Pytanie:
Czy winda częściowo przestrzenna może być praktyczna i przydatna?
Paul A. Clayton
2013-07-17 19:14:40 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Czy byłoby technicznie i ekonomicznie praktyczne zbudowanie i eksploatacja windy kosmicznej, która zapewniałaby transport tylko pomiędzy niższymi i wyższymi ścieżkami orbitalnymi?

Taki mechanizm pozwoliłby tylko uniknąć części problemy ze stałą windą na orbicie powierzchniowej i wprowadziłby inne problemy, takie jak konieczność dokowania z platformą poruszającą się z prędkością inną niż lokalna prędkość orbitalna.

W pewnym stopniu powiązane

Jakie bariery technologiczne musimy pokonać, aby zbudować kosmiczną windę?

Metody napędu inne niż rakiety do opuszczania ziemskiej atmosfery? ( SF odpowiedź wspomina o „częściowej windy kosmicznej” łączącej platformę dostępną dla odrzutowców z LEO.)

Innym proponowanym modelem jest użycie wirującej liny na orbicie, aby zaczepić się o ładunek na niższej orbicie i obrócić go na wyższą orbitę, przenosząc również pęd po uwolnieniu.
Trzy odpowiedzi:
#1
+18
PearsonArtPhoto
2013-07-17 19:40:57 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Krótko mówiąc, nie. Powodem jest to, że zdecydowanie najtrudniejszą częścią dotarcia w kosmos jest dotarcie do niskiej orbity okołoziemskiej. Jak to się mówi, kiedy już to zrobisz, jesteś w połowie drogi do dowolnego miejsca.

Trudno byłoby sprawić, by winda pozostała w niezakotwiczonych miejscach. Co więcej, zepsułoby to prędkość wymaganą do dotarcia do każdej z tych lokalizacji, a ostatecznie nie byłoby zbyt praktyczne.

Biorąc to pod uwagę, najbardziej praktyczną rzeczą, którą można zrobić w ten sposób polegałoby na zbudowaniu bardzo dużej platformy na szczycie góry i podniesieniu obiektu na szczyt platformy w celu wystrzelenia. To daje bardzo mało teoretycznych korzyści, chociaż zmniejsza opór wiatru i tym podobne.

Istnieje jednak system, który może pomóc po uzyskaniu orbity, wykorzystując więzy magnetyczne. Nie będę zawracał sobie głowy wyjaśnianiem całej fizyki, ale wskażę Ci Space Tethers, który omawia to dokładniej, a także przedstawię grafikę z ich strony internetowej, która to bardziej demonstruje.

enter image description here

Bardzo interesujące - nie wiedziałem o podejściu „użyj Ziemi jako stojana, uwięzi jako wirnika”. Oczywiście TANSTAAFL, należałoby jakoś wytworzyć energię elektryczną dla prądu uwięzi, ale to nadal jest znacznie lepsze niż dżety jonowe lub tym podobne.
Próbowali wytworzyć energię, używając ziemi jako stojana raz podczas misji promu kosmicznego, ale kabel się zepsuł. http://science1.nasa.gov/missions/tss/
@SF. Żagiel słoneczny w celu podniesienia orbity >> linka magnetyczna / przewodząca w „trybie generatora” w celu wytworzenia energii elektrycznej przechowywanej na pokładzie (beztarciowe koła zamachowe lub superkondensatory) >> doprowadza prąd z powrotem do uwięzi w „trybie silnikowym”, aby manewrować przeciw polu geomagnetycznemu. „Łatwe jak Pi”, prawda?
@hunter2: Teoretycznie. W praktyce żagiel słoneczny jest bardzo, bardzo słaby - aby unieść coś tak masywnego, potrzeba było wielu km ^ 2 tego. Poza tym nie działałby w cieniu Ziemi i działałby zamiast ciągnąć, gdy był po stronie Słońca - działałby tylko rano i wieczorem. Samo zasilenie kabla przez ogniwa słoneczne tylko po to, aby się poruszał, byłoby bardziej wydajne.
@SF. Tak, przypuszczam. Przynajmniej do pewnego momentu - można sobie wyobrazić, że w pewnym momencie może mieć sens zbudowanie / rozmieszczenie * ogromnego * żagla zamiast bardzo dużej liczby paneli (zwłaszcza jeśli tworzysz panele na Ziemi z mniej więcej metody). Idąc w drugą stronę, może przydałoby się to w przypadku mikro-satów - ale wtedy możesz sobie poradzić z jakimś rodzajem baterii / ogniwa paliwowego (i zadokować na statku-matce w celu odzyskania lub uzupełnienia) (lub PV, ale chodziło o to, że do małego siedziska nie potrzebowałbyś zbyt szalonego - wielkiego żagla).
Jeśli celem podróży jest LEO, to uwięź orbitalna niewiele pomoże. Jeśli Twoim celem jest GTO, LTO lub MTO, wtedy orbital może zaoferować OGROMNĄ przewagę. Biorąc pod uwagę, że udział masowy górnych stopni wynosi 50% lub mniej, wzmocnienie drugiego stopnia bez paliwa rakietowego skutecznie podwaja ładowność twojego wzmacniacza Ziemia-LEO. Istnieje wiele koncepcji uwięzi; każdy z nich należy ocenić niezależnie, przez co pytanie jest zbyt szerokie, a każda prosta odpowiedź z natury jest błędna. Gdyby można było wdrożyć którąkolwiek z proponowanych koncepcji uwięzi, koszt uruchomienia poza LEO zostałby znacznie obniżony.
Link nie żyje. :(
Scott Manley dostarcza informacji na temat startu z góry. https://www.youtube.com/watch?v=RsbDRDFVObE
#2
+10
SF.
2013-07-17 19:46:03 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Praktyczne i przydatne - tak. Ekonomicznie opłacalne czy możliwe technologicznie? Nie jestem pewien.

Z pewnością nie wymagałoby to prawie tylu materiałów tak niewiarygodnie trwałych, jak „pełna winda”. Samoloty z silnikiem odrzutowym są znacznie tańsze i łatwiejsze w budowie i obsłudze niż pojazdy o napędzie rakietowym. Gdy już znajdzie się w LEO, każdy pojazd może włączyć napęd o niskim ciągu i niskiej energii, taki jak żagiel słoneczny, i opuścić ziemski dół grawitacyjny za ułamek kosztów odpowiedniego napędu odrzutowego. Zasadniczo zapewniłoby to korzyści płynące z windy kosmicznej w tej części podróży, w której jej korzyści mają największe znaczenie - między atmosferą (gdzie pracują silniki odrzutowe) a LEO (gdzie pracują silniki orbitalne). Obecnie tę lukę wypełnia silniki rakietowe, które są po prostu niezwykle kosztowne.

Tyle korzyści. A teraz czas na problemy: problemy z dostarczeniem kilkuset kilometrów kosmicznej liny na orbitę (byliśmy tam z klasyczną windą kosmiczną) mamy rzeczywisty opór powietrza i brak kotwicy, która by ją ciągnęła i dostarczała energii plus podjeżdżający pojazd ściągnąłby go w dół. Ta rzecz nie utrzymywałaby się jak klasyczna winda kosmiczna, wymagałaby własnego napędu, aby utrzymać się na powierzchni. (OTOH, paliwo do wspomnianego napędu mogłoby być dostarczane przez te same samoloty i może to być dowolny z wielu zgrabnych "silników orbitalnych", bez konieczności stosowania kłopotliwych rakiet). Byłby cały problem zadokowania ładunku w stratosferze z prędkością ponaddźwiękową. Nie jestem pewien co do meteorologii stratosfery, ale myślę, że może to być kłopotliwe (choć nie gorsze niż w przypadku klasycznej windy kosmicznej). I oczywiście koszt użytkowania byłby znacznie wyższy niż w przypadku klasycznej windy, która mogłaby wykorzystywać wydajne silniki elektryczne do przenoszenia ładunku z ziemi daleko poza orbitę geostacjonarną - podczas gdy odrzutowce są o rząd wielkości tańsze niż rakiety, silniki elektryczne pozostawiają je daleko w tyle pod względem energii wydajność = koszt eksploatacji.

Jeszcze jeden problem: aktywny napęd nie może zawieść przez dłuższy czas. W przypadku klasycznej windy siedziałaby tam całkowicie bezwładnie bez żadnych problemów. W przypadku częściowej spadnie. Jeśli potrzebne są długie naprawy, można go wrzucić na wyższą orbitę, tak wysoko, jak potrzeba, i tam naprawiać z czasem, ale nieoczekiwane usterki po prostu go zniszczą.

Kilka rzeczy do rozważenia: 1) jeśli każdy funt wymagany przez skyhook (patrz moja odpowiedź) rekompensuje kilka funtów wymaganych przez inne pojazdy, potrzebujesz mniej siatki materiałowej. 2) Nie ma potrzeby umieszczania haka w miejscu, w którym wystąpiłby opór lub potrzeba ponownego uruchomienia. 3) Energię przekazywaną przez skyhook można uzupełnić za pomocą słonecznego napędu elektrycznego - który jest bardzo wydajny (wysoki ISP) i wymaga bardzo małej masy reakcyjnej.
@Erik re: # 2, ISS wymaga wzmocnienia, więc myślę, że można założyć, że (LEO) orbitalna / orbitująca linka również
ISS znajduje się na bardzo niskiej orbicie, więc wahadłowiec mógł się do niej dostać. Możesz być na wyższym LEO i prawie tak często nie potrzebować restartu.
@Erik: im niższa orbita, tym bardziej użyteczna lina. Gdzieś wokół pojawiło się inne pytanie, które zawierało listę kosztów energii w różnych częściach podróży, Ziemia-LEO była tak samo kosztowna jak LEO-Księżyc. Im niżej go umieścisz, tym jest bardziej przydatny.
To prawda. Wyższa uwięź wymaga większej wydajności rakiety nośnej.
#3
+7
Erik
2013-07-19 03:01:27 UTC
view on stackexchange narkive permalink

To bardzo praktyczny i przydatny pomysł. Jest często nazywany skyhookiem, a artykuł w Wikipedii zawiera wiele przydatnych informacji i linków na jego temat.

Prawdopodobnie najbardziej użyteczną cechą skyhooka jest możliwość przechowywania pędu orbitalnego czas za pomocą napędu elektrycznego i szybko przenieść go do „zaczepionego” statku kosmicznego - zmniejszając zapotrzebowanie na paliwo i związaną z nim masę.

Dostanie się do LEO jest najtrudniejszą częścią dotarcia w kosmos i dotyczy to paliwo, którego potrzebujesz, aby wyjść poza LEO. Więc coś, co może to zmniejszyć, jest bardzo cenne.

Prawdopodobnie największym wyzwaniem jest połączenie pojazdu poruszającego się po trajektorii suborbitalnej z końcem haka. Spotkanie nie byłoby trudne, ale podejrzewam, że miałbyś tylko jedną szansę.



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...