Техническая возможность межзвёздных перелётов

[Анатолий Волчков]

Ну долетит зонд до ближайшей звезды, и что дальше? Какой смысл тратить чудовищную энергию на полет в один конец? Ведь для передачи информации оттуда нужны немалые устройчтва а не маленький зонд.

Как отработка нового принципа разгона космических аппаратов для полетов в солнечной системе все это годится, но полет к звездам???

[Анатолий Волчков]

"Когда к цели подлетаем, часть паруса отделяется и летит впереди самого аппарата, фокусируя на оставшемся на зонде парусе луч лазера."

Абсолютно нелепый проект!

1. Если лазер расположен на зонде, зачем такие сложности: просто направим лазер по вектору скорости и тормозим. Но где взять на зонде энергию для торможения от скоростей в доли световой?

2. С Земли на такое расстояние не сработать: расхождение луча не нулевое, так что плотность энергии вблизи зонда будет незначительной по сравнению с излученной. Да и масса отражателя должна быть намного больше массы самого зонда, иначе отражатель просто унесет как пушинку от зонда, если все же попадем в него лучем.

[Анатолий Волчков]

При расстоянии порядка 4 световых лет и угле расхождения луча в сотую долю секунды диаметр пятна в районе зонда будет равен

4*365*86400*300000/20000000 = 1.9 млн км.

На досуге можете прикинуть, какова нужна мощность лазера, чтобы иметь возможность затормозить зонд вблизи ближайшей звезды даже если Вам удастся развернуть перед зондом отражатель в десяток км (перехватывать будет лишь 2*10^-11 от излученной энергии). Каковы будут тепловые потери в оптике и не расплавится ли мгновенно вся эта конструкция при первом же включении.

[Анатолий Волчков]

V_n: "Анатолий, я честно говоря, не понимаю ваших расчетов."

Все элементарно. Под углом в 1 секунду виден предмет, размеры которого примерно в 200 000 раз меньше расстояния до него. Чтобы найти размер пятна в км нужно выразить расстояние в км и разделить на 200 000 00 (угол составляет 0.01 секунды).

[Анатолий Волчков]

VETER: "Корабль монтировать на околоземной орбите, используя космический лифт."

Попробуйте прикинуть, что будет с лифтом при подъеме первого же груза. Закон сохранения энергии не может отменить даже А. Кларк, описавший эту конструкцию. При подьеме вверх, груз придется разгонять, в результате произойдет перераспределение исходной энергии лифта между лифтом и грузом. Далее очевидно: поднять вверх можно лишь количества груза, соответствующее запасенной кинетической энергии в конструкции лифта. Если, конечно, под словом "лифт" понимать привязанный на "веревке" груз. Жесткую конструкцию, высотой в десятки тыс. км создать нереально.

Так что "космический лифт" - лишь красивая фантазия!

[Анатолий Волчков]

Berlioz, я же предлагал проанализировать хотя бы качественно процессы в системе трос (с центром масс на геостационарной орбите) + груз, поднимающийся по тросу.

Любое перемещение груза в такой системе неизбежно приводит к изменению положения центра масс троса и отклонению троса от вертикального положения. Порисуйте, посчитайте...

Или Вы хотите создать "вечный двигатель" с бесконечной даровой энергией для запуска грузов на орбиту? Чем Вы собираетесь "выпрямлять" трос после очередного "запуска"?

[Анатолий Волчков]

Противовес то откуда возьмется? После выведения очередного груза противовес окажется на земле! Что, перед каждым выводом полезной нагрузки следует вывести наверх противовес, а потом манипулировать грузом и противовесом? Вместо простого вывода ракетой полезной нагрузки мы должны затрачивать в сумме больше энергии. Это же прямое расточительство!

"Мягкая" конструкция лифта будет после каждого вывода уменьшать свою кинетическую энергию на величину энергии, переданной грузу. В результате этого центр масс лифта будет постепенно снижаться, пока не наступит нарушение равновесия сил и трос рухнет на землю.

Жесткая конструкция может существовать вечно, выводя грузы за счет кинетической энергии вращения Земли, передаваемой силами упрутости лифта. Но построить жесткую конструкцию высотой в сотни км пока нереально!

Мягкая конструкция может работать, если прикрепить верхний конец к Луне, тогда вывод грузов будет осуществляться за счет кинетической энергии Луны, а ее  хватит на вывод миллиардов тонн без заметного изменения орбиты Луны.

Так что и в НАСА появляются "беспочвенные" мечтатели.

[Анатолий Волчков]

Насчет вертикальной устойчивости веревки с центром масс, на ГСО или выше. Из общих соображений можно предположить, что это будет не вертикальная линия, а нечто дугообразное. Ведь соответствующую скорость будет иметь лишь Ц.Т. троса. Более низкие части троса имеют скорость, меньше круговой на соответствующей высоте и, вроде, должны отставать от вертикали. Верхние части, наоборот, должны опережать Ц.Т.

Но это лишь интуитивные представления, могу и сильно ошибаться. Слишком необычны для земной практики все эти вопросы космической динамики.

[Анатолий Волчков]

Berlioz: "Тут может быть противоположная проблема - груза на спуске будет больше, чем на подъёме (к примеру, руда с Луны или астероидов)"

Еще одно "прекрасное" решение проблемы. Вместо того, чтобы гасить скорость груза с небес атмосферой и не тратить топливо, предлагается снижать скорость груза (ракетой, естественно), например до круговой на ГСО, и потом сползать навстречу поднимающемуся грузу. Замечу, что последующий разгон поднимаемого груза (после достижения заданной высоты) тоже потребует ракету, которую нужно будет поднимать вместе с грузом. Кроме того, ракету и топливо для торможения спускаемого груза тоже нужно предварительно доставить "на Луну". Вот и будет такая конструкция заниматься бессмысленным тасканием вверх-вниз ракет, топлива, грузов... Прямо задача типа "волк-коза-капуста"!

Думаю, что затраты энергии на торможение спускаемого груза перед стыковкой с кабиной будут не меньшими, чем простой разгон с Земли аналогичного груза. В лучшем случае получим полный баланс энергии. Зачем же тогда огромные усилия по сооружению дополнительной "башни до небес", которая не дает выигрыша? Попытка построить подобное сооружение уже описана в Священном Писании, правда окончилось там все не очень удачно.

Это полностью мертворожденная идея! Просто кому-то нужна видимость деятельности и финансирование, вот они и сочиняют красивые, на первый взгляд правдоподобные, сказки. Главное - выбить финансирование, а уж наукообразно оформлять сказки многие научились!

Подобных алфизических проектов полно. На-днях появилось сообщение, например, о том, что нашлись инвесторы на создание устройства, вырабатывающего бесконечное количество даровой энергии "из вакуума". Кстати, это новейшая "разработка" российских ученых! http://airbase.uka.ru/forum/11/201

[Анатолий Волчков]

Berlioz: "Свяшенное писание? Какой свежий для Вас источник информации."

А как у Вас с чувством юмора?

"На Луне тоже будет лифт. Поднимаемый груз разгонять не потребуется - лифт сообщит ему вторую космическую скорость."

А на Луну какие эквавалентные грузы Вы собираетесь доставлять? И как можно сообщить лунной посылке вторую космическую скорость с помощью тросового лифта? Учтите при этом, что линейная скорость на экваторе Луны примерно в 100 раз меньше, чем на Земле.

И вообще, как я уже говорил, закон сохранения энергии не отменял ни тов. Кларк, ни уважаемое НАСА.

1. За счет какой энергии Вы собираетесь выводить грузы в космос? Имеется лишь кинетическая энергия вращения троса вместе с Землей, которая уменьшается при каждом выводе в космос и ее надо возобновлять. Если не озаботиться восстановлением кинетической энергии лифта - после нескольких выводов трос сначала сильно отклонится от вертикали, а затем просто рухнет на Землю.

2. Что будет с тросом после очередного подъема груза до ГСО? Не забывайте, что это трос, а не жесткая конструкция, и там действуют законы небесной механики, а не элементарная кинематика, на основе которой Вы, вероятно, и рассматриваете работу конструкции (центробежная сила и т.п.). Тут же надо учитывать несоответствие скорости высоте над Землей и рассматривать, к чему приводит такое несоответствие. При движении груза по тросу действует сила Кориолиса, которая деформирует вертикаль линии троса.

Без ответов на эти вопросы рассуждения о перспективах тросовых космических лифтов лишь бессмысленные мечтания.

Или Вы сами не пытались оценить влияние всех этих факторов, а полностью доверяете тому, что написано на сайтах?

[Анатолий Волчков]

Все же придется писать формулы, на-пальцах люди не понимают.

Пусть, для простоты, имеем невесомый трос длиной H и массу М, прикрепленную на конце троса (вся масса сосредоточена на конце лифта). Для того, чтобы груз не падал на Землю, вращаясь с угловой скоростью 1 об/сутки, величина Н должна быть больше высоты стационара. Радиус Земли обозначим R.

Пусть имеется полезная нагрузка m, которую нужно поднять на высоту h.

При расчете кинетической энергии не будем писать значение угловой скорости, так как в этой системе она одинаковая для всех компонент и входит во все члены соотношений, в итоге сокращаясь.

Первоначальная кинетическая энергия грузов равна

M (R+H)^2 + m R^2.

После подъема груза получим

M (R+H1)^2 + m (R+h)^2

Очевидно, что суммы кинетических энергий грузов до подъема и после подъема равны между собой. Тогда при h>0 получим Н1< H.

Следовательно каждый подъем груза снижает высоту центра масс лифта. Происходит это за счет наклона троса вперед по направлению вращения, так как линейная скорость конца лифта на более высокой орбите выше скорости на нижней орбите.

Чтобы выводить не один груз, а производить многократные выводы, величина M должна быть много больше величины полезной нагрузки. Постепенно трос наклонится так сильно, что высота груза на конце лифта станет меньше высоты круговой орбиты. Тогда трос неудержимо рухнет на Землю.

Чтобы такого не произошло, можно после каждого вывода полезной нагрузки выводить массу М на первоначальную орбиту, что эквивалентно затратам энергии, отнятой у лифта на подъем полезного груза. Так что энергетически лифт не дает выигрыша. Единственная польза такого вывода экологическая – сгорание топлива в космосе (топливо доставлять наверх можно вместе с полезной нагрузкой на лифте).

Реальный лифт, имеющий массу троса, принципиально ничем не отличается от рассмотренного случая, только нужно интегрировать распределение массы вдоль высоты лифта и рассматривать установившийся после колебаний процесс.

Единственный выход для создания работоспособной версии подобной конструкции – прикрепить верхний конец лифтового троса к Луне и использовать огромную кинетическую энергию Луны. Вот тогда не потребуются затраты на дополнительный разгон Луны, так как понижение орбиты Луны от выводов практически любых грузов с Земли будет пренебрежимо мало.

[Анатолий Волчков]

Volody, речь о том, что космический лифт на тросе с грузом на конце не есть даровой механизм для выведения грузов в космос. После каждого выведения необходимо будет пополнять то количество энергии, которое было затрачено на выведение груза. А уж чем пополнять – не имеет значения.

[Анатолий Волчков]

Все это надо обсчитывать. Пока это лишь предположения. На самом деле современная технология не позволяет соорудить трос даже из углерода. Прикидки были где-то на Авиабазе. Так что, сначала нужно затратить немалые суммы на разработку технологии, изготовление, затем вывести тросы и противовесы в космос, затем нужна непрерывная работа по поддержанию работоспособности лифта. Кто считал затраты? Может быть, такая технология окажется даже более затратной. Сравнивать нужно, опираясь на конкретные данные, а не на интуитивные апроксимации.

[Анатолий Волчков]

Вся энергия паровозиков уйдет на преодоление сопротивления атмосферы. Энергетические затраты будут несравнимо большими, чем при запуске ракетой.

Либо нужно таскать не рельсы, а ваккумированные трубки со шлюзами, переключающимися на скоростях в несколько км/сек. Трение трубок об атмосферу все равно останется.

[Анатолий Волчков]

«Система взаимоускоряющих платформ - звучит лучше?»

Звучит наукообразней, но атмосферных проблем не снимает.

Что касается авторитета Дедушки, так нужно смотреть на идеи, а не на авторитет. Идея с металлическими дирижаблями, которую так активно развивал Дедушка, оказалась неосуществимой, что показал еще академик Крылов.

И прочие его идеи были высказаны на основе тогдашнего уровня знаний о космосе и развития техники. Сейчас все делается несколько иначе.

[Анатолий Волчков]

"идея ракетных полетов" Дедушке не пренадлежит. Задолго до него сии идеи высказывались другими людьми.

[Анатолий Волчков]

Максим, космический лифт обычно рассматривается как некое устройство, торчащее в космос, по которому можно сколько угодно выводить грузы в космос. Такова была первоначальная идея автора.

Детальное рассмотрение работы этого устройства (лифт типа «трос с грузом»)  показало, что каждый подъем нагрузки в космос отнимает у лифта количество энергии, равное энергии, придаваемой лифтом грузу. Эту энергию необходимо возобновлять. Следовательно, необходимы затраты на такую работу.

Современные материалы не позволяют создать такое устройство, так как не хватает прочности материала. Перспективы создания необходимых по прочности материалов как-то не просматриваются. Так что, неизвестно, возможно ли вообще в обозримом будущем начать конструирование подобного устройства.

Проблема вывода лифта на орбиту тоже весьма туманная. Требуется поднять нагрузку в тысячи тонн и собрать все это в космосе. Особенно проблематична работа в нижних 100 км от Земли.

Лифт можно будет использовать ограниченное время, так как непременно возникнут проблемы с «усталостью» материалов конструкции. Так что по истечению некоторого времени придется заменять элементы конструкции, может поэтапно.

А теперь приверженцам идеи лифта предлагается прикинуть все затраты, необходимые для работы лифта в отведенный ему отрезок времени и сравнить эти затраты с теми, которые были бы при использовании для вывода грузов на орбиту традиционной ракетной технологии. Только после такого сравнения можно будет судить, целесообразно ли заниматься разработкой подобной идеи. Одного желания построить «перспективное, нетрадиционное» устройство тут мало, нужен скрупулезный расчет эффективности. Надеюсь, защитники космического лифта займутся такими расчетами и не будут появляться на форумах с беспочвенными лозунгами о возможности создания очередной «Башни до небес».

[Анатолий Волчков]

А Вы попробуйте проделать те же опыты, находясь в невесомости. То, что Вы проделали не есть модель космического лифта, так как у Вас была опора в виде ног, стоявших на поверхности земли. К сожалению, в быту такой опыт можно проделать лишь один раз, так как создать невесомость на достаточно длительное время можно лишь спрыгнув с высоты в десятки метров (когда санитары отвернутся).

[Анатолий Волчков]

Я говорил только о возможности восполнить, затраченную при выводе космическим лифтом на орбиту массы, энергию, за счет уменьшения момента вращения Земли. Только о принципиальной возможности.

Нет такой возможности! После любого вывода нагрузки центр тяжести всей системы лифта займет более низкое положение, соответствующее потере кинетической энергии троса+конструкций лифта. Для восстановления вертикального положения системы требуется затратить энергию. Земля тут никак помочь не в состоянии, если это тросовая система. Гибкая, тросовая система летает по законам небесной механики и переходы центра тяжести на более высокие орбиты требуют энергии.  

Лишь в случае жесткой, башенной конструкции запуски могут быть за счет энергии вращения Земли.

Попробуйте составить элементарный баланс энергии и все станет ясно.

[Анатолий Волчков]

Уважаемый Diletant, Вы правы, трос действительно получит восстанавливающий момент от Земли. Мысленные построения на сей раз меня подвели.

Так что теоретически создание тросового космического лифта возможно.