Space Lift - planul pentru eliminarea sarcinilor dispozitivului pe orbită planetară sau dincolo de ea. Se bazează pe utilizarea unui cablu care se extinde de la suprafața planetei la stația spațială. Probabil, o astfel de metodă în viitor ordinele de mărime mai ieftin decât utilizarea de rachete purtătoare.
Cablul este deținut de un capăt de pe planeta (pământ), iar cealaltă - la punctul fix deasupra orbita geostaționară planeta, datorită forței centrifuge. Pe coarda urca lift. care transportă mărfuri. In afara de marfa orbită geostaționară va fi accelerată, care chiar va trimite în afara orbitei planetare.
Design Editare
Există mai multe opțiuni pentru structura. Aproape toate dintre ele includ radix (de bază), cablu (cablu), ascensoare și balanțe.
în conformitate cu Regulamentul
spațiu de bază lift - un loc pe suprafața planetei, unde este atașat cablul și începe de ridicare a sarcinii. Acesta poate fi mobil, amplasată pe navă ocean. Propus și zboară de bază. [?]
avantaj bază mobilă - capacitatea de a se angajeze la manevre de evaziune uragane, furtuni și meteoriți care se încadrează. Avantajele unei baze fixe - o surse ieftine și accesibile de energie, precum și capacitatea de a reduce lungimea cablului. Diferența de câțiva kilometri de cablu este relativ mic, dar poate ajuta la reducerea grosimii necesare a porțiunii de mijloc și porțiunea de lungime, dincolo de orbita geostaționară.
cablu Editare
Cablul trebuie realizat dintr-un material având un raport extensibilitate extrem de mare (rezistența la tracțiune) la densitatea. lift spatial ar fi justificat economic în cazul în care va fi posibil să se producă la scară industrială, la o densitate rezonabilă cablu de cost comparabil cu grafit. și elongația de aproximativ 65-120 GPa.
Pentru comparație, extensibilitatea cele mai multe tipuri de oțel - aproximativ 1 APG și chiar mai puternică dintre speciile sale - nu mai mult de 5 GPa, cu grele de oțel. Există mult mai ușor extensibilitate Kevlar este în intervalul de 2,6-4,1 GPa, în timp ce fibra de cuarț - până la 20 GPa sau mai mare. Forța teoretică a fibrei de diamant este ușor mai mare.
Nanotuburile de carbon ar trebui, conform teoriei, au extensibilitate este mult mai mare decât este necesar pentru un lift spatial. Cu toate acestea, tehnologia pentru producerea lor în cantități industriale și întrețesere lor în cablu este doar începutul pentru a fi dezvoltate. Teoretic extensibilitate lor ar trebui să fie mai mult de 120 GPa, în practică, la cele mai inalte nanotuburi monostrat extensibilitate a fost de 52 GPa și media au fost rupte în intervalul 30-50 GPa. Cel mai puternic fir, țesute din nanotuburi, va fi mai puțin robustă decât componentele sale. Trebuie să continuăm cercetarea privind îmbunătățirea materialului tubing de puritate și crearea de diferite tipuri.
În cea mai mare parte a proiectului spațiu lift folosit nanotuburi cu un singur perete. În alungire mai mare multistrat, dar acestea sunt mai grele și relația lor cu densitatea de extensibilitate de mai jos. Opțiunea - de a utiliza o conexiune de mare presiune de nanotuburi cu un singur perete. În acest caz, deși a pierdut extensibilitate din cauza substituția sp²-bond (nanotuburi de carbon) pe sp³-obligațiuni (diamant), ele vor fi mai bine ținute într-o singură fibră de forțe van der Waals și va face posibilă producerea de fibre de orice lungime.
Conform declarațiilor făcute de unii cercetători, [2], chiar nanotuburi de carbon nu va fi niciodată suficient de puternic pentru producerea unui cablu spațiu lift.
Îngroșarea frânghie Editare
lift spațiu trebuie să reziste cel puțin greutatea, foarte considerabil din cauza lungimii cablului. Îngroșarea de o parte, crește puterea de cablu, pe de altă parte - se adaugă în greutate, și, prin urmare, puterea necesară. Sarcina pe ea va fi diferit în locuri diferite: în unele cazuri, secțiunea de cablu trebuie să reziste la greutatea segmentelor care sunt mai mici în cealaltă - pentru a oferi forța centripetă. țineți partea superioară a cablului pe orbită. Pentru a satisface această cerință și pentru a realiza cablu optimă la fiecare punct, grosimea acestuia va fi instabilă.
Se poate demonstra că, având în vedere gravitatea Pământului și a forței centrifuge (dar fără a lua în considerare mai puțin influența lunii și soarele), secțiunea transversală a cablului, în funcție de înălțimea va fi descrisă prin următoarea formulă:
Aici - cablu de zona secțiunii transversale în funcție de distanță de centrul pământului.
În formula, următoarele constante:
- - cablu aria secțiunii transversale la nivelul solului.
- - densitatea materialului cablului.
- - alungirea materialului de cablu.
- - frecvența circulară de rotație a Pământului în jurul axei sale, 7.292 × 10 -5 radiani pe secundă.
- - distanța dintre centrul pământului și baza de cablu. Acesta este de aproximativ egală cu raza Pământului, 6378 km /
- - accelerarea cădere liberă la baza cablului, 9780 m / s².
Această ecuație descrie cablul, grosimea care mai întâi crește exponențial, apoi creșterea încetinește la o altitudine de raze câteva Pământ o, iar apoi devine o constantă, ajungând la sfârșitul orbita geostaționară. După aceea, grosimea începe să scadă din nou.
Astfel, diferența dintre grosimea la baza cablului și GSO (r = 42,164 km) este
Substituind densitatea și oțelului la tracțiune și la nivelul solului diametru de 1 cm, obținem un diametru de nivel GSO de câteva sute de kilometri, ceea ce înseamnă că oțelul și alte materiale familiare pentru noi nu sunt potrivite pentru construirea de ascensoare.
Rezultă că există patru modalități de a realiza o grosime rezonabilă a cablului de la GSO:
- Utilizați un material mai puțin dens. Deoarece densitatea majorității solidelor este un interval relativ mic de 1.000 la 5.000 kg / m², care este puțin probabil să reușească să realizeze ceva.
- Utilizați un material mai durabil. În această direcție, în sol și du-te de studiu. Nanotuburile de carbon zeci de ori mai puternic decât cel mai bun din oțel, și acestea vor reduce în mod semnificativ grosimea cablului în nivelul GEO.
- Ridica bază mai mare de cablu. Datorită prezenței exponentului în ecuația chiar o ușoară creștere a bazei permite în mare măsură reduce grosimea cablului. Propus înălțimea turnului de 100 km, care, în plus față de economisire pe cablu va evita influența proceselor atmosferice.
- Asigurați-vă baza de cablu cât mai subțire posibil. Acesta trebuie să fie încă suficient de gros pentru a rezista ascensorului cu marfă, astfel încât grosimea minimă a bazei este de asemenea dependentă de extensibilitatea materialului. Cablu de nanotuburi de carbon este suficient pentru a avea baza o grosime de un milimetru.
Un alt mod - de a face baza liftului în mișcare. Moțiunea chiar și la viteze de 100 m / s va avea un câștig în viteză de rotație de 20% și a scurta lungimea cablului cu 20-25%, ceea ce va facilita acestuia 50 de procente sau mai mult. În cazul în care cablul „ancora“ pe jet supersonic, câștigul în greutate al cablului va fi măsurat deja nu un interes, dar de zeci de ori.
lift Editare
lift spatial nu poate funcționa ca un ascensor obișnuit (cu cabluri în mișcare), deoarece grosimea cablului său nu este constantă. Cele mai multe proiecte propune utilizarea ascensorului, pentru a urca un cablu fix, deși a oferit ca opțiuni pentru utilizarea cablurilor mici în mișcare de-a lungul segmentate întinse cablul principal.
Diferite metode de ascensoare de construcție. Pe cablurile plate pot fi folosite o pereche de role forța de susținere din cauza frecării. Alte opțiuni - ace în mișcare cu cârlige pe plăci, role cu cârlige glisante, levitație magnetică (puțin probabil, deoarece cablul va trebui să fie un fel greoaie) și așa mai departe.
Gravă problemă de proiectare lift - o sursă de energie. densitatea de stocare a energiei este puțin probabil să fie vreodată suficient de mare pentru a ridica suficient de energie în creștere în jurul cablului. surse externe posibile de energie - laser sau microunde grinzi. Alte variante de realizare - utilizarea de frânare ascensoare de energie, se deplasează în jos; diferența de temperaturi de troposferă; descărcare ionosferice și t. d. Versiunea de bază (raze de energie) are probleme serioase cu eficiență și disiparea căldurii la ambele capete, deși, dacă optimist se referă la evoluțiile tehnologice viitoare, este realizabil.
Ascensoarele trebuie să urmeze la distanța optimă a reciproc, în scopul de a minimiza sarcina pe cablu și oscilațiile sale și a maximiza randamentul. Zona de cablu cel mai de încredere - în apropierea bazei sale; nu ar trebui să fie mai mult de un lift. Ascensoarele, se deplasează numai în sus va crește lățimea de bandă, dar nu va permite să folosească energia de frânare în timpul deplasării în jos, și nu va fi în măsură să se întoarcă oamenii la pământ. În plus, aceste componente ascensoare pentru a fi utilizate pe orbită în alte scopuri. În orice caz, un pic mai bine decât mari ascensoare, deoarece programul mișcării lor va fi mai flexibile, dar ele impun mai multe limitări tehnologice.
contragreutate Editare
Contragreutatea poate fi creat în două moduri - prin legarea obiect greu (de exemplu, un asteroid) pentru orbita geostaționară sau continuarea cablului în sine la o distanță considerabilă de orbita geostaționară. A doua opțiune este mai popular recent, deoarece este mai ușor să pună în aplicare, și, în plus, de la capătul cablului alungit este mai ușor pentru a rula sarcini de pe alte planete, deoarece are o viteză semnificativă față de pământ.
impuls unghiular, viteza și înclinație Editare
Viteza orizontală a fiecărei secțiuni a cablului crește cu înălțimea proporțională cu distanța până la centrul pământului, la atingerea prima viteza orbita spațială geostatsinarnoy. Prin urmare, atunci când ridicarea unei sarcini, este necesar să se obțină un impuls unghiular suplimentar (viteza orizontala).
Momentul cinetic este dobândit datorită rotației Pământului. În primul rând, liftul se mișcă un cablu mai lent pic (efectul Coriolis), prin aceasta „retardare“ prin cablu și o resping ușor spre vest. Când ridicați viteza de cablu 200 kmh este înclinat cu 1 grad. Componenta orizontală a tensiunii din cablul de încărcare non-verticală trage departe, accelerând-l în direcția estică (a se vedea figura.) - astfel, ridicați dobândește o viteză suplimentară. Potrivit lui Newton a treia lege a cablului încetinește sol cu o cantitate neglijabilă.
În același timp, influența forței centrifuge determină cablul înapoi în poziția orizontală energetic favorabil, astfel încât acesta va fi într-o stare de echilibru stabil. În cazul în care centrul de greutate al ascensorului va fi întotdeauna deasupra orbita geostaționară, indiferent de ascensoare de viteză, acesta nu va cădea.
Până în momentul în care încărcătura GSO atinge elanul unghiular (viteza orizontală) suficientă pentru a aduce marfa pe orbita.
În timpul coborârii sarcinii va fi procesul invers, înclinarea cablului către est.
Lansarea în spațiu Editare
La sfârșitul turnului Pearson (vezi mai jos), înălțimea de 144 000 km de componenta tangențială a vitezei va fi 10.93 km / s, ceea ce este mai mult decât suficient pentru a scăpa de câmpul gravitațional al Pământului și lansarea de vehicule Saturn. În cazul în care instalația va aluneca liber pe partea de sus a turnului, viteza va fi suficient pentru a scăpa de sistemul solar. Acest lucru se întâmplă din cauza tranziției momentului unghiular total al turnului (și sol), la viteza de rulare a obiectului.
Pentru a atinge viteze mai mari se poate extinde cablul sau accelerare a mărfurilor în detrimentul electromagnetismului.
Economia a spațiului ascensorului Editare
Probabil, liftul spațiu va reduce considerabil costul de a trimite marfa în spațiu. Modern necesită mii foc de artificii cost cu o schimbare de dolari pe kilogram de mărfuri care urmează să fie ridicat într-o orbită de bază și aproximativ 20 000 de dolari SUA pentru a intra în orbita geostaționară. Creșterea ascensorului spațiu va costa câteva sute de dolari pe kilogram, și chiar mult mai puțin. [?]
Construirea unui ascensor spațiu este scump, dar costurile lor de operare sunt mici, deci este mai înțelept să folosească pentru o lungă perioadă de timp pentru volume foarte mari de mărfuri. În prezent, lansarea pe piață a încărcăturilor poate fi suficient pentru a justifica construirea unui lift mare, dar o scădere bruscă a prețurilor ar trebui să conducă la o mai mare varietate de bunuri. În același mod în care se justifică alte infrastructuri de transport - autostrăzi și căi ferate.
Costul de proiectare de ridicare este comparabil cu costul de dezvoltare a navetei spațiale. Nu există încă nici un răspuns la întrebarea dacă liftul spațiu va returna banii investiți în ea, sau ar fi mai bine să investească în dezvoltarea în continuare a tehnologiei de rachete.
Referințe Editare
lift spațiu în arte Editare
- Una dintre cele mai cunoscute lucrări ale Artura Klarka bazat pe ideea unui lift spatial
- Battle Ingerul (anime, manga și film) apare lift spațiu ciclopice. la un capăt al cărui este Ceresc orașului Salem (pentru cetățeni), împreună cu orașul de jos (pentru non-cetățeni), iar celălalt capăt este un oraș gazela spațiu.