Обсуждение способов безракетного запуска с Земли

[LonelyWanderer]

Вот удивляют такие люди, приходящие в тему о безракетных запусках, утверждающих, что нам не нужны ни лифты, ни башни, ни мосты, ни там космические фонтаны или петли; приходящие в тему о колонизации Марса, утверждающие что нам не нужна колонизация Марса, приходящие в тему о колонизации Луны, утверждающие, что нам не нужна колонизация Луны...

Ну здрасте! Я единственный, кто отнесся к теме серьезно, и даже провел реальные эксперименты, в которых указал на некоторые проблемы. Ну и ладно, не буду больше помогать строить.

Я бы хотел иметь обоснованную критику (как например та, что касалась аэродинамического сопротивления), почему такая концепция не может быть реализована. Когда я указал на возможность раскрутки с катушки вне атмосферы, вы уже начали говорить абы что про 200 километровую башню и т.д., это не серьёзно. Прежде всего я бы хотел узнать от людей, которые, возможно, больше меня разбираются, почему в списке возможных технологий безракетных запусков (список есть, например в той же Википедии из более, чем 10 пунктов) нет вот такой космической карусели. Есть, например, космический лифт длиной троса свыше 30000 км, если космический мост, который и вовсе всю Землю вокруг опоясывает - длины их тросов в сотни и тысячи раз больше, чем у центрифуги; есть Orbital Skyhook, несколько похожий (по сути это тоже центрифуга, только обращающаяся на орбите); есть космический трамвай, фонтан, пусковая петля большая и малая - всё это есть, а центрифуги нет. В силу этого хотелось бы узнать, почему все эти технологии являются с большей вероятностью реализуемые. Означает ли это, например, то, что трос для космического лифта, в 500 раз более длинный, легче создать? Проще ли дорогу, трубу с движущими болванками внутри в виде космического моста, построить опоясывающую всю Землю вокруг, длиной свыше 40000 км, нежели башню высотой в 90-100 километров? Хотелось бы увидеть причины, по которым центрифуге нет места в этом списке возможных технологий отдалённого будущего.

[kryptonik]

Безусловно необходимо добавить башню этот список. И еще сферу Дайсона.
Кстати пара прототипов. Тоже для полетов.

[Ulkolainen]

https://mash-xxl.info/pic1/119172237160231085171066248072237173201148075022.png
От числа Рейнольдса зависит, и сопротивление может менятяся от 0.6 до 1.2, а может и шире диапазон, тут надо разбираться.

Вот и разберитесь.
По Вашей же ссылке в той части таблицы, которая про "цилиндр, обдуваемый перпендикулярно образующей"  видна зависимость Cx от l/d. Для тросов оно сколько?

Но зачем эти точные цифры? Пока что я точные расчёты не собирался делать, потому что тут довольно много их делать.

Дык, соберитесь сделать хоть предварительные, пора бы уже...

Это будет тупик №1, из него можно выходить укорачивая подвес или наращивая радиус фермы.

Опять игнорирование предложений. Зачем наращивать диаметр фермы, если
Цитата
Можно даже несколько центрифуг на нескольких уровнях по высоте, и снизу вверх по мере раскрутки отцеплять трос.

Затем, что Ваша альтернатива с доп.центрифугами называется "укорачивая подвес" - тот самый вышеперечисленный выход из Тупика №1

Учитывая обслуживание миллиардов электромагнитных элементов, возможные отказы, я думаю, что эксплуатация центрифуги может быть дешевле.

Отказ любого элемента из "миллиардов" (ну, пусть так) не катастрофичен - в этом их фундаментальное преимущество.

И вообще, изначально я предлагал подвешивать корабли не на уровне земли, а выше, поднимая их по башне - возможно, на высоте 20-30 километров.

Домкратом.

Нужно будет хотя бы приблизительные произвести, а их немало - нужно найти приблизительную толщину троса, сила сопротивления ветру (а эта величина, изменяющаяся с высотой, поэтому тут вообще много расчётов, поэтому хотя бы примерно прикинуть бы), максимальное усилие раскрутки, которое можно передать фермой и т.д. Тут если всё точно рассчитать - на курсач тянет

Повторно советую: представьте трос+ПН как маятник. Для начала. Надо же Вам с чего-нибудь уже начинать?

[LonelyWanderer]

Повторно советую: представьте трос+ПН как маятник. Для начала. Надо же Вам с чего-нибудь уже начинать?

На данный момент я уже отказался от такого варианта, так что бессмысленно что-то считать. Думаю, что лучше, как на рисунке в последних постах, тогда не будет никаких проблем с атмосферой.

[Ulkolainen]

На данный момент я уже отказался от такого варианта, так что бессмысленно что-то считать.

Дык, считайте теперь тот вариант, к которому пришли. В чём проблема-то? (и, по секрету: в чём он не маятник?)

Промежуточно могу поздравить:

Думаю, что лучше, как на рисунке в последних постах, тогда не будет никаких проблем с атмосферой.

- Вы пришли к изначально-очевидному для оппонентов выводу о непригодности очередной схемы безракетного запуска с атмосферных планет.

[LonelyWanderer]

На данный момент я уже отказался от такого варианта, так что бессмысленно что-то считать.

Дык, считайте теперь тот вариант, к которому пришли. В чём проблема-то? (и, по секрету: в чём он не маятник?)

На начальном этапе, когда даже ферма шире, чем намотанный на катушку трос - совсем не маятник. Ввиду незначительного трения об атмосферу выше 80 километров, далее можно постепенно раскручивать даже коротким рычагом, от соотношения длины рычага и троса в вакууме зависит только необходимое время раскрутки. У нас есть на это, грубо говоря, полчаса-час из-за гироскопического эффекта, труднопреодолимого коротким рычагом: со вращением Земли необходимо будет смещать и ось центрифуги относительно башни, но долго этого делать тоже нельзя - конец троса с грузом начнёт погружаться с одной стороны в атмосферу. Но можно, думаю, время раскрутки и до 2-3 часов растянуть - для этого нужно изначально начинать вращать с некоторым наклоном в обратную сторону, и по мере вращения Земли наклон сменится на противоположный. Удивительно, что никто так и не задал вопрос по поводу эффекта гироскопа, закона сохранения момента импульса, хотя я давно ждал. Пришлось самому ответить на незаданный.

[Ulkolainen]

На начальном этапе, когда даже ферма шире, чем намотанный на катушку трос - совсем не маятник.

На начальном. А на всех последующих?

Удивительно, что никто так и не задал вопрос по поводу эффекта гироскопа, закона сохранения момента импульса, хотя я давно ждал.

Никто не спрашивал потому, что всем пока НЕ ДО гироскопического эффекта. Забудьте и Вы о нём и просто нарисуйте для себя схему приложения сил, которую сюда можете не выкладывать: "ферма" тянет груз на тросу, существенно превышающем её радиус.
Трос эластичен, поэтому не будет большой ошибкой считать, что сопротивления на изгиб не оказывает вообще.
Сопротивление среды "незначительное". Не нравится оно Вам -  совсем можете вычеркнуть из расчета, добавим после (если останется, куда добавлять).
Даже массу троса можете не учитывать. Оставьте только точечную массу на условной нити (естественно, в грав. поле) и посчитайте.

У нас есть на это, грубо говоря, полчаса-час

Или полгода-год?

Но можно, думаю, время раскрутки и до 2-3 часов растянуть

Или сократить до 3-4 минут?

Дайте какой-нибудь ориентир, вытекающий из расчёта, а не рассуждений на тему "как будет хорошо, когда всё будет хорошо!"

[Guy Fawkes]

Как уважаемому сообществу такая идея:

Метеоры, как известно, ионизируют воздух. Ионы электрически заряжены. Заряженные частицы можно разогнать до скоростей, значительно больших первой космической, электрическим или магнитным полем.

Итого. Аппарат стартует на турбореактивных/ракетных двигателях и разгоняется до скоростей, на которых начинает ионизировать набегающий воздушный поток. Дальше разгонный блок сбрасывается и включается основной двигатель - что-то вроде воронки раструбом вперёд, в минимальном сечении которой ионизированный нагретый воздух дополнительно разгоняется электромагнитом, питающимся от бортового источника(гибрид ПВРД и ионного двигателя).
Система летит горизонтально, от падения удерживаясь аэродинамической подъемной силой и постепенно набирая скорость (можно такое сделать, чтобы движущая сила была больше силы сопротивления?).  Как только набирает 1-ю космическую, выводится из атмосферы изменением аэродинамической конфигурации, соответственно, с отключением двигателя.


 

[ziggyStardust]

Как уважаемому сообществу такая идея...

Что дает "дополнительная ионная тяга"? Я кстати так и не понял по-поводу "бортового источника". Это банальный генератор на валу турбины, сеть термоэлементов или што еще? Если первое - то просто незначительное увеличение скорости потока, второе еще и парупроцентный прирост КПД. Но стоит ли овчинка выделки? При таких то усложнениях. Все средства(даже если не воровать) отпущенные на такой привод израсходуются во множестве НИОКР и тестов по результатам которых так и нельзя будет сказать - достигнут ли какой-то реальный предел или это просто потолок умений отдельно взятого коллектива.

 Чем плох банальный ионолет-лифтер? Он прост как лом, технологичен, использует воздух как рабочее тело, при минимальных переделках им можно "маневрировать в вакууме"(впрыскивая газ между электродов). Хотя я для "дальнего космоса" применил бы совершенно другой двигатель. И главное на современной стадии ИТП может быть построен коллективом из 4-10 человек на производственных мощностях города вроде Белой Церкви .

[kryptonik]

Никто не спрашивал потому, что всем пока НЕ ДО гироскопического эффекта. Забудьте и Вы о нём

Полностью согласен. Нет никакого смысла париться сейчас по поводу реальных нагрузок. Невелика разница, потребуется прочность материала на два порядка выше существующих или на три. Там вообще заодно неплохо и город какой построить, с заводами и прочим. Производство особо чистых материалов и много чего полезного, что требует вакуума.
Центрифугу можно и не ставить.

[leon10010]

Автору темы. https://ru.wikipedia.org/wiki/Закон_квадрата_—_куба
1638 г. Галилео Галилеей

[николай теллалов]

уже считалось здесь много раз

ну так дайте эти расчеты тогда вместо пространных объяснений

в конце концов кто сказал, что из ЭМ-ускорителя на верхушке пирамиды КА должен вылетать с орбитальной скоростью?
доразогнаться своими двигателями не может?

[kryptonik]

И надо как-то отреагировать на мое наглое утверждение, что соотношение диаметра жесткой части центрифуги и длины каната не может быть произвольным. А это ведет к необходимости консоли в десятки километров, что тоже не подарок.
Требуется теория вращающегося каната. Не знаю можно ли ее найти в готовом виде, больно уж задача нетривиальная. Тут без высшей арифметики никак.
https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9A%D0%BE%D1%81%D0%BC%D0%B8%D1%87%D0%B5%D1%81%D0%BA%D0%B0%D1%8F_%D0%BF%D1%80%D0%B8%D0%B2%D1%8F%D0%B7%D1%8C

[LonelyWanderer]

И надо как-то отреагировать на мое наглое утверждение, что соотношение диаметра жесткой части центрифуги и длины каната не может быть произвольным. А это ведет к необходимости консоли в десятки километров, что тоже не подарок.
Требуется теория вращающегося каната. Не знаю можно ли ее найти в готовом виде, больно уж задача нетривиальная. Тут без высшей арифметики никак.
https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9A%D0%BE%D1%81%D0%BC%D0%B8%D1%87%D0%B5%D1%81%D0%BA%D0%B0%D1%8F_%D0%BF%D1%80%D0%B8%D0%B2%D1%8F%D0%B7%D1%8C

Вот потому и не хочу браться, что надо вспоминать курс высшей математики, пройденный 18 лет назад, уже многое позабыто Но у меня нет сомнений, что любой консолью можно раскрутить любой трос: в условиях абсолютного вакуума и отсутствия каких-либо других сил вы и метровой консолью раскрутите трос длиной в миллион километров, но на это у вас уйдёт, возможно, миллион лет - то есть тут лишь вопрос необходимого времени, понятно, что чем короче трос, и длиннее консоль, тем быстрее можно его раскрутить, и наоборот. И вот сколько времени нужно, чтобы раскрутить консолью длиной, скажем, метров в 300 трос длиною, скажем, в 80 километров - это вопрос, тут нужно вышку вспоминать, но интуитивно мне кажется, что это от десятков минут до часов (не забываем, что в варианте с разматывающейся катушкой, изначально трос будет коротким, и старт будет достаточно быстрым). Ну, может быть, чуть попозже всё-же попробую вспомнить математику и попробую тут поиграть с векторами и прочим..

[kryptonik]

В данном конкретном случае интуиции вполне достаточно.

[LonelyWanderer]

В данном конкретном случае интуиции вполне достаточно.

А 100-метровой консолью, как вы считаете, можно раскрутить 1-километровый трос в условиях вакуума? Полагаю, вы ответите, что можно, а 80-километровый, вы считаете - нельзя. Значит есть какое-то пограничное значение между можно и нельзя, каково оно на ваш взгляд?

[LonelyWanderer]

Примерно такой рисунок векторов сил вы хотели? Чтобы существовал разгон, разумеется, консоль должна идти на опережение. Если опережения консоли не будет, то и не будет разгона. Оно всегда есть, и у карусели, и у бензокосилки, везде, просто из-за того, что там масштабы не те, то оно просто незаметно на глаз. Тогда возникает сложение сил (обозначенное синей стрелкой). Можно полагать, что наибольшее ускорение будет при наибольшем углу расположения троса (Т) к центробежной силе, совпадающей с радиусом (R), тогда этот вектор сложения сил будет наиболее длинным. Получается, что наибольший угол при очень длинном тросе будет тогда, когда консоль (К) будет очень близка к 90 градусов относительно R. Конечно, при очень длинном тросе короткой консоли, вектор сложения сил будет очень коротким, изобразить вообще в масштабе на рисунке это невозможно, но он будет. Далее нужно рассчитать угол, и считать максимально достижимое ускорение.

[kryptonik]

Для начала посчитаем какой нам нужен радиус орбиты. Больше 5g космонавты длительно никак не выдержат. Центробежная сила, сколько помню V²/R. Космическую скорость возьмем 10км/сек.
Итого радиус получим 2000км.
Если нарисовать как приложены вектор натяжения каната и вектор силы касательной к орбите (эта сила позволяет разгонять аппарат), то обнаружим что этот вектор обратно пропорционален отношению длины каната к плечу центрифуги. Значит ускорение,  с которым мы сможем разгонять ЛА будет 5g умножить на 0,3км и разделить 2000 итого 0, 0075g.
Прикинем сколько времени надо разгонять с таким ускорением ЛА со скорости 6км/сек до 10км/сек, делим 4000 на 0,0075 получается 533333сек или шесть дней. А всего дней десять. На один запуск десять дней. Негусто. И это без подготовительных работ.
А если не 5g, а 2?

[LonelyWanderer]

Для начала посчитаем какой нам нужен радиус орбиты. Больше 5g космонавты длительно никак не выдержат. Центробежная сила, сколько помню V²/R. Космическую скорость возьмем 10км/сек.
Итого радиус получим 2000км.
Если нарисовать как приложены вектор натяжения каната и вектор силы касательной к орбите (эта сила позволяет разгонять аппарат), то обнаружим что этот вектор обратно пропорционален отношению длины каната к плечу центрифуги. Значит ускорение,  с которым мы сможем разгонять ЛА будет 5g умножить на 0,3км и разделить 2000 итого 0, 0075g.
Прикинем сколько времени надо разгонять с таким ускорением ЛА со скорости 6км/сек до 10км/сек, делим 4000 на 0,0075 получается 533333сек или шесть дней. А всего дней десять. На один запуск десять дней. Негусто. И это без подготовительных работ.
А если не 5g, а 2?

Погодите, нет, какие 2000 километров, такое мы даже не будем рассматривать, это точно перебор. Выше я считал уже следующее:

Башня высотой 100 км и тросом 100 км (груз цепляем у поверхности), при скорости 3 км/с центростремительное ускорение 90 м/с2.
Несколько упрощенный вариант - 70 км башня и трос, скорость 2.5 км/с, - тоже 90 м/с2.

Это у меня было ускорение 9.2g - думаю, некоторое время такое можно выдерживать. Для пилотируемых запусков я предполагал дополнительную ракетную тягу, способную довести скорость до необходимой. Здесь нам не нужен мощный (т.е. тяжёлый) двигатель, потому что если корабль будет запущен под некоторым углом вверх, то у него есть довольно значительное время на то, чтобы довести скорость до 1-й космической. Сколько топлива надо по отношению к полезной массе корабля надо считать. Непилотируемые запуски можно производить почти без ракетной тяги, т.к. там можно большее ускорение применять.
Если взять ваши расчёты по получению сразу 1-й космической, то зачем 10 км/с? Нужно ведь ещё добавлять скорость вращения Земли, тут достаточно 7300 м/с - перигей здесь опустится ниже поверхности, но апогей будет достаточно высоко и на противоположной стороне Земли - времени вагон, чтобы даже слабеньким двигателем довести орбиту до круговой. И даже при ваших, как вы считаете, максимально достижимых 5g, радиус получается не 2000 км, а 1100 км. Но и этот вариант рассматривать не стоит - нужны какие-то облегчённые, время раскрутки не должно превышать 2-3 часа. Для пилотируемых кораблей нужно искать вариант с довыведением ракетной тягой, чтобы при этом был минимальный необходимый запас топлива и легкий двигатель. Например, для достижения скорости 5 км/с (плюс вращение Земли, итого 5.65 км/с) при 10g длина троса составит 255 км, а при 7g - 364 км. При скорости 5.65 км/с и углу запуска в несколько градусов вверх, траектория движения будет достаточно продолжительна и необходимые запасы топлива и мощность двигателя будут минимальны.

[Ulkolainen]

Требуется теория вращающегося каната. Не знаю можно ли ее найти в готовом виде, больно уж задача нетривиальная. Тут без высшей арифметики никак.

Поэтому я предложил её упростить до вращения точечной массы на нематериальной нити, так она окажется максимально близка к школьному курсу.

Примерно такой рисунок векторов сил вы хотели?

Ну, не то чтобы прям хотел...

нарисуйте для себя схему приложения сил, которую сюда можете не выкладывать

, но выложенная она, естественно, еще лучше.

Тогда возникает сложение сил (обозначенное синей стрелкой).

Сила, направленная наружу (второй красный вектор) существует только в не-ИСО фермы. Я бы предпочел связанную с башней (Землёй) и рисовал центростремительное, но тут дело вкуса.

Можно полагать, что наибольшее ускорение будет при наибольшем углу расположения троса (Т) к центробежной силе, совпадающей с радиусом (R), тогда этот вектор сложения сил будет наиболее длинным.

Не можно, а нужно. Да, так и будет: плечо раскрутки равно радиусу фермы на синус угла. В частном случае 90 они просто равны.

Конечно, при очень длинном тросе короткой консоли, вектор сложения сил будет очень коротким, изобразить вообще в масштабе на рисунке это невозможно, но он будет.

Принцип подобия треугольников.
Отношение длин троса и плеча = отношение векторов ускорений, полного (первый красный) и попутного (синий) на Вашей схеме. Как видите, для первичного понимания происходящего можно обойтись вовсе без тригонометрии. Где "вышка"-то?!

А теперь практически тем же способом вспоминайте про гравитационное поле, в котором всё это происходит.