Канадская компания запатентовала космический лифт



    Космическая и оборонная компания Thoth Technology получила патент США № 9085897 на космический лифт.

    Идея космического лифта очень популярна в научном сообществе. Учёные и инженеры давно обсуждают, какие материалы использовать в строительстве, и какая конструкция предпочтительнее. Кстати, через неделю начнётся конференция Space Elevator Conference 2015 в Сиэтле. Там тоже поднимут эти вопросы.

    Космический лифт имеет ряд преимуществ перед обычными ракетами. Он позволит поднимать на орбиту многотонные грузы и туристов. Никаких перегрузок, акустических вибраций, тонн взрывоопасного топлива под сиденьем и прочих рисков, связанных с ракетным запуском.

    И вот теперь патент на космический лифты оказался у канадской компании Thoth Technology. Согласно описанию, лифт поднимает грузы на высоту 20 километров. Инженеры Thoth Technology говорят, что лифт сэкономит 30% топлива, по сравнению с ракетой.





    Концепция предусматривает постройку башни, которая сохраняет жёсткость благодаря сжатому газу. Она должна «доставлять оборудование, персонал и другие объекты на платформу над поверхностью Земли для научных исследований, коммуникаций и туризма». На вершине башни будет стартовая площадка для запуска космических аппаратов.



    В патенте также говорится, что конструкция масштабируется до 200 километров. Журнал Fast Company добавляет: «Но в патенте ничего не говорится, что ваш банковский счёт масштабируется до миллиарда долларов — технически это верно, но реализация может оказаться сложной».

    Патент действительно заявляет, что башня предоставит прямой доступ к низкой околоземной орбите выше 200 км.

    Автор журнала Information Week считает, что у человечества уже есть технология для строительства космического лифта. Для этой цели подходят «модульные трубки из композитов кевлара и полиэтилена, заполненных гелием. Такие трубки гораздо легче и проще в обращении, чем современные строительные материалы, а гелий помогает поддерживать структуру».

    «С вершины башни космические самолёты будут стартовать на орбиту с одной ступенью, возвращаясь обратно на ту же площадку для дозаправки и повторного взлёта», — говорит д-р Брендан Куин (Brendan Quine), изобретатель и профессор в инженерной школе Lassonde при Йоркском университете.

    Комментарии 46

      +4
      Если мне память не изменяет, с учетом некоторого опыта игры в Kerbal Space Program, то основная проблема не взлететь высоко, а получить высокую горизонтальную скорость. Сопротивление воздуха — это чудесно, но на самолетике особо не разгонишься.
        +7
        Однако 1я ступень (и порядка половины топлива) ракеты обычно уходит на преодоление первых 20-30км и происходит почти вертикально — для того чтобы максимально быстро пройти плотные слои атмосферы и сократить трение. После этого траектория начинает все сильнее наклоняться и вместо преимущественного набора высоты переходит в преимущественно разгон.

        Если такой «лифт» и стартовая площадка окажутся реальностью, то можно выкидывать 1ю(самую крупную/тяжелую) ступень и сразу после взлета переходить к разгону.
          +4
          Ракета-носитель Протон-М, три ступени. Данные из википедии.
          В момент отделения первой ступени скорость 1724 метра в секунду (почти 5 Махов!), высота 42 километра.
          Чтобы поднять килограмм на 42 километра надо затратить 0,42 МДж
          Чтобы разогнать килограмм до 1724 м/с надо затратить 1,49 МДж
          А вообще ракета поднимает до 151 км (1.5 МДж) и разгоняет до 7182 м/с (25.8 МДж)

          Нельзя выкидывать первую ступень, она всех разгоняет. И немножко поднимает.

            +4
            А теперь еще посчитайте потери энергии на трение об атмосферу в первые 20(30) км, которые не разгоняют и не поднимают, но от которых в классической схеме никуда не деться, но от которых такой гипотетический «лифт» так же позволит избавиться как и от расхода на подъем на эти 20(30) км.

            Про «выкинуть 1ю ступень» я естественно имел ввиду, не взять одну из существующих ракет, и просто тупо откинуть от нее 1ю ступень и запускать так что осталось. Запуски с такой площадки в любом случае потребует проектирования отдельных собственных ракет под нее (или по крайней мере глубокой переработки существующих), в которых можно отказаться от 1 ступени и вместо этого сделать 2ю (которая станет 1й) несколько больше уменьшив общую размеры/массу ракеты почти в 2 раза. А для легких ракет вообще обойтись 1 ступенью.

            Если на примере того же Протона — 1я ступень это стартовой 65% массы всей ракеты. Которая не только «немножко поднимает», но и разгоняет тоже «немножко»: 24% от целевой скорости / 6% от кинетической энергии по сравнению с 27% целевой высоты / 27 % потенциальной энергии показывает, что она поднимает все-таки больше чем разгоняет.

            Понятно что большая часть такой «неэффективности» 1й ступени не столько из-за трения об воздух (которого нет у вех следующих ступеней), но в большей части из-за формулы «Циолковского» (вначале тратим топливо в основном на то, чтобы поднять/разогнать следующие порции топлива которые будем использовать позже). Но «лифт» и формула Циолковского так же работает в пользу схемы «лифт»+ракета — даже небольшой начальный «бонус» в плане высоты и/или начальной скорости значительно сокращает общий расход топлива и уменьшает общую массу.
          +5
          В общем то да. Но если взлететь действительно высоко (скажем 30 тыс километров), то можно обойтись и нулевой скоростью
          Другое дело, что башня и в 20 и даже в 200 км. для космоса бесполезна. Разве что мусор отстреливать.

          Ну а как смотровая площадка для туристов — классная штука. Я бы заплатил долларов 50
            +1
            Мне кажется возможно использование высокой башни, до вакуума, чтобы эффективно стрелять электромагнитной пушкой капсулами, к примеру, с топливом, в промежуточный контейнер (или ретранслятор) на орбите. Доставка топлива исключительно только за счет наземной инфраструктуры или даже солнечных батарей, может дать заметную экономию для межпланетных перелетов.
              0
              А на самолете 10 км для туристического обзора Вам не хватает? К тому же пейзаж меняется, а не в точке одной «покрутить головой».
              0
              На высоте атмосфера уже довольно разреженная — меньше лобовое сопротивление, меньше сила тяжести, можно пытаться заменить двигатель первой ступени на другой т.к. он изначально работает в разреженной атмосфере да и старт от +20км даёт какую-никакую но прибавку к горизонтальной скорости. Концептуально у старта с высоты плюсов много и они позволяют облегчить ракету и удешевить запуск, другой вопрос 20 км это достаточно или нет, как подсказывает гугл ступень отделяется на 40-65км в зависимости от ракеты а что это на деле значит считать надо.
                +4
                меньше сила тяжести
                Разница меньше процента.
                  0
                  Сила тяжести практически не меняется. Вы еще скажите, что на МКС ее нету.
                  update: упс, не вам. Это я для tzlom писал
                +3
                Прекрасно, ловко, доходчиво Монро иллюстрирует.

                Космос это не http://what-if.xkcd.com/imgs/a/58/orbit_x15.png и не http://what-if.xkcd.com/imgs/a/58/orbit_tall.png

                Космос это http://what-if.xkcd.com/imgs/a/58/orbit_wide.png
                –15
                THO THX — только у меня возникли ассоциации?
                  +1
                  Закрыв глаза на конкретно эту реализацию космического лифта, у меня вопрос — разве можно запатентовать что-либо, о чем довольно активно обсуждали ранее, и если я не ошибаюсь, в т.ч. в научных статьях?
                    +3
                    В некоторых странах патентами называют очень широкий спектр всяких регистрирующих бумаг. Например «патент на корпус Айфона» в нашей стране называлось бы как-то вроде «свидетельство регистрации инженерного образца». Что не отменяет того факта, что в данной реализации космического лифта могут быть задействованы различные патентованные разработки.
                      +1
                      Перефразирую вопрос — как можно требовать защиты от государства с целью защитить себя от кражи своих технологий, если сам в свою очередь украл их у других.
                        +4
                        Какая-то странная логика — любое использование патентованных технологий/решений для своих целей = их кража?! Так тогда весь мир сплошные воры без исключений.

                        Воровством(вернее нарушением патентного права, что к воровству не относится, хотя тоже незаконно) оно станет только, если использование идет без ведома владельца патента и с нарушением предусмотренных им условий (типа отчислений владельцу и подобных). Не говоря что владельцами этих патентованных разработок может быть та же самая компания/лица.
                          +2
                          Это демагогия.

                          Я имею в виду патенты — с точки зрения защиты прав собственности на изобретение! но если изобретение было сделано и главное опубликовано раньше, то подача патента становится подготовкой к патентному троллингу.

                          Формально и где то юридически, у патентодателя не будет прав на это изобретение.

                          Естественно, я имею в виду использование технологий без спроса (читай не по условиям, определяемыми владельцем).
                            0
                            В Европе и России нельзя запатентовать, то, что опубликовано. По определению. В Штатах, ЕМНИП, запатентовать можно, всё, что не запатентовали. Разное законодательство и, соответственно, разные патентные базы.

                            А технологии вообще обычно засекречивают, а не патентуют. Я на технолога учился, знаю.
                              0
                              Но если изобретение было сделано и главное опубликовано раньше, то подача патента становится подготовкой к патентному троллингу.
                              Если вы внимательно посмотрите на их «изобретение», то увидите, что ранее такого не изобретали и, возможно, даже не публиковали. Были предложения использовать трос. А то, что предлагает Thoth Technology, больше похоже на огромный небоскреб или башню с вертолетной площадкой для запуска ракет.
                        0
                        Даже если и так. Вроде в США патенты на 10 лет, можно продлить ещё на 10 и будет 20. Дальше нельзя.
                        Так что через 20 лет можно всем строить. У нас есть 20 лет на то, чтобы придумать зачем оно нам надо.
                          +1
                          >Вроде в США патенты на 10 лет, можно продлить ещё на 10 и будет 20

                          Оно так во всем мире. В США три продления, в некоторых странах каждые пять лет, есть те, у кого можно решать, на сколько продлевать.
                          Главное, чтобы вокруг да около не начали клепать патенты, а то его так никогда не построят, даже если смогут.
                          +7
                          Так они запатентовали не саму идею космического лифта в принципе, а именно конкретный вариант его реализации — набор инженерных решений и схему их применения, которые по их мнению (и расчетам) позволят его построить в реальности.
                          А не просто помечтать в стиле — что если бы у нас были бесконечно прочные материалы, то мы могли бы построить лифт прямо на орбиту вместо того, чтобы возиться с дорогими и не слишком надежными ракетами.

                          Кстати интересный момент — заявка на патент подала еще аж в 2008 году. И только в этом году его зарегистрировали.
                          Вообще патенты на такие сложные и неоднозначные вещи часто подолгу рассматривают, но этот претендует войти в список мировых рекордсменов.
                            +23
                            не саму идею космического лифта в принципе, а именно конкретный вариант его реализации — набор инженерных решений и схему их применения

                            Если почитать текст патента — то этот «набор инженерных решений» является перечнем тех решений, которые в принципе можно попытаться задействовать в данном проекте. Поскольку прототип лифта не реализован — то неизвестно, какие потребуются технические решения, какие из них окажутся эффективными, а какие — нет. Авторы патента на всякий случай «изобретают» все возможные решения, которые известны в настоящее время.

                            «3. The space elevator tower of claim 2, further comprising a payload launch system.»
                            Т.е. конструкция системы запуска полезной нагрузки изобретена не была, но если какая-то система запуска применяется — то конструкция подпадает под этот патент.
                            Далее: «8. The space elevator tower as claimed in claim 1, including at least one elevator mounted for movement in the core of the tower.»
                            Гениальная идея — разместить лифт внутри башни!
                            «9. The space elevator tower as claimed in claim 1, including at least one elevator mounted for movement on an exterior surface of the tower.»
                            Еще одна гениальная идея — разместить лифт снаружи башни! Вдруг это окажется в какой-то ситуации эффективнее?
                            «10. The space elevator tower as claimed in claim 8 or 9, wherein each said at least one elevator includes motor driven drive wheels, for frictional contact with an elevator guide and support.»
                            Какими бывают лифты? Бывают на колесах. Гениально. Запишем это в наш актив изобретателя.
                            «11. The space elevator tower as claimed in claim 1, wherein each elevator is provided with at least one of an electromagnetic drive, a cable support, and a drive.»
                            А еще бывают линейные электродвигатели. Идея интересная. В лифте может пригодиться. Запишем это в изобретения авторов патента.
                            «13. The space elevator tower of claim 1, further comprising an anchorage extending into the ground beneath the space elevator tower.»
                            Чтобы башня надежно стояла, есть смысл заглубить ее основание. Гениально! Авторы патента тоже это изобрели!
                            «17. The space elevator tower of claim 3, wherein the payload launch system comprises at least one rotating launch device.»
                            Устройство запуска полезной нагрузки может основываться на ее раскрутке. Интересно! Изобретем!
                            «18. The space elevator tower of claim 1, wherein the gas is air.»
                            Можно ли воздухом создавать избыточное давление в конструкции башни? Может быть. На всякий случай запишем это изобретение авторам патента, а там инженеры пусть разбираются, что лучше — воздух или не воздух.
                            «19. The space elevator tower claim 1, wherein the gas is not.»
                            Вот-вот. Пусть инженеры разбираются. А авторы патента забьют за собой любые возможные решения, даже если окажется, что там потребуется какой-то хитрый газ, и на нахождение его состава потребуются человеко-годы исследований.
                            «20. The space elevator tower of claim 1, wherein the gas is hydrogen.»
                            Вдруг окажется эффективным водород? И тогда получается, что это изобрели авторы патента.
                            «21. The space elevator tower of claim 1, wherein the gas is helium.»
                            Если окажется гелий — тоже получается, что авторы изобрели. Странно, что они не перечислили все остальные газы из таблицы Менделеева и сложные вещества. Впрочем, все это покрывается п. 19, приведенным выше.
                            22. The space elevator tower claim 1, wherein walls of the plurality of cells consist of a material with high mass-to-tensile strength properties.
                            Гениальное изобретение! Возможно, изобрели авторы патента, в конструкции башни потребуются какие-то материалы с высоким отношением прочности к массе. Пока еще не известно, какие материалы окажутся подходящими, и существуют ли они вообще в настоящее время, но важна сама идея, и они ее гениально присвоили!
                            24. The space elevator tower of claim 1, wherein the flexible sheet material comprises a Kevlar polyethylene composite.
                            Например, таким прочным материалом может быть композит кевлара и полиэтилена. Гениальная инновация! Применить наилучшие известные композитные материалы с наивысшим соотношением прочности к массе в данной конструкции, о которой до сих пор, увы и ах, никто не подумал, что в ней потребуются такие материалы.
                            25. The space elevator tower of claim 1, wherein the plurality of stabilization devices further comprise gyroscopic wheels.
                            Для механической сабилизации в некоторых системах применяются гироскопы. Что если те инженеры, которые будут фактически разрабатывать лифт, сочтут полезным их применение? Тогда им придется получить лицензию на этот патент!
                            26. The space elevator tower of claim 1, wherein the plurality of stabilization devices further comprise gas compressor machinery.
                            Чем можно создать газ под давлением? Никто до сих пор не догадывался. А авторы патента догадались — компрессорами!
                            27. The space elevator tower of claim 1, further comprising gas compressor machinery located on the ground.
                            Где размещать компрессоры? Наверняка инженеры никогда бы не додумались до эффективного решения. Наверняка они пытались бы разместить компрессоры в башне, на самой ее верхушке. Но такое решение, возможно, оказалось бы неэффективным. А авторы патента изобрели — компрессоры можно разместить на Земле, возле основания башни! Тогда они не будут нагружать ее конструкцию, и к ним легко можно будет подводить электричество и осуществлять обслуживание. Разве это не инновационно?

                            Но вдруг в самом деле окажется, что компрессоры лучше размещать на высоте — поэтому авторы патента предусмотрительно оставили за собой первенство и это решение.
                        • НЛО прилетело и опубликовало эту надпись здесь
                            +2
                            Космический лифт — это любая конструкция, которая выполняет роль подъемника для космических аппаратов с целью уменьшить их путь по преодолению атмосферы. Трос, противовес + центробежная сила, это частный случай конструкции космического лифта. Высокая башня ничем не хуже. Тем более, если она технически реализуема, учитывая, что для троса еще не изобрели подходящего материала.
                              +2
                              Хуже хотя бы тем, что не имеет отношения к космосу. Космос общепринято начинается со 100 км.
                                0
                                Они это учли и сделали двойной запас :)
                                В патенте также говорится, что конструкция масштабируется до 200 километров.
                                  0
                                  200 км уже лучше.
                                  Если внутрь воткнуть пушку Гаусса, то с перегрузкой 20g можно будет забрасывать на орбиту всякое добро очень дёшево.
                                  Топливо, кислород, часть оборудования, что попрочнее, стройматериалы.
                                  Можно будет построить нормальную обитаемую станцию, и снабжать её.
                                  На разгон килограмма нужно около 10 кВт*ч, это грубо говоря бакс. Ну пусть КПД пушки 10%, получится десятка за кило. А сейчас счёт идёт на тысячи. Заманчиво.
                                    0
                                    Не получится. Вертикальная скорость никому не нужна.
                                      0
                                      Меня это тоже смущает.
                                      Но есть варианты — можно пускать сразу на второй космической, можно задавать сильно вытянуютую орбиту слабеньким движком вбок, можно башню слегка наклонить, можно на возврате отскочить от атмосферы… Варианты есть.
                                      20 км башня бесполезна чуть более чем полностью. Сильно стоимость запуска она не снизит, соответственно, количество запусков не увеличит и заметное число на себя не оттянет. Не окупится.
                                        0
                                        Тююю. Да хотя бы гравитационный манёвр вокруг Луны.
                                    0
                                    Это в Европе и Америке. По нашим понятиям, космический полёт отличается от других способов полёта траекторией, а не высотой.
                                  • НЛО прилетело и опубликовало эту надпись здесь
                                      +3
                                      «Косми́ческий лифт — концепция инженерного сооружения для безракетного запуска грузов в космос»
                                      «Есть несколько вариантов конструкции. Почти все они включают основание (базу), трос (кабель), подъёмники и противовес.» (с) Википедия.
                                      Т.е. даже в текущем варианте предполагаются исключения. Хотите, я добавлю в Википедию абзац о том, что кроме варианта Циолковского есть и конструкции, основанные на ином принципе?
                                        0
                                        Под ваше определение попадает конструкция, поднимаюшая любой КА на любую высоту. Например, на один метр.
                                        Думается, чтоб называться космическим лифт должен поднимать в космос.
                                          0
                                          Почему бы нет? Скажем, милиция в пос. Байконур сама себя называет «космической милицией» )))
                                    +1
                                    Никаких перегрузок? Длина полосы на верхушке говорит об обратном.
                                      +2
                                      Рай для бейсджамперов, однако.
                                        +1
                                        Очень интересно. Один вопрос: А доставка пусть даже уменьшенной копии новой ракеты (без первой ступени) и сборка её наверху в тяжёлых условиях (холод, разреженная атмосфера, тряска и вибрации и т.д. и т.п.) вместе с необходимостью тянуть наверх электрические кабели, строить грузовые и пассажирские лифты, баллоны с воздухом для персонала, питание для них же, противопожарные системы, заземление и прочее и прочее и прочее… Не превысят ли расходы на строительство такой башни и её эксплуатацию в течение некоторого времени стоимость пресловутой «первой ступени»?
                                          0
                                          ответ на половину вопроса очень просто можно посмотреть в декабре в Плесецке
                                          0
                                          на 20 км наверное реальнее воздушный (гелиевый) шар повесить.
                                          интересно, что по этой теме конференции проводят и даже призы учредили за лучший трос и подъёмник.
                                          видимо тема не безнадёжна
                                          • НЛО прилетело и опубликовало эту надпись здесь
                                              0
                                              Подобную схему еще в 60-х для Спирали разрабатывали.
                                              И сейчас, емнип, на базе Руслана/Мрии что-то такое думают. Только там, емнип, чуть пониже — до 10км. Выше трудновато таких монстров затаскивать.
                                            –1
                                            старт с 20 км высоты + космический тягач (наши делают) могут опустить стоимость запусков примерно втрое.
                                              0
                                              > модульные трубки из композитов кевлара и полиэтилена, заполненных гелием

                                              «Кейворит»? То есть, «кевларит»? :)
                                              • НЛО прилетело и опубликовало эту надпись здесь

                                                Только полноправные пользователи могут оставлять комментарии. Войдите, пожалуйста.

                                                Самое читаемое