Pytanie:
Czy istnieją jakieś teoretyczne ograniczenia wielkości stacji / konstrukcji kosmicznych wykonanych przez człowieka?
Zoltán Schmidt
2013-07-29 23:27:51 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Pytanie mówi samo za siebie. Jeśli odpowiedź brzmi „tak”, jakie są problemy w tworzeniu wielkoskalowej struktury przestrzennej, może nawet kilkudziesięciu kilometrów? A co z przeniesieniem &, repozycjonowaniem, budową, obsługą, dostarczaniem, konserwacją i naprawą problemów związanych z hiperstrukturami kosmicznymi (na przykład fabryka jądrowa w kosmosie)?

Mogę sprawdzić tylko jeden aspekt: ​​przemieszczanie i repozycjonowanie.

Teoretycznie większe struktury kosmiczne (takie jak stacje kosmiczne) nie wymagają poważnego napędu, ponieważ można je budować w kosmosie (tak jak to miało miejsce w przypadku Międzynarodowej Stacji Kosmicznej: została zbudowana kawałek po kawałku), a przesuwanie ich konieczne przy zmianie pozycji - ale jeśli mogłyby dostać się na orbitę (wokół księżyca, planety lub nawet gwiazdy), są poruszane siłą grawitacji.

EDYCJA: słowem struktura mam na myśli obiekt wykonany przez człowieka, który spełnia określone funkcje. Nie chciałbym używać słowa stacja kosmiczna , ponieważ przy bardzo dużych skalach podobny obiekt byłby czymś więcej niż stacją.

słowem „struktura” mam na myśli obiekt stworzony przez człowieka, który spełnia określone funkcje. Nie chciałbym używać słowa _stacja kosmiczna_, ponieważ przy bardzo dużych skalach podobny obiekt byłby czymś więcej niż tylko stacją.
AFAIK, zapadanie się pod wpływem własnej grawitacji i zamienianie się w czarną dziurę jest jedynym ograniczeniem. Wyszukaj „Dyson Sphere”, na przykład coś WIELKIEGO. Nawiasem mówiąc, pamiętam przynajmniej kilka pomysłów dotyczących przekształcania asteroid w statki kosmiczne.
Ale nawet Gwiazda Śmierci nie była tak duża, że ​​zapadłaby się pod wpływem własnej grawitacji - mimo że była to tylko fikcyjna placówka. =)
Gwiazda Śmierci nie musiała przestrzegać praw fizyki, tylko prawa wyobraźni kinomanów. ;)
Wiem, nie byłem nawet do końca poważny =), ale aby stworzyć czarne dziury, potrzebna jest olbrzymia koncentracja ... Mam na myśli, jak masa Ziemi w główce szpilki. (źródło: VSauce) Jest to bardzo mało prawdopodobne w przypadku obiektu stworzonego przez człowieka.
Istnieją określone problemy ze skalowaniem związane z gradientem grawitacji, cyklami termicznymi i wibracjami, gdy mówimy o współczesnej technologii i ograniczonych budżetach. Jednak zatrzymanie czasu i pieniędzy na rzucanie sprawi, że znikną.
@DeerHunter Musiałem się trochę zastanowić nad cyklem termicznym, ale nie klasyfikowałbym tego jako zależne od rozmiaru. Myślę, że istnieje optymalny rozmiar, w którym naprężenia termiczne na orbicie są najgorsze ze względu na długość orbity i masę termiczną powodującą największy gradient termiczny.
Dwa odpowiedzi:
#1
+16
AlanSE
2013-07-30 00:38:30 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Aby być jak najbardziej praktycznym, misja promu kosmicznego STS-75 eksperymentowała z liną kosmiczną. Dla przypomnienia, uwięzi się zepsuły. Mówiąc dokładniej, pękł z powodów, które by go nie przerwały, gdyby linia była krótsza. Więc w pewnym sensie (ale tylko w ograniczonym sensie), widzieliśmy już pęknięcie przewodu kosmicznego z powodu jego rozmiaru.

Było to spowodowane interakcją prądu drutu z uwięzionym powietrzem z linii produkcyjnej. Prąd był spowodowany ruchem w polu magnetycznym Ziemi. To było 20 km. Nie możemy tego nazwać limitem w żadnym sensownym sensie, ponieważ NASA mogłaby teraz stworzyć lepszą więź, a celem całej misji było eksperymentowanie z prądem indukowanym. Więc izolator byłby lepszy.

Niemniej jednak prąd indukowany jest nadal zależny od rozmiaru . Jest to również specyficzne dla prędkości, pola magnetycznego i prawdopodobnie kilku innych rzeczy.

Siły pływowe

Na początku było napięcie w przewodzie były siły pływowe. Istnieje wiele propozycji uwięzi dla różnych systemów cislunar, które wykorzystują gradient grawitacji. Rozważano nawet stworzenie struktur dla ISS, które wykorzystywałyby siły pływowe do pomocy w utrzymaniu orientacji.

Jest kilka kryteriów. Siły pływowe rozciągają się tylko w jednym kierunku, więc w rzeczywistości może nie naprężać struktury w zależności od geometrii i tego, w jaki sposób jest skierowana.

W podstawowym ujęciu matematycznym pole pływowe rośnie liniowo wraz z ruchem od centralnego punktu. Jeśli masz element mechaniczny, to jest on zintegrowany na całej długości, aby dać siłę rozciągającą rzędu (długość) ^ 2, jak sądzę.

W sensownym sensie kosmiczna winda musi walczyć przeciw siłom pływowym i wymagałoby to futurystycznych materiałów. Moje słabe przybliżenie l ^ 2 byłoby niewystarczające w tej skali.

Samograwitacja

Coś może się zawalić pod własnym ciężarem. Oczywiście będziemy musieli założyć, że nie polega na presji wewnętrznej. Planety opierają się na własnym ciśnieniu wewnętrznym, aby utrzymać się stabilnie wobec własnej grawitacji. Jest to dość mało spektakularne, a ponieważ szukamy konstrukcji wykonanych przez człowieka, wyobrażam sobie coś w rodzaju Gwiazdy Śmierci.

Jeśli sferyczna stacja kosmiczna ma stałą gęstość, grawitacja rośnie liniowo od Centrum. Z tego powodu miałby taką samą (długość) ^ 2 skalę wymagań konstrukcyjnych, ale byłoby to ściskające. Możesz przesuwać granice materiałów bardziej za pomocą obciążeń rozciągających niż ogólnie obciążeń ściskających.

Ważne jest, aby pamiętać, że samograwitacja zależy od średniej gęstości konstrukcji. W rzeczywistości jest to zależność (gęstość) ^ 2. Argumentem za kwadratem jest to, że na Ziemi twoja waga wynosi po prostu (masa), ponieważ jest to grawitacja między tobą a Ziemią. Grawitacja własna jest między tobą a tobą. W ten sposób termin masowy zostanie wprowadzony dwukrotnie. Oznacza to, że bardzo rzadka struktura mogłaby teoretycznie obejmować rozmiar większy niż Ziemia, nie zapadając się pod wpływem własnej grawitacji.

Inne

Jest jeszcze jeden sposób, aby posunąć się dalej - użyj sił kinetycznych. Możesz mieć sztywną strukturę, która obraca się w dużym pierścieniu, co pozwala uniknąć kompresji własnej grawitacji. Możesz posunąć ten pomysł bardzo daleko, z ogromnymi samograwitującymi się rojami Dysona lub czymś podobnym. Ale może to nie spełni wymogu bycia „sztywnym”. Mogą istnieć inne obejścia. Moja kreatywność zawodzi mnie w tym momencie.

W tym momencie, dochodząc do absurdu, pojawiają się dziwne, a nawet komiczne ograniczenia, o których możesz pomyśleć. Na przykład, jeśli założymy, że nasz wzrost energetyczny nadal rośnie w tempie 1% rocznie, będziemy gotować Ziemię za około 1000 lat. To nie jest skomplikowany argument. Załóżmy tylko, że nadal rośniemy wykładniczo, a wniosek jest oczywisty. Można to zastosować na dowolnej granicy, w tym na Układzie Słonecznym lub galaktyce.

Ostatecznie tak, granicą byłoby przekształcenie się w czarną dziurę. Trudno przewidzieć, jak to się stanie wcześniej niż granica termiczna, ponieważ jest bardzo wrażliwa na gęstość materii. Teoretycznie można by stworzyć czarną dziurę bez katastrofalnego zdarzenia, takiego jak supernowa, ponieważ duże czarne dziury mogą mieć „gęstość” (określoną przez horyzont zdarzeń) mniejszą niż woda. Więc gdybyś latał w przestrzeni kosmicznej gigantycznymi blokami ołowiu w starannie zaplanowanej formacji na przestrzeni wielu lat świetlnych, mógłbyś zamienić się w czarną dziurę w bardzo nowatorski sposób. Ale dlaczego?

Ale dlaczego? ** PONIEWAŻ MOŻEMY! ** Z żartów, duże +1 za długą, głęboką i precyzyjną odpowiedź!
@ZoltánSchmidt Zawsze jest nadzieja na tę funkcję w przyszłej wersji Kerbal Space Program
@ZoltánSchmidt - zwyczajowo odczekać co najmniej 24 godziny przed zaakceptowaniem odpowiedzi, aby dać ludziom ze wszystkich stref czasowych szansę na dodanie swoich 0,02 dirhamów. Odpowiedź Alana jest w porządku, pomyślałem, że musisz znać ten lokalny zwyczaj ...
@DeerHunter dzięki za wskazówkę, nikt jeszcze o niej nie wspomniał.
AlanSE - przepraszam, nie chciałem cię okraść ...
@DeerHunter - 0,02 dirhama przelicza się na zaledwie 1 centa amerykańskiego, a wszyscy wiemy, że powszechnie przyjęta standardowa wartość wkładów użytkowników to 2 centy amerykańskie. : P
#2
+4
aramis
2013-08-09 04:38:03 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Mówiąc najprościej: Górna granica to punkt, w którym obiekt nabiera wystarczającej grawitacji, aby się zapaść, oraz dostępna granica dostępnych materiałów.

Obiekt o wystarczającej masa powinna zapaść się samoczynnie w sferoidę; w przypadku krzemianów szacuje się, że średnica ta wynosi kilkaset mil; zwróć uwagę, że Ceres znajduje się powyżej granicy samoobrotu i ma około 0,00015 Ziemi (895E18 kg) i około 590 mil średnicy (około 1/13 średnicy Ziemi).

Nie można zbudować konstrukcji większej niż wszystkie dostępne materiały; w Układzie Słonecznym, zakładając kanibalizację wszystkich skalistych ciał, to ograniczenie wynosi około 3-4 mas Ziemi.



To pytanie i odpowiedź zostało automatycznie przetłumaczone z języka angielskiego.Oryginalna treść jest dostępna na stackexchange, za co dziękujemy za licencję cc by-sa 3.0, w ramach której jest rozpowszechniana.
Loading...