иной тип КОСМИЧЕСКОГО ЛИФТА

[zotr]

Интересует мнение специалистов по поводу такого конструктива.

Оговорюсь сразу - я не спец в области авиа и космоса,
поэтому хочу услышать адекватные замечания и корректировки.

Подобный конструктив был разработан основываясь на информации о тех проблемах которые есть при создании КЛ.


смысл идеи:
1) Использование в качестве несущей конструкции тросов разного диаметра и длины (под которой они не будут рваться)
и возможно даже материалов. Исходя из того что уже сейчас существуют в промышленном производстве материалы
которые на 70% подходят для строительства КЛ в таком конструктиве они будут без проблем "держать свою длину".

2)Использование "обычных" материалов для тросов-подъёма и передачи движения - они разделены на ступени,
это позволяет разделить зоны работы и как следствие возможные зоны последующих "починок".
Как капсула будет переходить от одно раздела к другому это отдельная тема, но там нет ничего сверхестественного.



Пока что интересует сам факт "выдержит ли такое" и на сколько это "лучше построить" чем один длинный трос


Так же интересует почему в Ю. Арцутанов придумал космолифт основываясь на том, что узнал о материале
с прочностью в 400км, а сейчас все разговоры идут о размещении на высоте в 40-100 тысяч км , при том что НОО = 250км

[Shestoper]

смысл идеи:
1) Использование в качестве несущей конструкции тросов разного диаметра и длины (под которой они не будут рваться)
и возможно даже материалов. Исходя из того что уже сейчас существуют в промышленном производстве материалы
которые на 70% подходят для строительства КЛ в таком конструктиве они будут без проблем "держать свою длину".

2)Использование "обычных" материалов для тросов-подъёма и передачи движения - они разделены на ступени,
это позволяет разделить зоны работы и как следствие возможные зоны последующих "починок".
Как капсула будет переходить от одно раздела к другому это отдельная тема, но там нет ничего сверхестественного.



Пока что интересует сам факт "выдержит ли такое" и на сколько это "лучше построить" чем один длинный трос

Существующие материалы, на 70% подходящие для космического лифта, смогут его держать ТОЛЬКО при переменном сечении тросса. Так что это идея не новая. (Кстати сечение троса должно быть иным, чем на вашем рисунке - самая толстая часть тросса близи ГСО, там максимальное натяжение из-за веса нижних участков.)
И производятся эти материалы пока не в промышленных, а в лабораторных масштабах, это две большие разницы.  
Так что повысят ли их прочность до достаточной величины, и наладят ли крупномасштабное производство - пока вопрос открытый.

 

Так же интересует почему в Ю. Арцутанов придумал космолифт основываясь на том, что узнал о материале
с прочностью в 400км, а сейчас все разговоры идут о размещении на высоте в 40-100 тысяч км , при том что НОО = 250км
 

Потому что лифт на НОО смысла не имеет. Если подняться на 250 км, а потом отделиться от лифта, очень быстро шлепнешься на Землю. Орбитальная скорость на НОО относительно поверхности Земли почти 8 км/c. Как её набирать?
Да и не стабилизируется лифт такой высоты.
Имеет смысл лифт как минимум на ГСО, там угловая скорость при орбитальной скорости равна угловой скорости вращения Земли - если отцепиться, не упадешь.  
А повыше - можно и вторую космическую набрать.

Арцутанов придумал лифт с переменным сечением тросса, плюс гравитация наверху послабее. А 400 км - это разрывная длина тросса постоянного сечения вблизи Земли. Лучше бы конечно разрывная длина была ещё больше, но что имеем, то имеем.

[zotr]

Существующие материалы, на 70% подходящие для космического лифта, смогут его держать ТОЛЬКО при переменном сечении тросса. Так что это идея не новая. (Кстати сечение троса должно быть иным, чем на вашем рисунке - самая толстая часть тросса близи ГСО, там максимальное натяжение из-за веса нижних участков.)
И производятся эти материалы пока не в промышленных, а в лабораторных масштабах, это две большие разницы.  
Так что повысят ли их прочность до достаточной величины, и наладят ли крупномасштабное производство - пока вопрос открытый.


Потому что лифт на НОО смысла не имеет. Если подняться на 250 км, а потом отделиться от лифта, очень быстро шлепнешься на Землю. Орбитальная скорость на НОО относительно поверхности Земли почти 8 км/c. Как её набирать?
Да и не стабилизируется лифт такой высоты.
Имеет смысл лифт как минимум на ГСО, там угловая скорость при орбитальной скорости равна угловой скорости вращения Земли - если отцепиться, не упадешь.  
А повыше - можно и вторую космическую набрать.

Арцутанов придумал лифт с переменным сечением тросса, плюс гравитация наверху послабее. А 400 км - это разрывная длина тросса постоянного сечения вблизи Земли. Лучше бы конечно разрывная длина была ещё больше, но что имеем, то имеем.

По поводу ГСО - я читал как раз совершенно противоположные сведения, что чем выше тем натяжение меньше, потому что там уже невисомость, разряженный воздух, ангелы летают и 30% длины троса имеет меньшее натяжение т.к. "болтается" в этой невесомости по пути до заветных 40 тысяч км.,
а самое большое натяжение это как раз в области начала НОО где ещё "всё как на земле"

- получается это неверная информация?


Про материалы - опять же, исходя из разных научных публикаций говорится о том что "в заветном 2014 сделают тот самый материал",
и что сейчас в лабараториях есть те что на 90% подходят, а производятся как раз те что на 70.

Если в крации - какой сейчас самый прочный материал который делают пром. способом?
И какая у него должна быть толщина чтобы выдержать например длину в 1000км и 5 тонн груза?

[Shestoper]

По поводу ГСО - я читал как раз совершенно противоположные сведения, что чем выше тем натяжение меньше, потому что там уже невисомость, разряженный воздух, ангелы летают и 30% длины троса имеет меньшее натяжение т.к. "болтается" в этой невесомости по пути до заветных 40 тысяч км.,
а самое большое натяжение это как раз в области начала НОО где ещё "всё как на земле"

- получается это неверная информация?

http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9A%D0%BE%D1%81%D0%BC%D0%B8%D1%87%D0%B5%D1%81%D0%BA%D0%B8%D0%B9_%D0%BB%D0%B8%D1%84%D1%82

Это уравнение описывает трос, толщина которого сначала экспоненциально увеличивается, потом её рост замедляется на высоте нескольких земных радиусов, а потом она становится постоянной, достигнув в конце концов геостационарной орбиты. После этого толщина снова начинает уменьшаться.

[Shestoper]

Про материалы - опять же, исходя из разных научных публикаций говорится о том что "в заветном 2014 сделают тот самый материал",
и что сейчас в лабараториях есть те что на 90% подходят, а производятся как раз те что на 70.

Нужная прочность при испытаниях на Земле - это одно. А годами поддерживать лифт в условиях космоса с выской надежностью - другое.
Пока техническая реализуемость лифта - вопрос. А его стоимость, ресурс и рентабельность  - вопрос в квадрате.

[zotr]

Про материалы - опять же, исходя из разных научных публикаций говорится о том что "в заветном 2014 сделают тот самый материал",
и что сейчас в лабараториях есть те что на 90% подходят, а производятся как раз те что на 70.

Нужная прочность при испытаниях на Земле - это одно. А годами поддерживать лифт в условиях космоса с выской надежностью - другое.
Пока техническая реализуемость лифта - вопрос. А его стоимость, ресурс и рентабельность  - вопрос в квадрате.

По уравнению ничего не понял т.к. я больше по компьютерным системам специалист... Как нибудь в более "обычных" примерах можете рассказать?
Т.е. самый сильный материал сейчас такой, у него прочность на разрыв столько то км
(кстати, это для какой единицы измерения берётся? для диаметра в 1мм или... ?)

Про условия в космосе - как раз по этой причине я и решил сделать другой вариант, когда подвижной трос не связан с держащим,
да и разделён он на несколько частей, чтобы крутить легче было и без всяких лазеров а напрямую с земли...

[Shestoper]

По уравнению ничего не понял т.к. я больше по компьютерным системам специалист... Как нибудь в более "обычных" примерах можете рассказать?

По приведенной ссылке зайдите, там это уравнение по расчету сечения тросса приведено.
И что это специалисты по компьютерным системам не любят элементарных уравнений? Вы же не балерина всё-таки, элементраную математику должны помнить.  

[ааа]

Посмотрите здесь:
http://www.novosti-kosmonavtiki.ru/phpBB2/viewtopic.php?p=7981&highlight=%E0%F0%EC%EE%F1#7981
Голубеньким цветом выделена теоретическая часть с расчетами прочностей.

[sleo]

По уравнению ничего не понял т.к. я больше по компьютерным системам специалист... Как нибудь в более "обычных" примерах можете рассказать?

Если подвесить длинную цепь к крюку подъемного крана, и начать равномерно поднимать эту цепь, то она в конце концов порвется. Причем первым не выдержит звено около крюка, ибо там нагрузка максимальна.
Для "космического" троса для высот, существенно меньших ГСО (скажем, до высоты 10 тыс.км), такая модель работает неплохо.

[zotr]

Посмотрите здесь:
http://www.novosti-kosmonavtiki.ru/phpBB2/viewtopic.php?p=7981&highlight=%E0%F0%EC%EE%F1#7981
Голубеньким цветом выделена теоретическая часть с расчетами прочностей.

У меня есть подозрение, что наши учёные живут немного в другой реальности нежели их учёные...  осталось теперь понять у кого она более реалистичная -)

http://www.liftport.com/wiki/id,faq/

Couldn't a space elevator be built using current materials?

Yes. The space elevator could be built using existing stronger/lighter-than-steel materials such as Spectra or Dyneema or even Kevlar. The problem is the excessive mass of material that would be needed to support it's own weight. Even with 60 GPa material strength an initial starter ribbon will require multiple heavy lift rocket launches to get started.


- т.е. с их точки зрения проблема только в том чтобы "запустить", а не в самом материале

[zyxman]

У меня есть подозрение, что наши учёные живут немного в другой реальности нежели их учёные...  осталось теперь понять у кого она более реалистичная -)

http://www.liftport.com/wiki/id,faq/

Вы в какой стране живете? - Не сталкивались с ситуацией когда заинтересованная сторона, мягко говоря, несколько переоценивает собственные возможности?
(а грубо говоря врет)[/size]

[boez]

По уравнению ничего не понял т.к. я больше по компьютерным системам специалист... Как нибудь в более "обычных" примерах можете рассказать?
Т.е. самый сильный материал сейчас такой, у него прочность на разрыв столько то км
(кстати, это для какой единицы измерения берётся? для диаметра в 1мм или... ?)

А какая разница сколько мм? Если трос диаметром 1 мм порвется на 600 км, то трос диаметром 2 мм порвется тоже на 600 км - потому как он ровно в 4 раза прочнее и в 4 раза тяжелее

Про условия в космосе - как раз по этой причине я и решил сделать другой вариант, когда подвижной трос не связан с держащим,
да и разделён он на несколько частей, чтобы крутить легче было и без всяких лазеров а напрямую с земли...

Советую все же прочитать еще раз статью в википедии - там ясно написано что несущий трос не может быть подвижным никак - у него толщина переменная. И там же написано, по сути, что трос можно сделать даже из стали! Просто при диаметре 1 см внизу он будет иметь диаметр 600 км (!) на ГСО. Хотя наверное на земле нету стоко стали . В общем смысл такой - прочность троса это не качественное, а количественное ограничение - чем прочнее материал, тем тоньше будет трос на ГСО при той же толщине на земле. И если пишут что получен материал прочностью 70% от требуемой - то значит из него тоже можно построить трос лифта, но он будет толще, причем возможно - в разы, при той же грузроподьемности. Такова природа той формулы, что написана в вики.

[hcube]

1. Трос утолщается к ГСО - это вообще без вопросов. Поскольку ЛЮБАЯ часть троса ниже/выше ГСО что-то да весит.

2. Трос с 'перемоткой' сделать можно. Но проще, чтобы не подвергать стрессу при перегибе материал троса, сделать его в виде ленты, и по нему ползать неким транспортером с захватом ленты между несколькими парами катков.

3. Изменение толщины троса от поверхности к ГСО составит от 40 до 200 раз. Для современных наиболее прочных материалов типа кевлара и углеволокна.

[boez]

Всего 40 раз? А чего тогда лифт до сих пор не построили? Ну пусть 2.5 см трос внизу, метр на ГСО, 20-30 тыс км длиной, ну это выйдет несколько десятков тысяч тонн кевлара или углеволокна, фигня по сути. То есть правда получается главный вопрос лифта только в выведении?

Тут кстати задумался по этому поводу (поправьте если я ошибаюсь) - а ведь представление о лифте как о "ведерке, раскрученном на веревочке" в корне неверно. Ведь трос лифта - это по сути просто спутник на ГСО, с длинным хвостом свешенным к земле и противовесом с обратной стороны. Ни о какой жесткой привязке к Земле не может быть и речи, эта махина весом многие тысячи тонн просто оборвет куцый хвостик внизу. Значит, если я правильно понимаю, на Земле должна быть некая силовая система, которая с одной стороны позволяет прилагать к тросу некую силу, а с другой - позволяет ему свободно гулять вследствие возмущений со стороны Солнца и Луны. В некоторые моменты эта система будет требовать энергии, в другие - вырабатывать ее. Вопрос - суммарный баланс будет близок к нулю (без учета кпд) или можно будет подобрать траекторию троса так, чтобы получаемая энергия была побольше?

А, хотя может быть если трос имеет достаточную упругость - то возмущения не проблема? Тогда еще один вопрос - в его устойчивости, не будут ли там злые колебания возникать?

[hcube]

Трос - это устройство для передачи вращательного момента с земной поверхности на спутник При выведении груза трос выгибается в направлении противоположном вращению земли, и этот прогиб как раз создает ускоряющую силу.

40 раз - это казалось БЫ немного. Но если посчитать, получается, что масса троса в несколько десятков тысяч раз превышает массу транспортируемого по нему груза. Он же ДЛИННЫЙ ;-). А одна транспортировка занимает время, сопоставимое с оборотом вокруг оси Получается, что Лифт поднимает собственную массу за несколько десятков тысяч суток. За 30 тысяч, для определенности. А это - 100 лет ;-). Может, лучше АКС? ;-)

Вот если есть гравицапа - то да, Лифт строить одно удовольствие - зацепил за тарелку, поднял до ГСО, а дальше он уже сам грузы таскает. Но если есть гравицапа, то собственно и Лифт не нужен ;-P

Да - зацеп за поверхность нужен во-первых, чтобы грубо говоря Лифт не 'перетек' через ГСО в космические дали ;-), во-вторых как раз для передачи на него усилия через наклон троса к вертикали.

[boez]

Решил я вот набросать прикидочный расчет лифта. Каюсь, сначала просто не поверил в десятки тысяч раз. Подумал - что если мы по тонкой части будем поднимать грузы быстрее, а по толстой - медленнее? Пусть по толстой части поднимается много контейнеров сразу, она же толстая, выдержит. В общем вот прикидочный расчет.

Вообще прочность троса по отношению к висящему грузу - не единственный определяющий фактор, как выяснилось. Еще важен поток массы в единицу времени. Примем для определенности что метр троса внизу весит 1 килограмм - это вообще говоря не важно. Нагрузим трос на 2% от его собственного веса грузами. Исходим из того что трос вверху в 40 раз толще (в 1600 раз больше сечение). Метр троса весит внизу 1 кг, вверху 1.6 т. Общая масса троса ограничена величиной 1600*40000000 кг, реально раза в полтора-два меньше. Это 6.4 * 10^10 кг, ну пусть будет 50 тыс. тонн вместе с аппаратурой. Пусть внизу через каждые 50 сек отправляется транспорт. Каждый везет 50 кг материала троса и еще сам весит 50 кг.  Пусть они будут двигаться со скоростью 100 м/с внизу (следовательно 5 м/с вверху). Расстояние между ними в начале пути 5 км (2% веса троса). Мы конечно можем получить, что такая скорость недостижима, но технически почему бы и нет. Каждые 50 секунд уходит 50 килограммов, это 80 тонн в сутки. Масса троса удвоится где-то примерно за 2 года!

И первые грузы действительно так и побегут. Но как только их станет побольше - нас ждет засада в виде кориолисовой силы. Мы помним, что грузы на лифте ускоряет Земля, которая тянет за хвостик лифта. Т.к. у нас уходит 1 кг в секунду и разгоняется в среднем до 12 км/с, нам нужна поперечная сила в 12000Н (это 1.2 тонны) для разгона этого добра. При разумном наклоне троса это будет несколько (может пару десятков) тонн силы тянущей вниз. Тоже между прочим не так и страшно - это вес такого же количества километров троса, а он у нас выдерживает несколько сотен вроде бы (кто считал, утолщение в 40 раз какой прочности соответствует?). По сути - мелочь вовсе, потому как такая сила соответствует удлинению троса на эти 20 км, при его длине в 40000 даже с учетом экспоненциальной зависимости от длины прирост толщины будет небольшим совсем.

Да, энергию сообщаемую килограмму вещества щас сходу не посчитаю, но если это просто mv^2/2, то нам надо (12000)^2/2 = 72*10^6 Дж/с = 72 МВт - фигня собственно... Мощность движка у одного 50+50 кг транспортного модуля для скорости 100 м/с - 1000 Н * 100 м/с = 100 кВт. Ну вот это хотя и многовато если честно, но реализуемо при внешнем подводе энергии. Нет - ну урезать осетра, сделать 20 кВт, 40 м/с, массопоток 0.5 кг/сек, трос нагрузится не на 2%, а на 5% (хотя эта величина под экспонентой, мы по сути увеличиваем плотность троса не меняя его прочности, с ней надо аккуратнее...) и пусть лифт удваивается за 4 года.

Выходит, в расчетах первого порядка получается, что лифт вполне себе реален и без нанотрубок, начать можно вообще с тонкого тросика (пару грамм/метр, 100 тонн вес всего троса), наращивая его затем постепенно. При удвоении массы за 4 года  - за 40 лет масса вырастет как раз до нужных 50 тыс тонн и 80 тонн в сутки. Кому не нравится подъемник в 50 кг (и в 50 г на начальном этапе) - никто не мешает пускать реже и потяжелее. Нужно только сделать трос секционным с как можно более унифицированными секциями - чтобы роботы могли их быстро добавлять к тросу по мере подъема.

Да, но это все опирается на соотношение толщин 1:40 (сечений 1:1600). При 1:200 такой радости уже не будет, время вырастет до сотен лет.

А вообще вывод для меня неожиданный, выходит что реализуемость лифта зависит не только от удельной прочности материала троса, но и от удельной мощности подъемника! И от возможности передачи энергии для подъема. Вот тут мы упираемся, если эту задачу решить - можно строить лифт

[kummel]

Если когда-нибудь, в каком-нибудь седом году сделают двигатели на подобие йонных (или улучшат их) - т.е. использующих столь же мало топлива, но значительно мощнее - поддерживающих тягу (например) в 10 раз больше собственного веса при расходе топлива (к примеру) килограмм/тонну-в-год и э/э от 1 МВт/т, то можно будет легко и просто создать либо лифт, в котором вес троса (и кабелей) уравновешен постоянной тягой двигателей его звеньев, на которые время от времени доставляется топливо, либо космическую платформу на высоте 100 км, с которой будут стартовать корабли на тех же самых двигателях (что само по себе уже дешевле чем запуск ракет).

[hcube]

Кабели не нужны - можно просто через тот же трос пустить питание - через две ветки. Рабочее тело же пополнять транспортами.

Вообще, задачу подъема груза надо рассматривать действительно именно в динамическом виде - т.е. сколько по массе и с КАКОЙ СКОРОСТЬЮ можно возить по тросу, чтобы не превысить его номинальную прочность. Землю в первом приближении можно считать неограниченным зепасом момента, к тому же по мере развертывания системы будет ВЫГОДНО пустить по ней обратный грузопоток хоть с чем - можно даже с балластом - тогда действие кориолисовых сил обнулится.

Трос в принципе необязательно тащить с ГСО именно на экватор. Если он все равно наклонен для передачи на грузы момента, то можно наклонить его еще и в поперечном направлении и завести на широту этак в 50 градусов ;-). Зрелище конечно получится сюреалистическое - ни на что не опирающаяся башня (точнее, сильно вытянутая цепная линия) под углом в 45 градусов к поверхности, уходящая куда-то в бесконечность ;-)

Правда, у такого лифта урожай спутников будет куда как больше... хотя, нет! Нет! Все спутники, орбиты которых имеют наклонение менее 50 градусов (а точнее, имеющих определенное соотношение высоты орбиты и наклонения) - НИКОГДА не пересекутся с тросом Лифта - в отличии от Лифта экваториального.

Хмм, может и правда надо лифт с полюса строить? ;-) С обоих полюсов, чтобы натяжением Лифта земную кору не развернуть ;-).