Динамический лифт.

[Игорь Мазур]

Всем здравствуйте. Есть у меня ряд идеек по поводу космоса, вот решил попробовать ими поделиться, так как у самого не хватает ни времени ни знаний на их доводку, а здесь, как я понял, собирается много технически грамотных специалистов. Начну пожалуй с той что в заголовке указана.
   На мой взгляд уже на современном уровне техники можно создать систему которая решит проблему грузооборота с космосом. Для этого, необходимо собрать очень массивный спутник на эллиптической орбите, с нижней точкой на минимально возможной высоте (думаю где то 100 - 120км). Затем, с этого спутника опускается тросовая система, такой же длинны, как минимальная высота полёта и при этом раскручивается вокруг спутника в ту же сторону что и его орбита, и в её плоскости. Частота вращения должна быть такой, чтобы конец троса, при прохождении минимальной точки орбиты, не имел горизонтальной скорости относительно поверхности земли. Останется только прицеплять контейнеры, с грузом, к тросу на Земле и отцеплять их в космосе, в верхней точке орбиты, а вернее перецеплять контейнеры в этих точках с грузами подымаемыми и спускаемыми. Тут конечно есть ряд нюансов. Например вращение Земли предполагает, что точка опускания троса будет каждый раз в другом месте, ну тут или нужно будет устроить несколько площадок грузообмена, или делать их передвижными, допустим, на мощном дирижабле. Ну и ещё ряд технических деталей. Конец троса с грузом должен иметь активную систему наведения, для маневрирования в атмосфере, нужно предусмотреть передачу топлива на спутник, для корректировки его орбиты, в космосе нужна будет станция подготовки контейнеров и орбита где они будут ожидать очереди на перецепление. Думаю это более реальный лифт чем тот что описан у Айзека Азимова, предпалогаемой общей длинной около 70 тысяч километров (двойное расстояние до стационарной орбиты если я ничего не путаю).         

[Игорь Мазур]

Интересно, я тут глупость такую "сморозил", что никто ни хочет высказаться поэтому поводу или не поняли словесного описания и требуется рисунок.

[goran d]

Все украдено до вас, идея космического лифта давно существует. Только платформа не на низкой орбите а на гсо с прицепленной болванкой еще выше чтоб компенцировать тяжесть лифта.

[Атяпа]

Игорь Мазур пишет:
...  Думаю это более реальный лифт чем тот что описан у Айзека Азимова, предпалогаемой общей длинной около 70 тысяч километров (двойное расстояние до стационарной орбиты если я ничего не путаю)....

Не Азимов. Кларк "Фонтаны рая".

[ааа]

Игорь Мазур пишет:

Интересно, я тут глупость такую "сморозил", что никто ни хочет высказаться поэтому поводу или не поняли словесного описания и требуется рисунок.

Требуется, требуется! А то у меня такое ощущение, что трос должен делать один оборот вокруг спутника за минуту.

[Shestoper]

Игорь Мазур пишет:
Интересно, я тут глупость такую "сморозил", что никто ни хочет высказаться поэтому поводу

Это называется несинхронный лифт. Давно изобретен.
С лифтом почти та же история, что с велосипедом.

[opinion]

Игорь Мазур пишет:
Думаю это более реальный лифт чем тот что описан у Айзека Азимова

Только спутник нужно будет прибить гвоздями к небесной тверди. Иначе, как только прицепите груз к нижнему концу троса, спутник-то и упадёт.

[Shestoper]

opinion пишет:
Только спутник нужно будет прибить гвоздями к небесной тверди. Иначе, как только прицепите груз к нижнему концу троса, спутник-то и упадёт.

При выведении каждой партии ПН спутник будет терять энергию и переходить на более низкую орбиту. Чтобы он не упал, в промежутках между выведением грузов орбиту спутника нужно поднимать работой двигателей. Лучше всего, если у них будет высокий удельный импульс  - ЭРД с ядерным приводом, к примеру, тогда запасы рабочего тела нужно будет возобновлять не часто.
Если спутник будет намного тяжелее выводимого кванта ПН, потери скорости спутника будут порядка десятков-сотен м/c, и они могут быть восполнены работой ЭРД в течении нескольких часов-суток.

Эта схема (её ещё называют орбитальным крюком, за принцип подхвата подброшенных выше атмосферы грузов  грузов движущимся тросом) вполне рабочая. Я считаю её одним из самых перспективных вариантов развития средств выведения, наряду с электромагнитной катапультой. Какой вариант будет выгоднее - не скажешь без детального технико-экономического анализа, это работа для целого НИИ.

[OlegIn]

Атяпа пишет:

Игорь Мазур пишет:
... Думаю это более реальный лифт чем тот что описан у Айзека Азимова, предпалогаемой общей длинной около 70 тысяч километров (двойное расстояние до стационарной орбиты если я ничего не путаю)....

Не Азимов. Кларк "Фонтаны рая".

И даже не Кларк, а Юрий Николаевич Арцутанов, развивший идею Циолковского, о чем Кларк кстати в романе написал.

[opinion]

Shestoper пишет:

Если спутник будет намного тяжелее выводимого кванта ПН, потери скорости спутника будут порядка десятков-сотен м/c, и они могут быть восполнены работой ЭРД в течении нескольких часов-суток.

А если сделать его ещё в 10 раз тяжелее, то за несколько минут. Особенно, если физику не учить!

[Кубик]

Интересно, найдётся ли придурок, чтоб на это клюнуть и вложиться в разработку? Ещё страшнее "простого" лифта...

[Димитър]

ааа пишет: 

у меня такое ощущение, что трос должен делать один оборот вокруг спутника за минуту.  

Скорость движения конца конструкции должна бить равна скорости движения спутника вокруг Земли - ето условие получения нулевпй скорости в точке касания.
В точности как спица колеса, которое катается по земле.
Должно бить жесткая спица, а не трос. 

[Гусев_А]

Идея вроде крутая, а уж на сколько новая, судить знатокам.
 Но все было бы классно, не будь на Земле атмосферы.  
Много  погрузочных баз или там дирижаблей не нужно, если орбита будет экваториальной.
Масса троса и активного хватательно - самонаводящего  устройства будет огромна даже для 20 килограмовой ПН, на сколько тогда огромной должна быть та "гиря" на орбите, тут десятками рейсов супертяжа пахнет, где экономия?

Я как то то-же изобретал подобную фиговину, но для другого назначения.
http://novosti-kosmonavtiki.ru/forum/forum13/topic10168/?PAGEN_1=15

[Игорь Мазур]

Извиняюсь конечно, честно говоря я ни чего не считал, всё на уровне интуиции и она мне подсказывает, что тут важны некоторые моменты. Орбита, естественно должна быть экваториальная, причём вращение в ту же сторону, что и вращение Земли, для некоторой компенсации скорости спутника, скоростью Земной поверхности. Думаю, что потери высоты орбиты не будет, так как предполагается "грузооборот" и подымаемый груз должен быть примерно равен опускаемому. То есть контейнер с грузом опускается, происходит перезацепление на контейнер предназначенный к подъёму, и то же самое в космосе, всё это должно компенсировать потерю высоты (согласитесь на стационарном лифте довольно трудно организовать такой грузооборот, кстати за Кларка и тем более за Ю. Н. Арцутанова тоже извиняюсь - склероз наверное). Ну, а по поводу необходимой массы на орбите - её же не обязательно с Земли тащить, думаю можно и по космосу насобирать, да и атмосфера вроде тоже не должна быть особой помехой, так как скорость троса, относительно её, по мере погружения в плотные слои, сильно уменьшается.

[Гусев_А]

На халяву предлагаю гениальную идею:

Если "сильно" думать, то можно прийти к выводу, что с земли много поднимать дорого, из космоса притащить еще дороже, из верхних слоев атмосферы лизать, я даже не могу представить как.
Прийдется скрестить "что то с чем то". Мой мусоросборщик, собирает и кучкует спутники Б/У, потом утяжеляем этим баластом аппарат, удлиняем троса, и рыбачим , рыбачим,рыбачим....

[Кубик]

Игорь Мазур пишет:
контейнер с грузом опускается, происходит перезацепление на контейнер
предназначенный к подъёму, и то же самое в космосе, всё это должно
компенсировать потерю высоты

Ага, особенно в динамике, пока оно вверх-вниз ползёт... :cry:

[Димитър]

Гусев_А пишет:
Идея вроде крутая, а уж на сколько новая, судить знатокам.

Читал про это 30 лет назад. Кто писал - не помню.

[Игорь Мазур]

Что то полазил по интернету и не нашёл ничего похожего. Кстати, если кто не понял, я не предлагаю тащить груз по тросу или подымать, сматывая его. Просто перецепляем отправляемые и принимаемые грузы в разных точках орбиты.

[Andrey]

Игорь Мазур пишет:
Что то полазил по интернету и не нашёл ничего похожего. Кстати, если кто не понял, я не предлагаю тащить груз по тросу или подымать, сматывая его. Просто перецепляем отправляемые и принимаемые грузы в разных точках орбиты.

Посмотрите, например, в википедии Skyhook .

[Astro Cat]

Прикиньте вес троса - мноооого тонн. Прикиньте его парусность. А ее только в нижней точке нет. Чтобы конпенсировать надо ооооочень много тонн (спутник очень массивный+плюс трос очень массивный) поднимать периодически ну очень большим разгонным блоком. В результате получится - обычной ракетой дешевле и проще.
 Это еще не учтено точность попадания вопреки ветрам, сверхзвуковая скорость троса и крюка при входе в атмосферу и суперрывок в богзнает сколько "g" при дергании со старта.

[Shestoper]

Игорь Мазур пишет:
Что то полазил по интернету и не нашёл ничего похожего.

Вот тут есть на буржуйском языке: http://www.frc.ri.cmu.edu/~hpm/project.archive/1976.skyhook/papers/scable.pox

[Shestoper]

Astro Cat пишет:
Это еще не учтено точность попадания вопреки ветрам, сверхзвуковая скорость троса и крюка при входе в атмосферу и суперрывок в богзнает сколько "g" при дергании со старта.

Входить в атмосферу трос не будет. Чтобы к нему прицепиться, ПН нужно подбросить вверх километров на 100.
Например многоразовой одноступенчатой ракетой, или электромагнитной катапультой.
Эта "первая ступень" выведения может не только подбрасывать груз над атмосферой, но и придавать ему 2-3 км/с горизонтальной скорости, тогда длину и массу троса можно значительно уменьшить.
Возможно именно такая комбинация несинхронного лифта и электромагнитной катапульты окажется наиболее дешевой - если слишком серьёзны окажутся проблемы для разгона наземной  катапультой до 10-15 км/c (для выведения на НОО или сразу на ГСО, плюс аэродинамические потери) - слишком длинная катапульта понадобится для  разгона "нежных" грузов без больших перегрузок, слишком большие тепловые нагрузки в нижних слоях атмосферы при такой скорости; и если слишком сложно окажется подвесить катапульту на высоте 20-80 км за счет центробежных сил (пусковая петля) или взаимодействия сверхпроводника с током с магнитным полем Земли (звездный трамвай). .
СКЭС удобнее всего строить на ГСО, поэтому  было бы выгодно, если бы массовое средство выведения доставляло грузы сразу на высокую орбиту без дополнительных ракетных разгонных блоков.
Такая система выведения могла бы без разгонных блоков дешево выводить ПН на отлетные траектории к Луне, Марсу.

[Astro Cat]

Shestoper пишет:
Входить в атмосферу трос не будет. Чтобы к нему прицепиться, ПН нужно подбросить вверх километров на 100.

Тогда вообще смысл этой эквилибристики стремится к нулю. Больше половины ракеты расходуется именно на такой подьем. При этом спутник будет тягать по одному наклонению, а это вовсе не всегда надо.
 И прикиньте прочность "крюка", троса и петли когда ее дергают даже с 3км/cек на 8+км/cек. Таких материалов имхо не существует и не предвидится.

[Дмитрий Инфан]

Astro Cat пишет:
И прикиньте прочность "крюка", троса и петли когда ее дергают даже с 3км/cек на 8+км/cек. Таких материалов имхо не существует и не предвидится.

Какие-нибудь нанотрубки...

[Shestoper]

Astro Cat пишет:
Тогда вообще смысл этой эквилибристики стремится к нулю. Больше половины ракеты расходуется именно на такой подьем.

Чтобы подбросить груз вертикально вверх на 100 км, с учетом аэродинамических и гравитационных потерь нужна ХС не более 2 км/с. При этом мю ПН может достигать 30-40% - ракета для выведения заданной ПН получится на порядок меньше существующих.

Astro Cat пишет:
И прикиньте прочность "крюка", троса и петли когда ее дергают даже с 3км/cек на 8+км/cек.

Вы не понимаете физики процесса. В момент сцепления груза с троссом рывок будет обусловлен только тем, что на груз начнет действовать центробежная сила, характерная для конца троса. Если ускорение на конце троса 3-5 g, то на трос подействует порядка 100 тс.

Допустим по земле катится колесо. Оно наезжает на кусок мусора, который прилипает к колесу и катится вместе с ним. Чтобы мусор удержался на колесе, ему достаточно противостоять только центробежной силе. Для колеса большого диаметра эта сила может быть умеренной даже при быстром качении колеса по земле.

[Атяпа]

Не рассматривалось - 2 (3,4) троса, симметричных относительно спутника? С противовесами.
И, ессно, не подхват, а обмен грузами.

[Штуцер]

Атяпа пишет:
Не рассматривалось - 2 (3,4) троса, симметричных относительно спутника?

Тогда и обод надо добавить и конструкция будет законченной. Опять же, тютелькой в тютельку попадать не надо.  

[Димитър]

https://ru.m.wikipedia.org/wiki/%D0%A6%D0%B8%D0%BA%D0%BB%D0%BE%D0%B8%D0%B4%D0%B0.  
Циклоида

[Игорь Мазур]

Согласен, я не первый кто до такой схемы лифта додумался. Вот только всё, что удалось найти, как то уж слишком сложно. По моему вполне достаточно собрать на экваториальной, эллиптической орбите тяжёлый спутник, летящий по ходу вращения Земли, затем закрутить его вокруг оси в ту же сторону, потом опускать с его поверхности трос с загруженным контейнером, превратив спутник в противовес. Трос опускать и увеличивать частоту вращения его вокруг противовеса, до тех пор, пока контейнер не коснётся Земли, при прохождении нижней точки орбиты, а так как (правильно заметили) движение контейнера происходить будет по циклоиде, то в момент касания (и перецепления) его вертикальная и горизонтальные скорости (относительно поверхности) будут равны нулю, соответственно никакого рывка не должно быть. Да, и получится обмен грузами один раз за оборот всей системы вокруг земли (через полтора, два часа, по моему вполне достаточно и удобно, есть время груз подготовить).

[Astro Cat]

В момент касания то нулю скорость равна. Сколько времени будет этот момент? Секунду? Через минуту какая скорость уже будет? Рывок будет бешеный. Хотите вы этого или нет.

Спутник чешет по орбите со скоростью 8 км/сек. Пусть трос 200 км. Чтоб вытянуть трос на горизонталь спутнику надо эти 200 км пролететь. Это 25 секунд разгоняется ваш груз с нуля до 8 км/сек.  Какие там 2-3 же?

[Andrey]

Ускорение тут считается довольно просто, оно центробежное.
Для  8 км/сек и 200 км это 32 же.
Чтоб было 5 же, как хочет Shestoper, нужен трос длиной около 1000 км.

Но это мелочи.
Из чего трос делать?
В настоящее время подходящих материалов нет.

[Игорь Мазур]

Если система будет состоять из двух одинаковых грузов на тросе (орбитальный и опускаемый), то и ускорение считать надо, не вокруг верхнего груза - спутника, а вокруг их общего центра масс, точки движущейся в два раза медленней орбитальной скорости. По поводу, из чего делать трос, думаю что это вопрос экономической целесообразности. Можно сделать хоть из чугуна или бумаги, разница только в необходимом количестве материала, для того чтобы противостоять тем силам, что будут на него действовать.

[Andrey]

Игорь Мазур пишет:
Если система будет состоять из двух одинаковых грузов на тросе (орбитальный и опускаемый), то и ускорение считать надо, не вокруг верхнего груза - спутника, а вокруг их общего центра масс, точки движущейся в два раза медленней орбитальной скорости.

Ну я и считал от центра масс.
А если скорость центр масс будет меньше первой космической, то ничего и не полетит.

Игорь Мазур пишет:
 По поводу, из чего делать трос, думаю что это вопрос экономической целесообразности. Можно сделать хоть из чугуна или бумаги, разница только в необходимом количестве материала, для того чтобы противостоять тем силам, что будут на него действовать.

А вы посчитайте эту необходимую массу материала.
К примеру на концах троса весят два груза по 1 тонне.
Система закручена до окружной скорости 8 км/с.
Сколько будет весить трос из бумаги или чугуна?