоже 2км/с, поскольку центр масс летит много, много выше..

Сергей, а влом посчитать? У меня Маткаду нету, а ексел такие цифры считать отказывается

Только ты допускаешь ОШИБКУ - в формуле не ПРОЧность, а МОДУЛЬ УПРУГОСТИ -у того же арамида он за 130ГПа.

Ник

А ещё можно вывести спутник на слегка элиптическую орбиту чтоб трос сам нырял периодически на нужную высоту в нужном месте.

Wyvern-2>>>> А откудовА там "ударная нагрузка" ?
Wyvern-2> Fakir>> Ну сам прикинь: у тебя есть болванка со скоростью 2 км/с, а ты хочешь за счёт захвата на трос сообщить ей орбитальную скорость, 7,8 км/с. Представляешь себе рывочек?
S.I.>> Дык, объяснили ж что скорость крюка тоже 2км/с, поскольку центр масс летит много, много выше..
Wyvern-2> Сергей, а влом посчитать? У меня Маткаду нету, а ексел такие цифры считать отказывается
Wyvern-2> Только ты допускаешь ОШИБКУ - в формуле не ПРОЧность, а МОДУЛЬ УПРУГОСТИ -у того же арамида он за 130ГПа.
Wyvern-2> Ник
Да, но для кранОв/лифтОв нужон хороший запас прочности на динамические нагрузки. Как строителю вам положено знать.

foogoo> И после подцепа груза, вся эта ерундень с веревкой начинает весело падать на землю.
Ежели хреново рассчитать - так и будет. Если правильно - просто перейдёт на более низкую орбиту.

foogoo> Ну и последнее, лифту придется где-то брать энергию, чтобы ехать. Всякие подсветки лазером будут работать только на относительно небольшом растоянии.

Лифту- да, крану - нет, если в качестве противовеса использовать груз расположенный выше центра масс системы.

foogoo>> И после подцепа груза, вся эта ерундень с веревкой начинает весело падать на землю.
S.I.> Ежели хреново рассчитать - так и будет. Если правильно - просто перейдёт на более низкую орбиту.

У меня получается, что орбита с 2км\сек на 150км имеет высоту около 20 000км.
Если поднимать груз с 150км, до 250 и с 2км\сек до 8км\сек то насколько может быть ЛЕГЧЕ спутник-кран?

Ник