Обсуждение способов безракетного запуска с Земли

[-Юрий-]

А может проще земную атмосферу откачать, и мы сразу в космосе?

!!!   Согласен, а то народ в своих фантазиях совсем перешёл все разумные пределы.

[LonelyWanderer]

Вернусь к теме центрифуги

Думая о её совершенствовании, нашёл хороший (если не сказать, изящный) выход. А если совместить свойства центрифуги со свойствами космического лифта?
В центрифуге, как известно, наибольшая нагрузка троса приходится на её основание, у земли, а в космическом лифте - наоборот, на противовесе. У космического лифта основной недостаток - слишком длинный, а значит, слишком тяжёлый трос, которые получается на пределе теоретических (и ещё далеко не практических) свойств материалов.
Трос в центрифуге гораздо более короткий, потому имеет во много раз меньшие нагрузки, хотя для разгона до 8 км/с конца троса всё-равно превосходят возможности традиционных материалов (но всё-равно намного меньше, чем у космического лифта). У центрифуги основной недостаток - действие в атмосфере, нельзя груз разогнать слишком быстро из-за аэродинамического сопротивления и перегрева троса и груза, и из-за невозможности поднятия груза верх. Выше я предлагал только варианты облегчённого высотного запуска ракет с начальной скоростью и с начальной высотой в стратосфере или мезосфере.
Или всё-таки можно?

Итак, развитие проекта центрифуги.

В космическом лифте один из главных недостатков - недостаточность скорости вращения Земли, из-за чего трос получается очень длинным. А нельзя ли ускорить вращение Земли? А точнее точки, где трос крепится к ней?
Предлагаю сделать трос намного длиннее, чем в предыдущих вариантах (но всё-же он будет на порядок короче космического лифта). С выносом груза далеко за пределы атмосферы и с приданием 1-й космической скорости. Т.е. полностью безракетный запуск, и применяя трос со значительно меньшей требуемой прочностью, нежели в традиционном космическом лифте.

Оптимальную длину троса и вообще его возможности - нужно ещё долго расчитывать. Но навскидку, с учётом того, что наиболее скоростная часть троса должна лежать вне атмосферы, у меня получается его длина где-то в районе 2000 км. Если делать длиннее, то середина и начало троса будут проседать от недостатка центробежной силы, и будут расти нагрузки на растяжение(вплоть до равных космическому лифту, если за 30 000 км). Если делать короче - скоростные участки троса будут больше погружены в атмосферу.
Тогда, если конец троса будет двигаться со скоростью 8 км/с (т.е. чуть быстрее 1-й космической, и будет тянуть уже вверх. Хотя итак трос будет стремиться выпрямиться, т.к. радиус его обращения меньше радиуса Земли), то его конец будет находиться на высоте около 300 километров над поверхностью Земли и практически не испытывать аэродинамического торможения.
На картинке ниже я показал модель в масштабе с 2-мя слоями атмосферы - 100 километров, 50 километров.
Высота 100 километров - это 800 км от начала троса (рассчитывал не по формулам, а по координатной сетке модели), в этом месте он будет двигаться со скоростью 3.2 км/с.
Высота 50 километров - разряженная атмосфера, длина троса от его начала- 550 км. В этом месте трос будет двигаться всего со скоростью 2.2 км/с, что вполне терпимо для такой высоты. И далее, чем трос ниже и воздух плотнее, тем и трос будет медленнее двигаться.

Ещё одно важное преимущество перед космическим лифтом: поднятие груза будет посредством центробежного ускорения, не нужно будет придумывать непонятные дорогостоящие системы передачи энергии и лифты. В конце концов, спарив 2 таких троса можно вообще организовать движение вверх почти как по железной дороге (едва ли не обычными вагонами с колёсами), запуская груз вверх с хорошей скоростью.

Среди плюсов помимо более простых требований к тросу по сравнению с лифтом и простоте подъёмника - очень высокая пропускная способность. Среди минусов - это активная структура, она должна вращаться всё время, в отличии от пассивного космического лифта. И необходимость расположения вблизи полюса Земли (иначе он упадёт из-за несоответствия оси вращения Земли и центрифуги), что из-за их географических особенностей  - проблема. На ЮП - ледовая шапка и общая труднодоступность, на СП - океан со льдами, т.е. создание  "космодрома" и его обслуживание будет проблематичным.

(ЗЫ: почему я нигде не встречал такой способ, есть ли в нём неразрешимые недостатки? Или можно уже патент защищать?    )

[LonelyWanderer]

Что же касается движителя этого троса. Т.к. он будет достаточно длинным и будет испытывать аэродинамическое торможение троса на его участке в атмосфере, то, возможно (хотя это нужно ещё посчитать), даже крупного размера ротора будет недостаточно для передачи момента, и трос будет стремиться намотаться на ротор.
Если это так, то это решаемая задача, т.к. значительный участок троса будет низко над землёй, и можно построить кольцевой ускоритель (маглев или ещё что-нибудь в этом духе), соединённый отельным тяговым тросом.
Хотя, конечно, это значительное усложнение проекта, и нужно будет как-то рассчитать минимальный диаметр ротора для достаточной передачи момента на трос. Если несколько сотен метров, то ещё можно придумать вращающуюся фермовую конструкцию.

[SpaceComplex]

КосмическийКомплекс  Дорогие форумчане ! Предлагаю к Вашемусведению Космический Комплекс  для
всеобщего обсуждения ! Космический Комплекс
– является Новой Ступенью Развития Человечества ! Космический
Комплекс   – представляет собой конус ,
«пирамиду» высотой до 100 км. И является единственно правильным решением на
данном этапе для завоевания ближнего и дальнего Космоса ! ( см рис. 1 ).Самая главная проблема на Земле длязапуска ракет , для завоевания Космоса – это атмосфера Земли !!! Всем Вам
известны трагические случаи гибели космических кораблей СССР и США .На Космическом Комплексе будет выкачанвоздух изнутри  до состояния глубокого
вакуума что позволит безопасно и беспрепятственно осуществлять тысячи запусков
ракет с одного Космический Комплекс, то есть выйти на уровень промышленного использования
Космоса для всего человечества ! На Космическом Комплексе  будут использованы самые надёжные комбинированные
виды запусков ракет –1)      космическиеракеты с твёрдым топливом ,  с высоты 100
км .2)     с помощью МАГЛЕВ,в шахтах – тоннелях  с электро-магнитным
разгоном космических ракет.3)      спомощью воздушных шаров, в шахтах , высотой до 100 км , заполненных углекислым
газом.Поприблизительным подсчётам стоимость 1 кг. полезного груза будет стоить от 1
долл.  до 10 долл. Этацена позволит нам вести промышленную деятельность космическом уровне :1)      перевозкагрузов2)     космическийтуризм3)      освоениекосмосаСкорость космических ракет длякосмического туризма будет составлять до 25 000 км.  в час !!! Фактически за полчаса- час долетать
до любой точки Земного Шара ! Естественно нужно построить на всех
континентах  по  одной и даже несколько Космических Комплексов
!!! Кроме того разгон небольших или миниспутников  ,весом от 0.1 кг и до 10 кг. будет возможен
до скорости 100 000 км. в сек. !!! Буду рад любому предложению иконструктивному обсуждению данного проекта !!! Это предварительная информация
для широкой публике.В дальнейшем будет предоставлена полная информация по всем
аспектам Космического Комплекса  !!!Я уверен что пришло время построить  Космический Комплекс  на Земном Шаре !!!Это в наших возможностях и в наших силах!!! Все заинтересованные лица и компании приглашаются к сотрудничеству !

[SpaceComplex]

я писал об этом лет 10 назад...но пришло время СОБИРАТЬ КАМНИ...!!!

[jet]

Можно использовать естественные вершины, горы, в качестве фундамента и основы. Сэкономив высоты 5-10 км для того же космолифта например.
Ещё на ум приходит вариант рельсотрона, для микроспутников. Правда, непонятно что и для чего им можно запустить на орбиту. Возможно, подойдёт лишь в военных целях.

[ВадимZero]

Лучше всего подвешать над атмосферой(либо в разряженных верхних слоях) левитирующий сверхпроводящий диполь, а внутри него расположить ускоритель полезной нагрузки.

[SpaceComplex]

стр-во 100 километровой высоты это архисложнейший проект !!! поэтому я и говорю что Весь Мир должен учавствовать в этом проекте !!! я думаю что скорее всего нужны будут огромные машины с АТОМНЫМИ ДВИГАТЕЛЯМИ !!! которые будут воротить ГОРЫ !!! И ПЕСЧАНЫЕ ДЮНЫ !!! соответственно нам надо искать пустыни ,соседствующие с горами !!! у нас на Земле огромное количество ПУСТЫНЬ !!! И ГОР У НАС НЕМАЛО !!!  ЕСТЬ СТРОИТЕЛЬНЫЙ МАТЕРИАЛ НА МИЛЛИАРД КОСМИЧЕСКИХ КОСМПЛЕКСОВ !!!)

Комментарий модератора раздела

а можно менее эмоционально и более реально?

[AlAn]

стр-во 100 километровой высоты это архисложнейший проект !!!

На Земле невозможен никакой объект более чем 10 километров высоты. Нет таких материалов, предел прочности не позволяет.

[LonelyWanderer]

Orbital Skyhook, вращающийся спутник с длинным тросом - тоже хорошая концепция.
Конец троса будет опускаться до верхних слоёв атмосферы, где аэродинамическое торможение ещё не существенно (наверное, конец троса должен быть на высоте порядка 100 км).
Передача кинетической энергии от спутника к космическому кораблю будет приводить к понижению орбиты первого, но если он будет достаточно массивен, то ого будет незначительным.
Для осуществления проекта лучше всего захватить небольшой астероид размером в 100-200 метров. В глубине этого астероида построить космическую базу, которая будет полностью защищена  от излучения.
Для компенсации потерь на кинетическое торможение от запускаемых космических кораблей на астероиде могут располагаться солнечные батареи, которые будут запитывать ионные двигатели, постепенно восстанавливающие кинетическую энергию спутника.
Также частично восстанавливать энергию спутника можно используя его для посадки возвращающихся на Землю космических аппаратов, что заодно намного облегчит саму посадку ввиду существенного снижения скорости входа в атмосферу.
Зато сами космические корабли (точнее ракеты к ним или ракетопланы) намного подешевеют, т.к. они будут суборбитального класса.

[LonelyWanderer]

А вот небольшой расчёт по необходимому восстановлению кинетической энергии спутника Orbital Skyhook.

Допустим, нужно запустить космический корабль весом 10 тонн. Допустим, высота спутника 480 км (чуть ниже радиационных поясов), высота нижнего конца троса 100 км, высота верхнего конца - 860 км. Допустим, конец троса движется относительно спутника со скоростью 4000 м/с  (верхний край 11900, что больше 2-й космической скорости, а нижний - 3900 м/с)

Формула кинетической энергии:

Ек = mv²/2

Тогда кинетическая энергия корабля меняется с 76,05 ГДж до 708,05 ГДж. Разность - 632 ГДж.

Формула потенциальной энергии:

Еп = mgh.

Тогда потенциальная энергия корабля меняется от 9,8 ГДж до 84,28 ГДж. Разность 74,48 ГДж.
Сумма разностей потенциальной и кинетической энергии  632 + 74,48 = 706,48 ГДж. Эта та энергия, которую нужно восстановить спутнику после запуска космического корабля.

706,48 ГДж = 706,48 ГВт*с = 196,2444 МВт*ч

Если мы хотим запускать корабли весом в 10 тонн в межпланетное пространство, допустим, 1 раз в месяц, тогда мощность (при 100% КПД) энергоустановки спутника  Orbital Skyhook должна быть 272,56 кВт. Это всего лишь около 2000 м² солнечных батарей! К примеру, площадь шара диаметром 200 метров равна 126500 м². Таким образом, для полного энергетического обеспечения запусков достаточно лишь частично покрыть поверхность астероида солнечными батареями (экваториальную зону).
Для работы ионных двигателей можно использовать либо привезённое топливо, либо использовать вещество астероида (тогда, наверное, лучше захватить астероид металлического класса).

По-моему очень хороший вариант. Не знаю, почему его не воспринимают так, как космический лифт.

[ВадимZero]

Для работы ионных двигателей можно использовать либо привезённое топливо, либо использовать вещество астероида (тогда, наверное, лучше захватить астероид металлического класса).

Вместо ионных двигателей можно использовать тросовую систему разгоняющуюся относительно магнитного поля земли. А вообще тросовые системы, в случае баланса грузов вверх и вниз, вообще энергетически не затратны.

[LonelyWanderer]

Для работы ионных двигателей можно использовать либо привезённое топливо, либо использовать вещество астероида (тогда, наверное, лучше захватить астероид металлического класса).

Вместо ионных двигателей можно использовать тросовую систему разгоняющуюся относительно магнитного поля земли. А вообще тросовые системы, в случае баланса грузов вверх и вниз, вообще энергетически не затратны.

Ну 100% баланса не будет, если мы хотим осваивать Марс, астероиды и т.д. то посылать будем больше, чем принимать.
Кстати, с 200-метровым астероидом я сильно преувеличил. Достаточно захвата и 30-метрового астероида, который будет весить порядка 25 тысяч тонн, что, соответственно, в 2500 раз превышает массу запускаемого кораблся в 10 тонн и орбита при запусках будет стабильна.
Этого объема хватит, чтобы внутри разместить небольшую станцию на несколько человек, защищённую от радиации. А если астероид будет представлять из себя кучу рыхлого материала, то тоже не проблема - можно скрепить его сетью.

[-Юрий-]

Вот почитаешь такие идеи и складывается впечатление, что Королёв и Браун как-будто были недоучками. И Циолковский, видимо, тоже. А простые обыватели, которые ракету-то только по телевизору видели, начинают их учить.

[ВадимZero]

А простые обыватели, которые ракету-то только по телевизору видели, начинают их учить.

Кто конкректно и где учит Королева и Брауна?

[elind]

А вот небольшой расчёт по необходимому восстановлению кинетической энергии спутника Orbital Skyhook.Допустим, нужно запустить космический корабль весом 10 тонн. Допустим, высота спутника 480 км (чуть ниже радиационных поясов), высота нижнего конца троса 100 км, высота верхнего конца - 860 км. Допустим, конец троса движется относительно спутника со скоростью 4000 м/с  (верхний край 11900, что больше 2-й космической скорости, а нижний - 3900 м/с)

А кой-шо не треснет? © В данном случае - треснет трос.
Сила, действующая на вращающийся трос, скорость концов которого V₀, определяется по формуле
 
Сила, которую трос способен выдержать, при постоянном сечении

Лучший показатель удельной прочности у углерод-углеродного композита 10⁶ Па/кг, что даёт нам скорость конца троса не выше 1.4 км/с
Тут требуется рассчитать зависимость сечения троса по длине, и, исходя из этого, сколько УУ или кевлара нужно поднять на орбиту - потому что стальной трос порвётся уже при 300-480 м/с (зависит от марки стали).

[гравицап]

создаем стационарный вихрь типа торнадо. внутри вихря мощный восходящий поток. трос лифта оборудован плоскостями, с помощью которых будет сниматься нагрузка. контроль за состоянием атмосферы нужен будет в радиусе где то км 200. опасность в нарушении климата, но это можно как то рассчитать

[shuricos]

Размещаем астероид на расстоянии 13000 км от центра Земли.
Его линейная скорость будет 5563 м/с.
Полный оборот вокруг Земли он будет делать за 14665 секунд = чуть больше 4 часов.

От астероида к Земле спускаем трос длиной 6500 км.
Нижний конец троса будет на высоте 122 км над морем..Этого достаточно, чтобы избежать значимого торможения об атмосферу.
Нижний конец троса будет иметь ту же угловую скорость, как и астероид, т.е. будет оборачиваться вокруг Земли за те же 4 с небольшим часа, но длина орбиты нижнего конца троса вдвое меньше длины орбиты астероида. Поэтому линейная скорость нижней точки троса будет 2782 м/с. Это почти втрое меньше первой космиеской, т.е. экономия топлива получается девятикраиной, только для полезной нагрузки, а реально больше!

[СССР]

Размещаем астероид на расстоянии 13000 км от центра Земли.
Его линейная скорость будет 5563 м/с.
Полный оборот вокруг Земли он будет делать за 14665 секунд = чуть больше 4 часов.

От астероида к Земле спускаем трос длиной 6500 км.
Нижний конец троса будет на высоте 122 км над морем..Этого достаточно, чтобы избежать значимого торможения об атмосферу.
Нижний конец троса будет иметь ту же угловую скорость, как и астероид, т.е. будет оборачиваться вокруг Земли за те же 4 с небольшим часа, но длина орбиты нижнего конца троса вдвое меньше длины орбиты астероида. Поэтому линейная скорость нижней точки троса будет 2782 м/с. Это почти втрое меньше первой космиеской, т.е. экономия топлива получается девятикраиной, только для полезной нагрузки, а реально больше!

  Господа астрономы, да что вы.. Какие троса, какие воздушные шары.....   Конечно, будущее запусков космических аппаратов не за реактивным принципом (с Земли и обжитых планет).
  Вероятно, принцип будет примерно такой:  энергоустановка на земле, воздействие на аппарат дистанционное...  Лично мне так кааца.. 

[LonelyWanderer]

Вот почитаешь такие идеи и складывается впечатление, что Королёв и Браун как-будто были недоучками. И Циолковский, видимо, тоже. А простые обыватели, которые ракету-то только по телевизору видели, начинают их учить.

Вообще-то ракета - это самый простой и логичный способ для первого проникновения в космос. И достижения Королёва и Брауна вполне закономерны. Другие проекты тогда были просто неактуальны.