spacewhip - обмен грузами между планетами без затрат энэргии

[Бродяга]

Ниже километров 100, ну минимум 50—70 вы думать забудьте о тросе, который движется со скоростью километры в секунду.

А в том то и фишка - на такой высоте трос движется очень медленно, зато при максимальном удалении - очень быстро. Аналогия: едешь на лисопеде по луже, капли к колесу примыкают, взлетают на нем вверх, а там отлетают в сторону, присем движутся - быстрее лисопеда, и таким образом на спине оказываются.

Трос движется медленно относительно атмосферы только в небольшой угловой окрестности нижней точки, если скорость в этой окрестности равна нулю, то при отвороте уже на 10 градусов она будет около километра в секунду.

 Разумеется, если у вас офигительно длинный трос, в тысячи километров, то "всё получится в ЭТОМ смысле".
 "В другом смысле", сами понимаете, трос будет тяжеленный.

[Pavel_Belov]

Разумеется, если у вас офигительно длинный трос, в тысячи километров, то "всё получится в ЭТОМ смысле".  
"В другом смысле", сами понимаете, трос будет тяжеленный.

В конечном варианте его длина как раз и будет в районе 500-1000 км, поэтому и сможет он концом заходить в верхние слои атмосферы, из которой "выпрыгивают" для стыковки специальные самолеты. Да, тяжелый, но дело в том, что это не так и страшно - к тому времени и материалы другие будут, да и массы начнем запулять нешуточные - трос будет легче (чем из того же карбона), но и тяжесть - даже нужна, чтоб станция проседала при запуске как можно меньше. А то так 50 км царапает, да еще просядет при запуске... Просто для удлиннение троса нужно будет все больше и больше материала, зато его доставка "на стройку" будет все дешевле и дешевле.

Ну так я и говорю, с помощью статичного троса эта задача тоже решается, только трос длиннее требуется.

Ага, вот только НАСТОЛЬКО длиннее, а уж НАСКОЛЬКО массивнее - мама не горюй. Да и для придания 2 космической стационарный трос придется еще фиг знает на сколько протянуть за орбиту - еще больше массы, и не забывай - никакой "пенки" во время строительства. Тут то с 10 км тросом можно и спутники подешевле запускать, и станцию строить, а там - пока не сделаешь, все придется ракетами на орбиту вывозить, что ОЧЕНЬ дорого.

Я не писал еще, но такой "кнут", "прокачанный" до 36000 км можно будет спустить до Земли и превратить в обычный лифт космический (правда толку не много, а работы - уйма), твой вариант - это "нестационарный космический лифт" - НАСА рассматривает такой вариант, он меньше и легче стационаргого, но гемора-хватает, в варианте "кнута" его в разы меньше.

[ITop]

Павел, вам Бродяга верно говорит:

Посчитайте получше вращающийся по круговой орбите трос. Это более реальная идея.

Можете смело брать длину половинки троса до станции в 1-2 тысячи км
там не такие уж большие по сравнению с полноценным лифтом нужны прочности, а уменьшение орбитальной скорости даёт 1.5-2.5 км/c, что существенно (уменьшение массы ракет до 3х раз при той же ПН и переход к одноступенчатым схемам)

Вот я взял свои 2000 кг/м3 и 600 кг/мм2, взял длину нижней половинки троса в 1500км (от высоты 130 до 1630 км) На орбите высотой 1630 км вращается станция по груговой орбите, скорость 7056 м/c. Скорость нижнего конца - 5730м/c.

Толщина троса по экспоненте меняется от 1мм2 до 3 мм2.
Масса троса получается 5500кг, "вес" троса всего 900кгс. Он может выдержать на нижнем конце груз массой до 900кг.

Если отмасштабировать в 11 раз, то при общей массе троса в 130 тонн, плюс тысяча тонн на станцию в серединке, можем принимать грузы массой в 10 тонн при ускорениях на стыковке всего в 0.43g.

Основная масса станции - балласт для того, чтобы орбита не сильно менялась от первоначальной посли приёмки груза. Либо нужно эллиптичекую орбиту и ловить груз в перигее, но тогда скорости возрастут и колебания троса.

[Pavel_Belov]

Можете смело брать длину половинки троса до станции в 1-2 тысячи км

Все считал. Я всегда перед тем как вылезти в инет попозориться все считаю, в том числе и предлагаемый вами вариант. Теперь - вы посчитайте, если этот трос еще и закрутить, хотя-бы до одного Жо по концам. Да, масса троса увеличится, но зато насколько поднимется полезная масса носителей !!! Да и трос нужен будет только один, а не два.

10 км - не спорю, это очень "жестокий" режим, просто чтоб показать реальность размеров конструкции, лучше - начинать с сотенки. Кстати, с использованием колебаний "Щелканий кнутом" можно заставить двигаться конец по прямой - не так это и сложно, так что при стыковке ускорение нормальное будет.

Кроме того, не забывайте про радиационные пояса как раз там, где по вашему неподвижный тросс должен летать. Я думал и об этом - отказался, ибо всему живому там смерть, трос очень быстро станет "стареть", грузы - становиться радиоактивными. "кнут" будет летать ниже, и этой проблемы избежит.

Да и энергию на движение лифта по этой станции стоит посчитать. Вообще, жаль денег на участие в гонках этих лифтов нету - сто пудов бы победил, ибо придумал, как обеспечивать кабинки энергией гораздо эффективнее, чем "по лазерному лучу"

Вообще, возможны оба варианта и очень похожи, но вращающийся лифт меньше, и в конечном итоге позволит отказаться от ракет, а вариант Бродяги - нет. Потому я от него и отказался.

[ITop]

Ну хорошо, берём 1000м/c и 100км. Тогда масса троса в 1.5 раза больше массы груза.

Но тогда уже выигрыш не очень большой. Порядка полутора раз возрастёт ПН у двухступенчатых ракет на керосине.

И, кстати объект выйдет на эллиптическую орбиту с апогеем в 6тыс км

[Pavel_Belov]

Ну хорошо, берём 1000м/c и 100км. Тогда масса троса в 1.5 раза больше массы груза.

Разговор идет в конечном счете о 500 км и 5-6 км/сек, вот тогда и проявятся все прелести "кнута", для вывода на орбиту нужны будут уже не ракеты, а самолеты, и расход топлива - меньше в десятки раз, и большую часть окислителя будем брать из атмосферного воздуха.

Вообще, есть плюсы и у варианта с вращающимся "кнутом", и с неподвижным, особенно на этапе строительства. постараюсь обозначить "плюсы" и "минусы" того и другого вариантов. Итак, вращающийся "кнут"

Плюсы: Кнут удлинняется постепенно, отстраиваясь на станции,
Меньшая первоначальная масса
Возможность запуска спутников в космос (с последующей перестройкой на нужную орбиту)
Постепенное увеличение полезной массы ракет-носителей
Самые ненадежные и тонкие куски троса отрезаются и сбрасываются.
На орбите Луны он точно будет выгоднее.

Минусы:
Большие перегрузки.
Опасная и сложная стыковка в ограниченное время.

Вертикально висящий "кнут" на этапе строительства, который потом раскачивается и раскручивается, позволяя сразу от носителей перейти к самолетной доставке.

Плюсы:
Простота и безопасность стыковки.
Возможность перестроить орбиту МКС, и пристыковать ее в центре масс кнута (что упростит обеспечение), либо построить другую космическую станцию с невесомостью внутри.
Сразу в 2-3 раза дешевле запуск грузов на станцию, т.е. можно перейти на дешевые суборбитальные ракеты.

Минусы:

Трос будет трудно разматывать, микротяжесть появится далеко не сразу.
Для увеличения толщины придется запускать роботов-"пауков", усиливающих трос.
Большая первоначальная масса.
При поднятии грузов Кариолисова сила будет раскачивать трос.


Все списки еще можно продолжать, но понятно, что такой запуск гораздо выгоднее, чем тупо жечь топливо в ракетах. Другое дело, что нам ни того, ни другого не построить, зато просчитать можем оба варианта, глядишь, и нарисуется самый оптимальный.

[Pavel_Belov]

Ну хорошо, берём 1000м/c и 100км. Тогда масса троса в 1.5 раза больше массы груза.

Разговор идет в конечном счете о 500 км и 5-6 км/сек, вот тогда и проявятся все прелести "кнута", для вывода на орбиту нужны будут уже не ракеты, а самолеты, и расход топлива - меньше в десятки раз, и большую часть окислителя будем брать из атмосферного воздуха.

Вообще, есть плюсы и у варианта с вращающимся "кнутом", и с неподвижным, особенно на этапе строительства. постараюсь обозначить "плюсы" и "минусы" того и другого вариантов. Итак, вращающийся "кнут"

Плюсы: Кнут удлинняется постепенно, отстраиваясь на станции,
Меньшая первоначальная масса
Возможность запуска спутников в космос (с последующей перестройкой на нужную орбиту)
Постепенное увеличение полезной массы ракет-носителей
Самые ненадежные и тонкие куски троса отрезаются и сбрасываются.
На орбите Луны он точно будет выгоднее.

Минусы:
Большие перегрузки.
Опасная и сложная стыковка в ограниченное время.

Вертикально висящий "кнут" на этапе строительства, который потом раскачивается и раскручивается, позволяя сразу от носителей перейти к самолетной доставке.

Плюсы:
Простота и безопасность стыковки.
Возможность перестроить орбиту МКС, и пристыковать ее в центре масс кнута (что упростит обеспечение), либо построить другую космическую станцию с невесомостью внутри.
Сразу в 2-3 раза дешевле запуск грузов на станцию, т.е. можно перейти на дешевые суборбитальные ракеты.

Минусы:

Трос будет трудно разматывать, микротяжесть появится далеко не сразу.
Для увеличения толщины придется запускать роботов-"пауков", усиливающих трос.
Большая первоначальная масса.
При поднятии грузов Кариолисова сила будет раскачивать трос.


Все списки еще можно продолжать, но понятно, что такой запуск гораздо выгоднее, чем тупо жечь топливо в ракетах. Другое дело, что нам ни того, ни другого не построить, зато просчитать можем оба варианта, глядишь, и нарисуется самый оптимальный.

[Бродяга]

Вообще, возможны оба варианта и очень похожи, но вращающийся лифт меньше, и в конечном итоге позволит отказаться от ракет, а вариант Бродяги - нет. Потому я от него и отказался.

Я согласен, только мой вариант простенько реализуем уже сейчас и даже при этом никто особо им не занимается, хоть он и дал бы большую экономию при доставке грузов на МКС за счёт топлива необходимого для подъёма станции.

[hcube]

Со статичным тросом хуже получается. Вращающийся 'макается' в атмосферу, а статичный в ней постоянно находится - и тормозится.

Что же до стыковки - с этим никакой проблемы нету. Конец троса относительно поверхности движется равноускоренно - стыковаться с ним надо на восходящей ветке. У нас есть по вертикальному направлению по скорости обращенная вниз константа ускорения троса и некая кривая для суборбитальной капсулы. Совместить очень просто - капсула должна своей скоростью пока трос идет вниз 'замести' нужную высоту - ну, банально стартовать несколько заранее. А потом на восходящей ветке просто двигаться с тем же ускорением, что конец троса.

[Pavel_Belov]

Я согласен, только мой вариант простенько реализуем уже сейчас

Тут вот как получается: доставка на орбиту будет состоять из 2 частей, реактивный "заброс" до места и дальше - по тросу. И чем меньше доля реактивного движения, тем больше неподвижный трос будет похож на космический лифт. Получается, что для уменьшения конечной скорости носителя на 1500-2000 км/с неподвижный трос проще, но если больше - то уже выгоднее использовать вращающийся.

Со статичным тросом хуже получается. Вращающийся 'макается' в атмосферу, а статичный в ней постоянно находится - и тормозится.

И это - тоже. Вертикальный трос нужно держать на большой высоте над Землей, а на вращающийся - можно будет забрасывать грузы самолетами - это конечная то цель.

А вот как выгоднее строить этот "кнут" - сбросить неподвижный трос, нарастить и раскрутить, или с самого начала закрутить станцию, размотать трос и постепенно удлинять - это нужно считать.

[Бродяга]

Да я собственно "не совсем про то", разумеется, вращающийся трос очень красивая идея, в которой "всё правильно если не начинать смотреть динамику троса".

 Я про то, что хиленькие тросовые системы на низких орбитах никто не спешит отрабатывать, не то что трос в тысячи километров.

[gans3]

Почему продолжает топикстартер считать, что сопротивлением атмосферы можно пренебречь? Конец троса в верхней точке движется с двойной орбитальной скоростью и будет гореть даже на 3-4 тысячах километров. Метеоры где-то там и сгорают и где выигрышь?
 Возьмите модель атмосферы и обсчитайте потерю на сопротивление воздуха (а оно там немало будет на такой скорости). Больно большую станцию надо на опорной орбите иметь. Энергию немалую, опять же.

Вокруг луны - очень полезное получается изделие. Даже в фильме про корабли будущего мериканском показали. А у Земли нечто глобальное надо строить, хотя и не лифт.

[hcube]

gans, вы б не позорились, а? Двойная орбитальная скорость на высоте в 100 км никакуой проблемы не представляет, собственно все что выше 150 км - это уже не атмосфера :-). МКС ведь с 350 км не падает, а?

Метеоры же горят не на 3.5 тысячах, а на 50 км высоты, там где торможение становится не просто заметным, а достаточным для нагрева.

[Бродяга]

gans, вы б не позорились, а? Двойная орбитальная скорость на высоте в 100 км никакуой проблемы не представляет, собственно все что выше 150 км - это уже не атмосфера :-). МКС ведь с 350 км не падает, а?

Метеоры же горят не на 3.5 тысячах, а на 50 км высоты, там где торможение становится не просто заметным, а достаточным для нагрева.

Ниже 100, до высот ниже 50 они просто вообще не добираются.

 Реально атмосферу надо учитывать и даже очень как фактор торможения троса, если трос короткий.
 Если же "нулевая точка" высоко, то наоборот, мы имеем значительное преимущество перед обычным орбитальным полётом.

[Pavel_Belov]

МКС ведь с 350 км не падает, а?

Да падает, еще как... И приходится ее выправлять помаленьку.

Почему продолжает топикстартер считать, что сопротивлением атмосферы можно пренебречь?

Я так никогда не считал. Просто трос, длиной в 500-1000 км, "ныряющий" в атмосферу с маленькой (гораздо меньше 1 космической) скоростью до высоты в 50-100 км на короткое время гореть не будет, основную же массу времени он будет находиться гораздо выше плотных слоев, где сопротивление, конечно, есть, но оно гораздо меньше. И станцию придется поддерживать на орбите постоянно работающим ионником, и не только поддерживать, так еще и поднимать станцию при каждом запуске груза в открытый космос. Другое дело, что это - расходка на "амортизацию" станции, и если запускать часто и много, то на каждый килограмм выводимого груза будут копейки.

Ниже 100, до высот ниже 50 они просто вообще не добираются.

Ну, тут дело больше не в плотности атмосферы, а в бешеных скоростях. Метеоры движутся со скоростью гораздо больше, чем 2 первых космических, а трение об воздух зависит от квадрата скорости, поэтому при длинном тросе, у которого окружная скорость приближается к космической, конец будет двигаться в атмосфере (самых верхних слоях)  с маленькой скоростью, потому и трение его будет меньше, чем для короткого.

Если же "нулевая точка" высоко, то наоборот, мы имеем значительное преимущество перед обычным орбитальным полётом.

Именно Потому я и предлагал, пока трос относительно короткий, его нижний конец проходит высоко (300-400 км от поверхности, ну, 200 - минимум), постепенно трос "достраивается", удлинняется, орбита станции корректируется, и уже когда "кнут" полностью построен, его трос начинает "цеплять" атмосферу, чтоб можно было добираться к месту стыковки суборбитальным самолетом (многоразовым и дешевым в использовании). Да, как только станцию отпустим, чтоб атмосферы касалась, сопротивление возрастет, расходы на поддержание ее орбиты возрастут, но это скомпенсируется возможностью отправлять грузы дешево и часто. Фактически, это будет нескончаемый поток самолетов (минимум - по нескольку в день), быстрое строительство второго "кнута" и возможность создать колонии на Марсе и Луне, и дешево обеспечить колонистов всем необходимым. [/b]

[Бродяга]

Pavel_Belov, понимаете, собственно говоря высота, "это мелочи", целесообразно поместить нижний конец троса так, чтобы свести к минимуму воздействие атмосферы в любом случае.

 Всего 2 км/с скорости дают нам 200 километров высоты "прыжка", так что даже если конец троса будет проходить на высоте 100 км, это будет огромным плюсом для доставки груза на орбиту.

[Pavel_Belov]

целесообразно поместить нижний конец троса так, чтобы свести к минимуму воздействие атмосферы в любом случае.

Так потому его и нужно вращать. Есть два пути, либо - лифт (жестко закрепленный, или летающий на орбите пониже - не важно), и тогда все вытекающие размеры, либо "качение" троса по атмосфере. Тогда более короткий (и легкий) трос будет стоять, или двигаться с очень маленькой скоростью, относительно атмосферы.

100 км, конечно, хорошо, но 50 км позволят использовать полуракету-полусамолет, который большую часть пути проходит в верхних слоях атмосферы, а потом на РД просто "выпрыгивает" из нее для стыковки. Многоразовость этого самолета, и то, что он будет дешевле для обслуживания окупят затраты на поддержание станции. Вообще, конечно, нужно все считать, и выбирать наиболее дешевый и приемлемый вариант.

Ну, а на 100 км высоте реально сделать и вращающийся, и стоящий вертикально тросы.

Но вот в самом деле, интересно, почему никто этого до сих пор не сделал? все проблемы, в том числе и колебания троса - решаемые, материалы - есть, стоимость троса (без станции) вряд ли буде больше одного носителя, зато потом можно будет исследовать Космос дешевле в разы.

Понятно, что описанная в 1 посте система - глобальна, и если и может быть реализована, то не сейчас, но маленький "прототипчег" помог бы сдорово съэкономить уже сейчас.

[Бродяга]

Но вот в самом деле, интересно, почему никто этого до сих пор не сделал? все проблемы, в том числе и колебания троса - решаемые, материалы - есть, стоимость троса (без станции) вряд ли буде больше одного носителя, зато потом можно будет исследовать Космос дешевле в разы.

Понятно, что описанная в 1 посте система - глобальна, и если и может быть реализована, то не сейчас, но маленький "прототипчег" помог бы сдорово съэкономить уже сейчас.

А зачем, если грузопоток в космос сейчас так мал и каких-то глобальных изменений грузопотока не предвидится?

 Ещё раз относительно высоты.
 Разогнаться до нужных нам 6—8 махов, чтобы "прыгнуть" на 100 километров можно даже на водородном ПВРД, так что "челнок" будет "практически самолётом".

[Pavel_Belov]

А зачем, если грузопоток в космос сейчас так мал и каких-то глобальных изменений грузопотока не предвидится?

А как же Лунная и Марсианская программы? Они и невозможны то только по причине дороговизны. Один раз забросить человеков на Марс - еще реально, но потом снабжать их всем необходимым - вот это по настоящему дорого. Стандартными схемами запускать туда челноки непомерно дорого, а с помощью "кнута" -  в разы дешевле. Он же не только на орбиту выводить может, но и в дальний космос отправлять. Грузы - и так неплохо летят, корабли с людьми на борту могут иметь дополнительные двигатели, чтоб еще и ускоряться по пути (потом - тормозить). А с развитием колонии на Луне возникает необходимость и в дешевой переброске туды-сюды, т.е. во втором кнуте. Статичный лифт тут не катит - его придется сделать ну очень длинным, чтоб необходимую скорость сообщить, а кнут - вполне справится. Во время подготовки к запуску людей запулить несколько конрейнеров с тормозными двигателями и "гуманитарной помощью", чтоб по прибытии уже на орбите Марса были. Потом по мере необходимости спускать их на планету, а на орбиту уже новые "караваном" идут. Тормозить в космосе при подлете они и ионниками смогут.

Разогнаться до нужных нам 6—8 махов, чтобы "прыгнуть" на 100 километров можно даже на водородном ПВРД, так что "челнок" будет "практически самолётом".

Так и хорошо сам водород - легкий, кислород в основном - из воздуха брать будем, удельный импульс получим большой, отношение стартовой массы к полезной - тоже "вкусное". Во время "прыжка" дополнительно можно включать "форсаж" - подавать дополнительный кислород в двигатель.

[Бродяга]

А зачем, если грузопоток в космос сейчас так мал и каких-то глобальных изменений грузопотока не предвидится?

А как же Лунная и Марсианская программы?
 ...

Всё верно, но начальные затраты составят триллионы долларов, потом-то трафик будет недорогой, но сперва необходимо потратить огромные средства.

 Такие затраты требуют, чтобы полёты в космос стали высокоприоритетной целью, чего пока не видно.

Разогнаться до нужных нам 6—8 махов, чтобы "прыгнуть" на 100 километров можно даже на водородном ПВРД, так что "челнок" будет "практически самолётом".

Так и хорошо сам водород - легкий, кислород в основном - из воздуха брать будем, удельный импульс получим большой, отношение стартовой массы к полезной - тоже "вкусное". Во время "прыжка" дополнительно можно включать "форсаж" - подавать дополнительный кислород в двигатель.

По-моему на первых порах, разумеется, после отработки совсем простых тросовых систем, надо свести усилия к уменьшению самого троса до сотен километров при получении минимального приемлемого результата.

 Не обязательно гасить скорость в нижней точке полностью, более того, это даже не очень удобно по той причине, что челноку потребуется достаточно большая скорость для "прыжка" и достаточно большая горизонтальная составляющая скорости чтобы "отследить трос", а не совершать контакт в малой области нижней точки.