Комментарии 34
Мне кажется, вопрос с энергией можно попробовать решить при помощи лазеров, либо фокусировкой. Ведь солнечный свет можно собрать поближе к солнцу и передать лазером, либо сфокусировать зеркалами в нужном месте Цереры. Но могу и ошибаться.
Похоже на работу "британских ученых" и не только британских. Они создают видимость работы до зарплаты? Или это основание на увеличение финансирования для плетения "30 000 км углеродных нанотрубок" чтобы доставать воду с Цереры?
так атмосферы нет и гравитация мизерная, можно хоть сразу после отрыва от поверхности на орбиту выходить, не понял зачем лифт.
Звучит лучше...
Можно ещё космический лифт с ИИ, без ГМО...
Вот вот, там ускорение свободного падения в 50 раз меньше Лунного. Там на орбиту можно выйти пульнув в небо со средневекового требушета.
А дерево? А канаты? Для вашего предложения придется или везти на Цереру бревна и пеньку, или сажать там сосны и коноплю, а сосны растут весьма долго, не менее многих лет придется выращивать, и, опять же, возникает вопрос с патентами. Нет, космический лифт проще, на мой взгляд.
ну таки нет, в этот же требушет и врежешься спустя виток, надо будет дать пару небольших импульсов чтобы скорректировать орбиту.
вы своим требушетом сместите орбиту цецеры и она упадет на землю
На ракетах много не распилишь, а тут такие горизонты...
Физика и механика космического лифта, вообще говоря, очень нетривиальна.
Вот захотите вы поднять 6500 тонн на тросе, а на деле попыткой поднять вы его смотаете вниз.
Хорошо, давайте сделаем противовес. Но тогда его надо запустить на орбиту и поддерживать орбитальную скорость. И по-хорошему противовес лучше сделать так, чтобы он был раза в два дальше, чем ваша базовая станция. Да, кстати, толщина троса будет неодинаковой - ведь ему надо поддерживать центробежную собственную массу, вес которой увеличивается при приближении к поверхности. Я бы хотел глянуть на эти адские эпюры расчета прочности троса от расстояния до тела.
Ок, вы хотите что-то поднять... но противовес должен компенсировать поднятие, он, какой бы массивный ни был, потеряет свою орбиту. Значит, вам надо еще и противогруз, который поползет навстречу и скомпенсирует центростремительную силу "отдачи" от груза (и увеличит нагрузку на разрыв троса, ага. Кстати, чем ближе к станции, тем прочнее (толще?) должен быть трос, ведь все меньшая его длина работает на разрыв).
А, вы еще и запустить хотите... тогда либо вы пускаете со стапелей орбитальной базы, и трос получает рывок назад против вращения тела (если мы его используем как попутную "пращу", о чем упомянуто в статье, что логично), либо мы перед запуском отцепляем эту массу, и реакция будет противоположной. Черт, а нам еще противогруз отправлять обратно, а это реакция на спуск троса с орбиты. Значит, без двигателей ориентации на противовесе не обойтись.
Да кстати, а как вообще натянуть трос прямо, в смысле перпендикулярно? У него же не только противовес натягивает, у него и каждый дифференциально малый отрезок на орбите должен приобрести свою орбитальную скорость, а мы и так толщину еле знаем... как технически это сделать (не говорите мне, что сильное натяжение выровняет трос – метр туго натянутой лески – и тот провисает под своим весом!)?
В общем, космические лифты – вещь более умозрительная, чем инженерно достижимая.
Как расписал, чертяка! Плюс в карму тебе!
Вот захотите вы поднять 6500 тонн
не тонн, а килограмм, не веса, а массы, а вес там будет 6500 * 0.028 = 182 кг, а в остальном всё верно...
противовес должен компенсировать поднятие, он, какой бы массивный ни был, потеряет свою орбиту
Противовес, в вашем случае, не находится на орбите. Он вращается с угловой скоростью, равной скорости поверхности, и скорости участка троса, который находится на высоте цереросинхронной орбиты. Однако, сам он находится вдвое дальше этой орбиты, и свою угловую скорость поддерживает принудительно. На него действует постоянное ускорение центробежной силы, и если вы с поверхности будете его к себе немного подтягивать за трос, а потом этот трос опустите, то противовес вернётся на свою высоту. Так же будет, если поднимать на лифте массивный груз - противовес немного походит в плоскости орбиты вперёд-назад и вверх-вниз, но когда лифт поднимется до самого верха - высота противовеса вернётся в своё первоначальное значение.
каждый дифференциально малый отрезок на орбите должен приобрести свою орбитальную скорость, а мы и так толщину еле знаем... как технически это сделать (не говорите мне, что сильное натяжение выровняет трос – метр туго натянутой лески – и тот провисает под своим весом!)
Так же и здесь - каждый участок троса, кроме центрального, не находится на орбите, его не увлекают никакие гравитационные орбитальные течения - их не существует. Есть лишь натяжение троса стремящимся улететь вдаль противовесом, и гравитация Цереры, которые тянут в противоположные стороны, поэтому, трос, если имеет одинаковую толщину (в случае с Церерой вовсе необязательно извращаться с переменной толщиной, там и обычный стальной трос выдержит) будет натянут без изгибов.
Он вращается с угловой скоростью, равной скорости поверхности, и скорости участка троса, который находится на высоте цереросинхронной орбиты. Однако, сам он находится вдвое дальше этой орбиты, и свою угловую скорость поддерживает принудительно.
Пожалуй, да. Но тогда другой вопрос: а мы точно будем поднимать груз по лифту, не сообщая угловую скорость? Тогда ведь инерция массы будет отклонять трос назад, здравствуйте тангенциальная работа троса на разрыв и его изгибы, как бы мы ни натягивали...
Так же и здесь - каждый участок троса, кроме центрального, не находится на орбите, его не увлекают никакие гравитационные орбитальные течения - их не существует. Есть лишь натяжение троса стремящимся улететь вдаль противовесом, и гравитация Цереры, которые тянут в противоположные стороны, поэтому, трос, если имеет одинаковую толщину
Давайте определимся, закреплен ли низ троса за Цереру, и почему гравитационные силы не действуют на него? Гравитация будет действовать на весь лифт обратно-квадратично, но есть противовес - спутник, с которого, грубо говоря, спущен вниз трос. Принимая во внимание, что там можно пренебречь из-за разницы в массах эффектом "болас", когда система начнет вращаться вокруг общего центра масс, у нас подвержен влиянию лишь "спутник" - противовес, вот его и будет стягивать вниз, закручивать вокруг оси тангенциальным натяжением троса и т.д., но ключевой игрок тут именно гравитация. Или тогда постулируем, что масса троса пренебрежимо мала и с массой противовеса тоже, и тогда да, мысленные упражнения выше не имеют смысла...
здравствуйте тангенциальная работа троса на разрыв и его изгибы
Ну так у нас для этого и трос, а не штанга. Трос, а вернее, система тросов для надёжности, неплохо выдерживает изгибы. Изгибаться трос будет в одной точке - там, где к нему кабина лифта прикреплена. И только тогда, когда эта кабина едет вверх или вниз. В зависимости от скорости и соотношений масс противовеса и поднимаемого-опускаемого груза. То есть, если противовес сделать потяжелее - а его и так придётся таким делать, на нём ещё и космопорт с причалами для грузовых кораблей нужно смонтировать - то и изгиб будет в доли градуса, при приемлемой скорости лифта.
Давайте определимся
Ну, как бы, само собой разумеется, что нижний конец троса нужно где-то закрепить, чтобы всё не улетело вслед за противовесом.
но есть противовес - спутник, с которого, грубо говоря, спущен вниз трос
Если точнее, то у нас есть точка на цереросинхронной орбите, с которой один конец спущен на поверхность, а другой конец с противовесом, спущен в противоположной направлении.
закручивать вокруг оси тангенциальным натяжением троса и т.д
Вот тут я не понимаю, что вокруг чего будет закручивать? Думаете, трос будет наматываться на экватор? Только если его будут постоянно стравливать, или наоборот - подтягивать. Да и то, ну будет он отклоняться от оси, ведущей к центру массы Цереры, если не слишком быстро менять его длину, ну ничего страшного.
В процессе подъёма на синхронную орбиту кабина должна приобрести момент импульса. Ну, угловая скорость сохраняется, но момент инерции кабины вокруг оси вращения планеты/планетоида растёт как 
.
В случае жёсткой штанги/башни вроде более-менее понятно, что вся конструкция может "забирать" момент импульса у планеты/планетоида, хотя для этого нужна приличная прочность на изгиб (но вроде бы не настолько сильная, как на сжатие/растяжение, т.к. когда лифт не движется, всё раскручено до правильных скоростей и изгибаться не надо).
В случае троса/системы тросов не очевидно. Казалось бы, из-за изгиба троса около кабины против направления вращения силы натяжения троса (как снизу, так и сверху) будут подтягивать кабину в направлении вращения. Соответственно, момент импульса вроде бы будет "течь" к кабине не только снизу, но и сверху. Снизу не проблема, потому что даже у карликовой планеты момента импульса очень много (по крайней мере, пока мы не начинаем поднимать грузы, сравнимые с массой планеты, при этом всё спускаемое можно вычитать). Но сверху только противовес по большому счёту, как ему не потерять момент импульса и соответственно не начать снижаться и/или тормозить?
Противовес сверху точно так же, как и кабина, постоянно получает импульс, текущий по тросу от планеты.
Речь не об импульсе, а о моменте импульса.
Когда лифт не движется и сопротивлением воздуха можно пренебречь, по тросу в равновесном состоянии момент импульса течь не должен.
Вроде бы течение момента импульса по тросу может обеспечить только разница сил натяжения вдоль троса. Поскольку от поверхности до синхронной орбиты сила натяжения возрастает, "точка подвеса" на синхронной орбите для этого должна быть сдвинута от поверхности (немного) вперёд, т.е. по направлению вращения. А поскольку дальше до противовеса она убывает, то противовес должен быть сдвинут (чуть-чуть) назад (против направления вращения) относительно "точки подвеса" на синхронной орбите, если нам нужно подавать момент импульса в ту дальнюю часть троса тоже. Это довольно хитрая конструкция, и не очевидно, как и почему именно она образуется.
Есть участок оси "противовес - центр Цереры", который идёт от поверхности Цереры до противовеса, вдоль троса. И есть участок, который идёт от поверхности к центру планетоида. Если трос будет не под прямым углом к касательной поверхности, то противовес станет ближе к центру Цереры, поскольку теперь ось изломана. Центробежная сила же стремится отдалить противовес от центра, поэтому ось будет стремиться к выравниванию, соответственно, наиболее устойчивое положение будет, когда всё будет на одной оси - и центра планетоида, и точка крепления на поверхности, и цереростационарный участок троса, и противовес. Не знаю, зачем так заморачиваться и думать ещё о натяжении троса, это вообще никакой роли не будет играть. Можно представить себе резинку, прикреплённую к оси моторчика, в безвоздушном пространстве. Резинку вытянет в прямую линию, совпадающую с радиусом очерчиваемой концом резинки окружности, несмотря на то, что у конца резинки, прикреплённого к оси моторчика, натяжение будет гораздо больше, чем у другого конца. Кориолисовы силы будут изгибать резинку только тогда, когда её длина будет уменьшаться или увеличиваться.
Не знаю, зачем так заморачиваться и думать ещё о натяжении троса, это вообще никакой роли не будет играть.
По-моему, лучше всё-таки подумать, чем просто поверить, что всё работает. При отклонении троса от вертикали от противовеса сила натяжения ещё будет менять его вращательную скорость.
Но вообще мои сомнения скорее про устойчивость не стационарного положения (без атмосферы), когда кабина не движется, а при собственно использовании лифта по назначению. Буквально как бы момент импульса противовеса не оказался исчерпаемым ресурсом, расходуемым на подъём грузов на орбиту (и компенсацию сопротивления атмосферы), и не пришлось время от времени разгонять или заново запускать противовес традиционными методами (например, реактивным двигателем).
Ну, у Цереры атмосферы практически нет. Но сценарий добычи ресурсов с поверхности подразумевает результирующий поток грузов вверх по лифту. Как минимум в некоторых вариантах космических лифтов подразумевается, что потоки грузов вверх и вниз компенсируют друг друга, из-за чего можно минимизировать даже расход энергии. Может быть, что схема с тросами и противовесами (неявно) подразумевает именно такой сбалансированный случай.
Аналогия с резинкой (или просто ниткой/верёвкой) неполная. Во-первых, в ней нет аналога кабины лифта, которая бы набирала момент импульса. (Да и противовес вы тоже не описали.) Во-вторых, в тросовом космическом лифте максимальное натяжение не в точке крепления к планете/планетоиду, а на стационарной орбите.
как бы момент импульса противовеса не оказался исчерпаемым ресурсом
Он и будет исчерпаемым ресурсом, ведь момент импульса у Цереры не бесконечный, и постепенный дрейф массы от центра к области противовеса, неизбежно будет замедлять вращение планетоида. Да ещё и, если я правильно понял, то эта же энергия будет использоваться для набора грузом второй космической, для отправки между околосолнечными орбитами. Поэтому, кстати, и 30 000 км длины троса - нужно не просто поднять, но и поднять до высоты, на которой скорость соответствующая. Тогда да, без волшебных нанотрубок не обойтись.
Но нужно очень значительную долю общей массы Цереры поднять, чтобы её скорость вращения значительно замедлилась. И в целом, действительно, можно компенсировать замедление путём реактивной тяги двигателей, установленных на противовесе. Тогда хоть и частично теряется смысл всего мероприятия - использование энергии вращения самой по себе - и всё равно придётся тратить топливо, но зато это топливо можно тратить централизованно - запитав двигатели прямо от Цереры, а не таскать с собой по всей системе.
Вы как-то перевели речь с момента импульса противовеса на момент импульса планеты/планетоида. Понятно, что второй намного больше и о нём можно практически не беспокоиться, пока не идёт речь о выводе значительной доли массы.
Хм, если даже противовес и будет терять момент импульса, то на него действительно вроде бы можно подавать топливо с поверхности вдоль троса. Только тут надо думать ещё о прочности трубопровода, и поднимающееся вдоль лифта топливо будет тоже откуда-то забирать момент импульса (вот зараза!). Правда, если топливо потом выбрасывать назад намного быстрее скорости вращения (например, из реактивного или ионного двигателя), то оно сможет сообщить больше момента импульса системе противовеса и тросов.
Кстати, для достижения второй космической на Церере достаточно лифта до радиуса 1500 км (вместо 1200 км для синхронной орбиты), т.е. около 1000 км троса с поверхности. Правда, тогда у отпущенного груза не останется скорости на бесконечности, и поэтому может иметь смысл набрать больше. На удалении 30 тыс. км вращательная скорость будет почти 5.8 км/с, и она уже практически не убудет после выхода из гравитационной ямы Цереры. С другой стороны, непонятно, как потом менять направление той скорости для манёвров без сравнимого или даже большего количества топлива, чем нужно для её набора с нуля. Так что мотивация для 30 тысяч километров по-прежнему не ясна.
с момента импульса противовеса на момент импульса планеты/планетоида
Так ведь он же и будет передаваться через натяжение троса, разве нет?
Кстати, для достижения второй космической на Церере достаточно лифта до радиуса 1500 км
Да, вернее было сказать, не второй космической, а скорости, необходимой для выхода на гомановскую траекторию.
как потом менять направление той скорости
А зачем? Нужно сразу двигаться в нужном направлении, сейчас так и делают - при помощи ракетных ускорителей и гравитационных маневров.
в случае с Церерой вовсе необязательно извращаться с переменной толщиной, там и обычный стальной трос выдержит
Стало интересно проверить. Если у троса постоянная площадь сечения A, а не переменная (для которого приведено решение в моём другом комментарии), то сила натяжения меняется только за счёт механического напряжения, и имеем
площадь сечения сокращается, и мы получаем перепад механического напряжения
Радиус Цереры грубо 470 км. Масса 
кг, период 9.1 часов, откуда радиус синхронной орбиты примерно 1200 км (снова вопрос, откуда 30 тысяч км в статье, ну да ладно). С учётом плотности стали 7900 кг/м3, перепад механических напряжений между поверхностью и синхронной орбитой будет около 290 МПа (мегапаскалей). Это почти равно пределу прочности обычной стали (согласно Википедии), которую такой нагрузке подвергать вряд ли безопасно (а ещё нужно выдерживать вес лифта). Однако вроде бы есть рессорно-пружинная сталь с прочностью в 5 раз выше, она может сработать.
Да, кстати, толщина троса будет неодинаковой - ведь ему надо поддерживать центробежную собственную массу, вес которой увеличивается при приближении к поверхности. Я бы хотел глянуть на эти адские эпюры расчета прочности троса от расстояния до тела.
Была у нас вроде бы такая школьная олимпиадная задача с упрощённой постановкой (хотя, наверное, она больше годится для университета, чтобы знали начала матана и немного диффуров).
Прочность на растяжение/сжатие — это предел механического напряжения, силы на единицу площади (как давление, но смысл не совсем тот). Можно установить фиксированное механическое напряжение во сколько-то раз меньше предела прочности для надёжности. Изменение силы натяжения (в случае троса) или давления (в случае штанги/башни) должно компенсировать гравитационную и центробежную силы, действующие на участок конструкции. Получается такой диффур:
где A — площадь сечения троса/штанги, 
— выбранное механическое напряжение, 
— плотность материала, R — расстояние от центра планеты/планетоида, 
— угловая скорость вращения (предполагая строительство на экваторе). В случае штанги нужно выбирать знак плюс, в случае троса — минус. Решение довольно простое:
Минимальная площадь сечения определяется так, чтобы материал выдержал максимально нагруженную кабину лифта, а в случае троса — ещё и противовес на том конце.
В земных условиях для нормальных материалов максимальная площадь сечения получается очень уж огромной, нужно минимизировать отношение плотности к дозволительному напряжению (пределу прочности).
углеродных нанотрубок (изготовить которые технологии позволяют уже сегодня)
Вы забыли упомянуть, какую максимальную длину этих трубок могут создавать нынешние технологии.
я может чего не понимаю....
первая космическая на Церере 0.36 км/c
если радиус 30 000 км, то длина окружности два пи эр, 30 000 * 6 = 180 000 км,
180 000 км за 9 часов это будет 20 000 км в час или 5.5 км/c
т.е. вся эта байда будет очень сильно хотеть улететь. В "классическом" варианте космолифта вес троса уравновешивается противовесом, а тут примерно 80% веса конструкции надо будет уравновешивать якорем на поверхности. Вес правда меньше земного раз в 30, но тем не менее
Инженер предложил проект космического лифта для карликовой планеты Церера