Обсуждение способов безракетного запуска с Земли

[LonelyWanderer]

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).

Вы уверены, что этот расчёт правильный? Я уже лет 10 назад изучал вышку, и нужно вспоминать интегралы, и я рассчитывал приблизительно, и там получалось больше километра в секунду для стали.

[LonelyWanderer]

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!

Осталось посчитать нагрузку на растяжение такого троса Вон, тут некоторые интегралы помнят ещё

[noxx77]

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.

Допустим, это не астероид, а материал с Луны, выведенный на орбиту пушкой, возможно, приторможенный в атмосфере Земли.

[noxx77]

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!

Больше. Есть возможность применения одноступенчатых многоразовых воздушно-реактивных схем.
Меня смущает другое: схватив груз и затащив к себе, астероид притормаживает, так как импульсы складываются. По идее его как-то придется разгонять как раз на величину потерянного.
Можно, конечно а) тратить реактивную массу б) получать внешнего "пенделя", например, с той же Луны.

[ВадимZero]

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!

Еще нужно вычесть, скорость вращения земли 462 м/с, тогда будет 2320 м/с. А это скорость  8 махов. То есть скорости доступные для ГПВРД.

[shuricos]

По идее его как-то придется разгонять как раз на величину потерянного

Во время стыковки груза с тросом их скорости должны быть почти равны, поэтому торможения не будет.
Тут вопрос может быть другой: если подниматься будет больше грузов, чем спускаться (что очень вероятно), то постепенно астероид будет стягиваться с его орбиты.

Если грузопоток будет в обе стороны, то вопрос решается разницей скоростей поднимаемых и спускаемых грузов.
Если скорость спускаемых грузов сделать в 2 раза выше скорости поднимаемых, то количество поднимаемых грузов можно увеличить в 4 раза по сравнению с массой спускаемых грузов.

Есть ещё вариант с эффектом Ярковского: покрыть переднюю половину астероида чёрным материалом и закрыть плёнкой, прозрачной для видимого света и непрозрачного для ИК, а заднюю половину - зеркальным материалом с отводом тепла от чёрной стороны к прозрачной.
Зеркальная сторона будет одновременно и солнечным парусом, и излучателем тепла, собранного тёмной стороной. Астероид будет постепенно ускоряться.

Да даже если поднимать с Земли топливо, то за счёт разницы в скорости подъёма топлива и скорости его истечения можно получить немалую выгоду (поднимаем со скоростью 10 м/с, выбрасываем при сгорании со скоростью 3000 м/с).

Если материала астероида не жалко, то можно и его с ускорением сбрасывать, тем самым компенсируя смещение.

[shuricos]

Допустим, это не астероид, а материал с Луны

Да, вполне разумная мысль.

Кстати, на Луне тоже можно организовать нечто подобное: вывести на окололунную орбиту тяжёлый предмет, от него спустить трос к Луне так, чтобы скорость нижней точки троса была относительно мала, но сам предмет (астероид ли, часть ли Луны) был достаточно далеко, чтобы масконы Луны не сильно влияли на его орбиту.

[shuricos]

Если станцию разместить на высоте 5220 км от поверхности Луны (4 радиуса, сфера Хилла - 66 тыс.км, вполне надёжно!), то её скорость будет в 4^0,5=2 раза ниже первой космической на поверхности Луны, т.е. 1680/2=840 м/с. Значит, станция будет делать полный оборот за (1737×4)×2×(пи)/0.84=43655/0.84=~52 тыс.сек (~14.5 час).
Соответственно, низ троса будет двигаться со скоростью примерно 1737×2*(пи)/52000=210 м/с.

[shuricos]

Можно совсем обнаглеть и разместить на нижнем конце троса вращающееся кольцо так, чтобы поверхность кольца давала 210 м/с. Тогда такое кольцо будет почти как колесо - низ кольца в любой момент времени будет неподвижен относительно поверхности Луны, к нему можно будет что-то прицепить, этот груз будет увлечён кольцом вверх и затем по тросу поднимется к станции.

Можно, конечно, и весь трос так раскрутить, но тогда увеличится нагрузка на него из-за центробежной силы, его придётся делать толще. Не исключаю, что это возможно, но за кольцо-колесо цепляться проще.

[shuricos]

А если длину троса увеличить до 13900 км, то скорость низа троса составит всего 62 м/с.

[elind]

Вопрос.
Почему не рассматривают такие  вещи, как петля Лофстрома, Космический мост, Общепланетное транспортное средство (ОТС), наконец?

[LonelyWanderer]

Составил универсальную таблицу для тросовых систем-центрифуг с изменяемыми параметрами по длине троса, толщине, скорости вращения, материала (плотность), наличию или отсутствию дополнительной гравитации планеты (астероида), составленную по формулам.

Кто хочет поиграться с параметрами, милости просим прикреплена здесь ниже.

Предлагается трос, разбитый на 20 частей с подробным описанием параметров каждого участка. Соответственно погрешность расчётов до 5%. Параметры, которыми следует играть, изменяя характеристики - в правой части таблицы.
Так как не был установлен Ехсель, сделал в таблице, которая была у меня на компе (от виндовс, наверное) в формате .ods

Меняя параметры пришел к любопытному  выводу - от степени утолщения троса очень сильно зависит сила растяжения троса, намного больше, чем я думал. Возможности троса растут очень быстро вплоть до километровых его толщин у основания (только потом дальнейшее утолщение троса становится менее эффективным).

Завтра сделаю ещё таблицу для космического моста для планеты (Земля, Марс, возможно универсальную для разных планет)

[LonelyWanderer]

Пару значений здесь выложу по тросу с изменяемой толщиной от 10 см² до 320 см² (ну или от 1 см² до 32 см²) для существующих материалов:

Самая крепкая сталь, существующая в природе (5 ГПа, википедия): обрыв выше 1850 м/с;
Кварцевое волокно (20 ГПа, википедия): обрыв выше 6400 м/с.

Причем абсолютный рекорд для кварцевых нитей, полученных в лабораторных условиях (карборунд) составляет 41 ГПа (http://works.doklad.ru/view/1Qf1ca3klDg/16.html), из такого волокна (без учёта недостатков самого плетения троса) получается цифра разрыва аж 9200 м/с.

Существует ещё гафрен, ещё более прочный по описаниям, нашёл его плотность, но не нашёл конкретных цифер прочности.

[noxx77]

Размещаем астероид на расстоянии 13000 км от центра Земли.

А затраты на размещение астероида у Земли не перекроют ли все выгоды, которые потом с его помощью можно будет получить?

Поэтому я и предложил снабжение с Луны: оттуда материал можно 100% безракетным способом доставлять на земную орбиту.

[CTPAHHNK]

...От астероида к Земле спускаем трос длиной 6500 км...

С этого места по подробнее, пожалуйста. Как спускать собираетесь? Чем скорость конца троса гасить будете? Как поддерживать меньшую скорость собираетесь и что из этого выйдет? Что будет с тросом если скорость не поддерживать, а дать ей увеличиться до скорости точки крепления троса?

[noxx77]

Меня смущает то, что груз-трос-астероид - динамическая система, причём вращающаяся вокруг общего ЦТ. Причём трос явно по массе сопоставим с грузом и значителен к массе астероида. В добавок, думаю, что и "играть" трос на такой длине будет очень нездорово: для тысяч км десяток -  проценты, а при освобождении груза всё равно упруго сыграет. Учитывая массу троса - автоколебания как минимум.  Если же притягивать, то растет угловая скорость, которую придётся гасить, ускоряя при этом вращение астероида. Мало того, чтобы гасить мягко, придётся творить независимую (скользящую) подвеску троса. Гемор, в общем.

[noxx77]

...От астероида к Земле спускаем трос длиной 6500 км...

С этого места по подробнее, пожалуйста. Как спускать собираетесь? Чем скорость конца троса гасить будете? Как поддерживать меньшую скорость собираетесь и что из этого выйдет? Что будет с тросом если скорость не поддерживать, а дать ей увеличиться до скорости точки крепления троса?

Погасить скорость конца троса можно трением об атмосферу. Остальное печальнее.

[CTPAHHNK]

Нет. Без погружения в атмосферу и антикрыла все будет летать на одной орбите. ИМХО.

[noxx77]

Нет. Без погружения в атмосферу и антикрыла все будет летать на одной орбите. ИМХО.

На какой высоте забирают груз? Понятно, что до неё придётся тянуть ракетой или стрелять тросом или делать подвеску троса кольцом-ротором вокруг астероида, а по самому астероиду прокладывать статор. Жюткая схема, ИМХО, ну да и овощ в помощь!

[CTPAHHNK]

Погасить скорость конца троса можно трением об атмосферу...

Что будет с точкой крепления троса к телу в этом случае? Что будет с самим телом?