Строительство космического лифта - Space elevator construction

Три основных подхода к строительство космического лифта были предложены: Во-первых, использование космических ресурсов для производство весь кабель в космосе. Во-вторых, запуск и развертывание первого семенного троса и последовательное усиление семенного троса дополнительными тросами, транспортируемыми альпинистами. В-третьих, намотайте два кабеля вниз и затем соедините концы, образуя петлю.

Концепции раннего строительства

Есть два подхода к построению космический лифт. Либо кабель изготавливается в космосе, либо он запускается в космос и постепенно укрепляется дополнительными кабелями, которые альпинисты переносят в космос. В принципе, изготовление кабеля в космосе можно осуществить с помощью астероид или же Околоземный объект.[1][2]

Один из первых планов включал подъем всей массы лифта в геостационарная орбита, и опускание одного кабеля вниз к поверхности Земли, в то время как другой кабель разворачивается вверх прямо от поверхности Земли.[3]

Приливные силы (сила тяжести и центробежная сила ) естественным образом тянул бы кабели прямо к Земле и от нее и удерживал лифт в балансе на геостационарной орбите. Когда кабель развернут, Силы Кориолиса потянет верхнюю часть кабеля немного на запад, а нижнюю часть кабеля - на восток; этим эффектом можно управлять, изменяя скорость развертывания.[3]

Однако этот подход требует подъема сотен или даже тысяч тонн на обычных ракеты, дорогое предложение.

Конструкция посева кабеля

Брэдли С. Эдвардс, бывший директор по исследованиям Институт научных исследований (ISR), на основе Фэрмонт, Западная Вирджиния предположил, что, если нанотрубки с достаточной прочностью можно будет производить в большом количестве, космический лифт может быть построен немногим более чем за десятилетие, а не в далеком будущем. Он предложил использовать один 20-тонный «семенной» кабель в виде волоса традиционным способом, чтобы получить очень легкий лифт с очень небольшой грузоподъемностью. Затем по нему будут протягиваться все более тяжелые кабели, многократно укрепляя его, пока лифт не достигнет необходимого уровня. масса и сила. Это почти тот же метод, который используется для создания подвесные мосты. Длина этого кабеля составляет 35 786 км или 35 786 000 м. 20-тонный кабель будет весить около 1,12 грамма на метр. [4]

Конструкция петлевого элеватора

Это менее хорошо проработанный дизайн, но он предлагает некоторые другие возможности.

Если кабель обеспечивает полезную прочность на разрыв до плотности около 48,1 ГПа / (кг / м3) или выше, то кабель постоянной ширины может выходить за пределы геостационарной орбиты, не ломаясь под собственным весом. Затем дальний конец можно развернуть и направить обратно на Землю, образуя петлю постоянной ширины, которая будет вращаться во избежание запутывания. Две стороны петли, естественно, разделены силы Кориолиса из-за вращения Земли и петли. Увеличивая толщину кабеля от земли, может быть выполнено очень быстрое (экспоненциальное) наращивание нового лифта (помогает то, что не нужны активные альпинисты, а мощность прикладывается механически). Однако, поскольку петля работает на при постоянной скорости присоединение к петле и выход из нее могут быть в некоторой степени затруднительными, а грузоподъемность такой петли ниже, чем у обычной конической конструкции.[5]

Текущее состояние

В настоящее время рассмотрены проект посевного кабеля и технологический проект космоса. В конструкции космического производства будет использоваться углеродсодержащий астероид или же околоземный объект для добычи его материала и производства углеродная нанотрубка кабель.[2] Затем кабель будет транспортирован обратно в геостационарная орбита и залили. Несмотря на то, что этот подход смещает сложность конструкции от использования альпинистов при проектировании заделки кабеля, он увеличивает сложность необходимого входа.космическая инфраструктура.

Конструкция заделки кабеля может оказаться невозможной в случае, если прочность материала будет значительно ниже, чем предполагал Брэд Эдвардс.[2]

Текущее технологическое состояние проекта посадки кабеля:

ПараметрНеобходимыйДостигнутоГодПримечания
Привязь
Сила30-100 Меганьютон / (кг / м)[6][нужна цитата ]7100 с.ш.2010House Tether (волокно Zylon и клей M77).[7]
Альпинист
Скорость83 м / с (300 км / ч) а18,3 м / с (66 км / ч)
4 м / с (14 км / ч)		2010
2009		Альпинист с батарейным питанием на дистанцию ​​300 м, Второй Японский технический и инженерный конкурс космических лифтов.[8]
Баллистический альпинист на высоту 1 км, Space Elevator Games 2009.[9]
Высота36000 км[10]1 км2009Скорость более 4 м / с (14 км / ч).[9]
Полезная нагрузка10 кг2009Приблизительно - во время Игр космических лифтов в 2009 году альпинист перетащил нижнюю остановку на высоту около 30 м со скоростью более 6 м / с (22 км / ч).[9]
Лазерное излучение
Луч мощности1 кВт2009Расстояние более 300 метров.[9]

а) Чтобы достичь геостационарный высота 36000 км с такой скоростью.[11]

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ Д.В. Смитерман (ред.), Космические лифты: передовая инфраструктура Земля-космос для нового тысячелетия, NASA / CP-2000-210429, Центр космических полетов Маршалла, Хантсвилл, Алабама, 2000 г.
  2. ^ а б c Хайн, А.М., Изготовление троса космического лифта с использованием NEO: предварительная оценка, Международный астронавтический конгресс 2012, МАК-2012, Неаполь, Италия, 2012
  3. ^ а б Пирсон, Дж. (1975). Орбитальная башня: пусковая установка космического корабля, использующая энергию вращения Земли. Acta Astronautica, 2 (9), 785-799.
  4. ^ "Космический лифт: исследование фазы I" Брэдли Карл Эдвардс
  5. ^ Гассенд, Блэз. «Экспоненциальные тросы для ускоренного развертывания космических лифтов» (PDF). Получено 2006-03-05.
  6. ^ Удельная прочность 100 меганьютон / (кг / м) предназначена для кабеля постоянного сечения и коэффициента безопасности 2. Возможность строительства кабеля с постоянным сечением имеет некоторые преимущества, но не является обязательной. Сужение поперечного сечения кабеля от максимального на уровне геостационарной орбиты до минимума внизу и вверху позволяет использовать материалы с меньшей удельной прочностью. Минимальная удельная прочность, необходимая для конического кабеля, во многом зависит от бюджета запуска и других финансовых факторов. Нижний предел 30 меганьютон / (кг / м) был упомянут как цель для удельной прочности, чтобы иметь возможность поддерживать разумно финансово осуществимый космический лифт - девиз конференции по космическому лифту 2011 года был «30 меганьютонов или крах!». «Юрий» здесь используется как единица измерения, представляющая один Ньютон / (кг / м).
  7. ^ Насколько близко находится космический лифт? Насколько это будет дорого? - Ссылки на точки данных
  8. ^ «Результаты конкурса JSETEC в Японии в 2010 году». 2010-08-11. Получено 2011-04-23.
  9. ^ а б c d Наджент, Том (2007-11-07). «Основные моменты конкурса 2009 года». LaserMotive. Архивировано из оригинал на 2012-03-16. Получено 2011-04-23.
  10. ^ Космический лифт # Кабельный
  11. ^ Космический лифт # Альпинисты

внешняя ссылка