Проблемы при реализации космического лифта

[AlexGorlanov]

В 60-х годах прошлого века в СССР была предложена и описана в научно-популярном журнале идея космического лифта для механического подъема спутников на орбиту и последующего их запуска в полёт.

Сравнительно недавно эта идея обсуждалась вновь, и было заявлено, что новые материалы вот-вот позволят её реализовать и съэкономить огромные средства при запуске спутников.

Напомню вкратце: на высоте примерно 40 тыс. км. создаётся геостационарная космическая платформа (например, над космодромом). Затем, на прочных тросах от платформы вертикально вниз и вверх начинают перемещать уравновешивающие друг друга грузы, с тем, чтобы платформа и центр тяжести всей системы продолжали оставаться на геостационарной орбите. Тросы разматывают до тех пор, пока нижний груз не коснется земной поверхности. Лифт готов.
С земной поверхности вверх по тросу на тележке перемещают полезный груз (спутник) до нужной высоты его будущей орбиты. Затем придают спутнику импульс в горизонтальном направлении (любым известным способом) и корректируют его выход на нужную орбиту.

Возникает необходимость в анализе осуществимости этого проекта. Предположим, что созданы новые материалы, прочности которых хватает, чтобы трос выдержал свой вес и вес полезного груза.
Какие ещё проблемы возникнут при реализации проекта и могут ли они помешать его осуществлению?
Кто что может сказать по этому поводу? (возможно, перечислить эти проблемы).

Спасибо. Удачи.
Алекс.

[AlexGorlanov]

AlexGorlanov в сообщении #195155 писал(а):

С земной поверхности вверх по тросу на тележке перемещают полезный груз (спутник) до нужной высоты его будущей орбиты. Затем придают спутнику импульс в горизонтальном направлении (любым известным способом) и корректируют его выход на нужную орбиту.

Например, для сохранения центра тяжести при подъеме полезного груза, будет необходимо симметрично перемещать приблизительно такой же массы груз на противоположной от платформы ветке лифта.
И куда этот груз девать, когда спутник покинет лифт? Запускать как симметричный спутник? Или сбрасывать на землю под крики "берегись"? (так он улетит в космос).

Или, например, не станет ли такая "фигура" высотой 80 000 км.(больше радиуса Земли) постепенно тормозить вращение Земли из-за трения при ненулевой плотности межпланетного газа в окрестности планеты?

А может, платформа рухнет на землю от обледенения троса?

И вообще, может этот проект сплошная ошибка? И неосуществим в принципе?

[barga44]

Вам надо не фантазировать, если вы ничего в этом не понимаете, а почитать экспертов.То, что уже десятилетия разрабатывается в НАСА.

Почитайте книгу отсидевшего лет 8 в СССР инженера Болонкина.Чудом оставшегося в живых и работающего на НАСА в США.
Его книга
Non-rocket Space Launch And Flight Hardcover: 468 pages

http://www.sciencedirect.com/science/book/9780080447315
http://bolonkin.narod.ru/p67.htm

[AlexGorlanov]

barga44 в сообщении #195781 писал(а):

Вам надо не фантазировать

Ваши слова о разработках НАСА в течении десятилетий проекта космического лифта не соответствуют действительности. Гранты, выделенные в последние 5 лет для исследований по этой теме,недостаточно велики, чтобы рассчитывать на серьезные реальные результаты. Из достигнутых результатов можно упомянуть красивые рекламные ролики, "тележки", ползавшие по канату, привязанному к воздушному шару на высоте трех километров, и кофейные чашечки с надписью "Космический лифт". Нанотрубки пока слишком дороги и как сделать из них сверхпрочную ленту-трос, пока не очень понятно. И счетчик обратного отсчета времени "до запуска лифта" на сайте заинтересованной компании выглядит пока несерьезно.
Болонкин же, на книгу которого Вы ссылаетесь, предлагает серьезно обсуждать проекты отправки тысяч туристов на Луну и Марс дешевым механическим способом (похоже, с помощью рогатки).

Мы так ничего и не узнали от Вас о возможных проблемах космического лифта. Наверное, Вы не в курсе.

А относительно фантазирования- не могу отказать себе в удовольствии процитировать пару Ваших абзацев:

barga44 писал(а):

...К финансам подмешивается страх.Теоретическая психология.Если вы прыгали с парашютом,то знаете, вы всегда испытываете страх за счет ускорения.Значит можно ввести единицу страха, измеряемого в единицах ускорения $m/c^2$.Ускорение связано с силой и законом сохранения импульса.То есть с механикой.Но если вы теряете деньги - вы также оспытываете страх.
Можем ли мы, измеряя ускорение биллиардных шаров, создать модель страха?И эту же модель из психологии применить к биологии?
Ведь когда на животных охотятся хищники, а на акционеров банки, они испытывают страх...

...Поэтому я занялся поисками аналогиий в биологии, финансах и гидродинамике,психологии и в других областях, способами введения единиц страха и жадности, ума и глупости для лучшего анализа биолгических систем,финансового рынка и механических систем.Может это поможет развить идеи искуственого интеллекта? ...

В принципе, я считаю фантазёров (в хорошем смысле) людьми очень ценными для науки - благодаря им сделаны все серьёзные открытия. А фантазер-фантазеру рознь.
" Imagination is more important than knowledge. "
- (A. Einstein)

Извините за оффтопик.

Спасибо. Удачи.
Алекс.

[ha]

Основные проблемы космического лифта (кроме прочности) - ветер, самолеты, космический мусор и гравитационное воздействие луны. Кроме того, совершенно не понятно как заменять трос.

[2w_ink]

ha в сообщении #196524 писал(а):

совершенно не понятно как заменять трос

надо чтоб сам трос был с "интеллектом" т.е. со способностью к авторегенерации материала.

[Кардановский]

AlexGorlanov: А вы хотя бы грубо прикидывали массу ,скажем, стального ГОСТовского лифтового троса диаметром этак хотя бы 12-18 мм и длиной 40000 м ?

[AlexGorlanov]

ha писал(а):

Основные проблемы космического лифта (кроме прочности) - ветер, самолеты, космический мусор и гравитационное воздействие луны. Кроме того, совершенно не понятно как заменять трос.

Из атмосферных воздействий, кроме воздействия ветра, я бы еще добавил вопрос обледенения и атмосферного электричества. Конечно, могут возразить, что с обледенением бороться умеют давно (в авиации), но надо еще адаптировать эти способы борьбы к данному необычному устройству. По поводу электричества можно еще упомянуть, что материал троса обладает электропроводностью, поэтому сыграет роль громоотвода. Однако эту роль он может играть, будучи заземлен. А как быть на этапе создания лифта, когда этот трос еще только опускают с платформы на землю?

Еще непонятно, как спутники будут избегать столкновения с тросом, учитывая высокую загруженность ближнего космоса в будущем. С самолетами вопрос проще, а вот с атмосферными зондами, летящими куда ветер дует - немного сложнее.

А космический мусор вообще ставит весь проект под вопрос.
Ремонт троса под нагрузкой после попадания в него любого предмета с орбитальной скоростью-это большой вопрос. А попадание в кабину транспортного блока?
А полный обрыв троса и "улет" всей системы в космос?
Значит, нужна система защиты?

Еще неплохо бы подумать о резонансных явлениях в системе. Ленты, кроме продольных колебаний, любят вращательные колебания вокруг продольной оси.

Проектанты уже отошли, похоже, от идеи питать движитель кабины лифта излучением наземного лазера, поскольку реализованных проектов подобных систем пока нет, только эскизные разработки. И проблем с формированием пучка и его наведением через атмосферу достаточно много, несмотря на применение метода обращения волновых фронтов.
Теперь разработчики упоминают также о возможности применения уже не одной, а двух лент в качестве электрических проводников для питания движителя кабины лифта. То есть, удорожание проекта в 2 раза минимум их не смущает.
Кстати, если тросов два- это облегчает проблему ремонта и замены одного из тросов.
Правда, затянуть на орбиту один трос, используя другой- не получится. Вряд-ли хватит запаса прочности одного троса- порвется около платформы. И непонятно, как сращивать порванный трос. Прочность связи должна быть не меньше, чем у основной ленты. Всякие известные способы вроде сварки и склейки - не годятся. Трос из нанотрубок будет изготавливаться по сложной технологии, использовать которую при ремонте затруднительно.
Значит, надо придумывать отдельную технологию ремонта.

А в чем выразится влияние Луны, кроме "приливного" воздействия на трос?
Если лифт на якоре, то вроде бы и ничего?

Спасибо. Удачи.
Алекс.

Добавлено спустя 12 минут 31 секунду:

2w_ink писал(а):

ha в сообщении #196524 писал(а):

совершенно не понятно как заменять трос

надо чтоб сам трос был с "интеллектом" т.е. со способностью к авторегенерации материала.

Отличное предложение. Но это получится "биологический" трос, для которого потребуется вывести специальных микробов. Они бы вырабатывали нанотрубки и встраивали их в структуру материала. Или бывает небиологическая регенерация?

Спасибо. Удачи.
Алекс.

Добавлено спустя 2 минуты 27 секунд:

Кардановский писал(а):

AlexGorlanov: А вы хотя бы грубо прикидывали массу ,скажем, стального ГОСТовского лифтового троса диаметром этак хотя бы 12-18 мм и длиной 40000 м ?

Проектанты прикидывали, что трос из нанотрубок выдержит свой вес на длине до 100 тыс. км.

[Шимпанзе]

AlexGorlanov в сообщении #195155 писал(а):

Напомню вкратце: на высоте примерно 40 тыс. км. создаётся геостационарная космическая платформа (например, над космодромом).

Насколько я знаю, наибольший практический интерес представляет не искусственная платформа, а трос с Земли , привязанный к небольшому астероиду.

[AlexGorlanov]

Шимпанзе писал(а):

Насколько я знаю, наибольший практический интерес представляет не искусственная платформа, а трос с Земли , привязанный к небольшому астероиду.

И где ж его взять? Если притащить из космоса- так мы еще не умеем.
Кроме того, система из двух связанных тел должна вращаться вокруг общего центра масс.
Если масса астероида будет хоть чуть-чуть заметна по сравнению с массой Земли, то Земля начнёт слегка "болтаться" на своей траектории вокруг Солнца. Это нам надо? Вдруг случится "морская болезнь"? Опять же приливы-отливы, вдруг кого затопит? Хотя астероид на геоцентрической орбите не вызовет приливов, а создаст стабильное искривление средней береговой линии.

И, кстати, интересно - расскажите про практический интерес с астероидом- я об этом не слышал.

Спасибо.Удачи.
Алекс.

[Кардановский]

AlexGorlanov: Как вы себе представляете технологию выращивания нанотрубки(т.е.элементарного волокна космического супертроса) длиной 40000 км? Рискну предположить,что никак...Так что,увы,пока конструктору космического лифта необходимо полагаться на материалы уже имеющиеся ,т.е. с прочностью на разрыв где то не более 200-280 кг/мм2 А из таких материалов нервущийся супертрос длиной 40 тыс.км не изготовить -сопромат не позволяет!

[AlexGorlanov]

Кардановский писал(а):

AlexGorlanov: Как вы себе представляете технологию выращивания нанотрубки(т.е.элементарного волокна космического супертроса) длиной 40000 км? Рискну предположить,что никак...Так что,увы,пока конструктору космического лифта необходимо полагаться на материалы уже имеющиеся ,т.е. с прочностью на разрыв где то не более 200-280 кг/мм2 А из таких материалов нервущийся супертрос длиной 40 тыс.км не изготовить -сопромат не позволяет!

Нет-нет, проектировщики рассчитывают на непрерывный технологический процесс. Из установки выползает лента готового троса, состоящая из коротеньких, но сращенных в ленте волокон без потери прочности и ... ура. Вроде, прообраз такой технологии уже придуман и чуть ли не в России.

Спасибо.Удачи.
Алекс.

[barga44]

http://en.wikipedia.org/wiki/Space_elevator

Сейчас исследования идут по поиску технологий создания наноматериалов.Как только их найдут, вопросы отпадут.Потерпите 10 лет и все узнаете.
Если бы у меня был грант, попробывал бы поискать материалы не на основе углерода с массой 12, а на основе более легких материалов.Берилия,Лития,Бора.
То есть попытался понять, можно ли создать нанотрубки на основе Бора?
Если да,то трос может получится легче, чем углеродный.

Материал новый, который надо создать, должен быть в 3 раза прочнее, чем существующий.
Поэтому НАСА проводит международные соревнования среди университетов.
Россия там не участвует.Как очень бедная страна.

Но есть и нечистая сила которая мешает их проведению.
Например, команда университета Мигейл mcgill.ca у нас в Монреале.
столкнулось с тем, что бы уничтожен специально ее фургон
с комплексом приборов и аппаратов для соревнований.
Формально ее ударил трак.
Один из видов соревнований- создание лифта, энергию который получал бы от инфракрасного лазера с земли.
Оптические преоразователи вырабатывали ток и по сверхпроводящему кабелю лифт бы перемещался.Магнитное поле выталкивается из сверхпроводника.

Если бы у меня было время, я бы провел анализ.Насколько уменшится энергия подьема, если трос завертеть вокруг оси(прикрепив на земле его к оси подшипника) и создавать волны кручения и изгиба ленты.Тогда бы лифт двигался не попрямой, а по изогнутой полосе.И нагрузки на полоску уменьшались бы, компенсируемые аэродинамической силой, от центробежной силы.
То есть использовался бы эффект бича.Все слышали сверхзвуковой хлопок, щелчек.Его очень боятся быки.Вот этот эффект можно было бы использовать для разгона лифта.Грузов без пассажиров.Или для экстренного торможения.
Может быть сделают конструкцию в виде эскалатора.Когда лента крепится не не подвижно к земле, а к большому колесу.Колесо с тросом вращается и дополнительно ускояеи движение лифта.
Но тогда и в космосе должно быть колесо небольшого диаметра.То есть заменить ленту или трос на закнутое кольцо.Одна часть будет спускаться, а другая поднимать грузы.Может это окажется возможным сделать.

[AlexGorlanov]

barga44 в сообщении #197678 писал(а):

Сейчас исследования идут по поиску технологий создания наноматериалов.Как только их найдут, вопросы отпадут.Потерпите 10 лет и все узнаете.

Конечно, потерплю. Только вряд ли 10 лет хватит. А сто лет мне не дотерпеть.
Вот и думай тут.
А как вращать, или хлопать, как бичом, многотонным тросом? Причем, натянутым со страшной силой, даже у поверхности Земли.
Хотя мысль интересная, но нужно для её реализации напридумывать еще кучу всего, еще больше самого лифта.
А колеса невозможно применять, поскольку проектанты считают, что сечение троса должно изменяться с высотой, причем должно расти по экспоненте.

Вот тут есть раздел "Биология и Медицина", мы там с любителями вечной жизни обсуждаем, как прожить 1000 лет. Если придумаем, как, - всё увидим своими глазами.

Спасибо. Удачи.
Алекс.

[Ксей]

На земле самолет оказался экономичнее канатной дороги.
Проблема современной ракеты в том , что она везет с собой весь запас малоэффективного топлива.
Скорее всего, будет легкий самолет-космолет с прямоточным двигателем, получающим энергию с земли. На спуске он будет возвращать энергию (вроде трамвая).