Космічний ліфт - це

Необхідно перевірити точність фактів і достовірність відомостей, викладених у цій статті.
На сторінці обговорення повинні бути пояснення.

Космічний ліфт - концепція інженерної споруди для безракетного запуску вантажів у космос. Дана гіпотетична конструкція заснована на застосуванні троса. протягненого від поверхні планети до орбітальної станції знаходиться на ДСО. Вперше подібну думку висловив Костянтин Ціолковський в 1895 році [1] [2]. детальну розробку ідея отримала в працях Юрія Арцутанова. Імовірно, такий спосіб в перспективі може бути на порядки дешевше використання ракет-носіїв.

Трос утримується одним кінцем на поверхні планети (Землі), а іншим - в нерухомій над планетою точці вище геостаціонарної орбіти (ДСО) за рахунок відцентрової сили. За тросу підіймається підйомник. несе корисний вантаж. При підйомі вантаж буде прискорюватися за рахунок обертання Землі, що дозволить на досить великій висоті відправляти його за межі тяжіння Землі.

Трос повинен бути надзвичайно велика міцність на розрив в поєднанні з низькою щільністю. Вуглецеві нанотрубки по теоретичними розрахунками представляються відповідним матеріалом. І придатні для виготовлення троса, то створення космічного ліфта є цілком вирішуваною інженерною задачею, хоча і вимагає використання передових розробок і великих витрат іншого роду. Створення ліфта оцінюється в 7-12 млрд доларів США. НАСА вже фінансує відповідні розробки американського Інституту наукових досліджень, включаючи розробку підйомника самостійно рухатися по тросу [3].

міфологічні основи

Ідея космічного ліфта зустрічається в стародавніх міфах у вигляді образу гігантського дерева, що досягає верхнього світу. І якщо в міфології первісної епохи це дерево треба знайти, то в міфології землеробської епохи його вирощують люди. У шумерсько-аккадської міфології роль космічного ліфта грає Вавилонська вежа [4].

Цей розділ не завершений.

Ви допоможете проекту, виправивши і доповнивши його.

Є кілька варіантів конструкції. Майже всі вони включають підставу (базу), трос (кабель), підйомники і противагу.

Підстава космічного ліфта - це місце на поверхні планети, де прикріплений трос і починається підйом вантажу. Воно може бути рухомим, розміщеним на океанському судні.

Перевага рухомої основи - можливість здійснення маневрів для ухилення від ураганів і бур. Переваги стаціонарної бази - більш дешеві й доступні джерела енергії, і можливість зменшити довжину троса. Різниця в кілька кілометрів троса порівняно невелика, але може допомогти зменшити необхідну товщину його середній частині і довжину частини, яка виходить за геостаціонарну орбіту.

Трос повинен бути виготовлений з матеріалу з надзвичайно високим відношенням межі міцності до питомої щільності. Космічний ліфт буде економічно виправданий, якщо можна буде виробляти в промислових масштабах за розумну ціну трос щільності, порівнянної з графітом. і міцністю близько 65-120 гігапаскалів.

Для порівняння, міцність більшості видів стали - близько 1 ГПа, і навіть у міцних її видів - не більше 5 ГПа, причому сталь важка. У набагато більш легкого кевлара міцність в межах 2,6-4,1 ГПа, а у кварцового волокна - до 20 ГПа і вище. Теоретична міцність алмазних волокон може бути трохи [на скільки? ] Вище.

Вуглецеві нанотрубки повинні, відповідно до теорії, мати розтяжність набагато вище, ніж потрібно для космічного ліфта. Однак технологія їх отримання в промислових кількостях і сплетення їх в кабель тільки починає розроблятися. Теоретично їх міцність повинна бути більше 120 ГПа, але на практиці найвища розтяжність одношарової нанотрубки була 52 ГПа, а в середньому вони ламалися в діапазоні 30-50 ГПа. Сама міцна нитка, сплетена з нанотрубок, буде менш міцною, ніж її компоненти. Дослідження щодо поліпшення чистоти матеріалу трубок і по створенню різних їх видів тривають.

В експерименті вчених з Університету Південної Каліфорнії (США) одношарові вуглецеві нанотрубки продемонстрували питому міцність, в 117 разів перевищує показники сталі і в 30 - кевлар. Вдалося вийти на показник в 98,9 ГПа, максимальне значення довжини нанотрубки склало 195 мкм. [5]

Технологія плетіння таких волокон ще тільки зароджується.

За заявами деяких вчених [6]. навіть вуглецеві нанотрубки ніколи не будуть достатньо міцні для виготовлення троса космічного ліфта.

Експерименти вчених з Технологічного університету Сіднея дозволили створити графенових папір. [7] Випробування зразків вселяють оптимізм: щільність матеріалу в п'ять-шість разів нижче, ніж у сталі, при цьому міцність на розрив в десять разів вище, ніж у вуглецевої сталі. При цьому графен є хорошим провідником електричного струму, що дозволяє використовувати його для передачі потужності підйомника, як контактна шини.

потовщення троса

Космічний ліфт повинен витримувати принаймні свою вагу, досить чималий через довжину троса. Потовщення з одного боку підвищує міцність троса, з іншого - додає його вага, а отже і необхідну міцність. Навантаження на нього буде відрізнятися в різних місцях: в одних випадках ділянку троса повинен витримувати вагу сегментів, що знаходяться нижче, в інших - витримувати відцентрову силу. яка утримує верхні частини троса на орбіті. Для задоволення цій умові і для досягнення оптимальності троса в кожній його точці, товщина його буде непостійною.

Можна показати, що з урахуванням гравітації Землі і відцентрової сили (але не враховуючи менший вплив Місяця і Сонця), перетин троса в залежності від висоти буде описуватися наступною формулою:

Тут - площа перетину троса як функція відстані від центру Землі.

У формулі використовуються наступні константи:

- площа перерізу троса на рівні поверхні Землі.
- щільність матеріалу троса.
- межа міцності матеріалу троса.
- кругова частота обертання Землі навколо своєї осі, 7,292 · 10 -5 радіан в секунду.
- відстань між центром Землі і підставою троса. Воно приблизно дорівнює радіусу Землі, 6 378 км.
- прискорення вільного падіння біля основи троса, 9,780 м / с?.

Це рівняння описує трос, товщина якого спочатку експоненціально збільшується, потім її зростання сповільнюється на висоті кількох земних радіусів, а потім вона стає постійною, досягнувши в кінці кінців геостаціонарної орбіти. Після цього товщина знову починає зменшуватися.

Таким чином, співвідношення площ перетинів троса біля основи і на ДСО (r = 42 164 км) є:

Підставивши сюди щільність і міцність сталі і діаметр троса на рівні Землі в 1 см, ми отримаємо діаметр на рівні ДСО в кілька сот кілометрів, що означає, що сталь і інші звичні нам матеріали непридатні для будівництва ліфта.

Звідси випливає, що є чотири способи домогтися більш розумною товщини троса на рівні ДСО:

Використовувати менш щільний матеріал. Оскільки щільність більшості твердих тіл лежить у відносно невеликому діапазоні від 1000 до 5000 кг / м³. тут навряд чи вийде чогось досягти.
Використовувати більш міцний матеріал. У цьому напрямку в основному і йдуть дослідження. Вуглецеві нанотрубки в десятки разів міцніше кращою стали, і вони дозволять значно зменшити товщину троса на рівні ДСО.
Підняти вище підставу троса. Через наявність експоненти в рівнянні навіть невелике підняття підстави дозволить сильно знизити товщину троса. Пропонуються вежі висотою до 100 км [8]. які, крім економії на тросі, дозволять уникнути впливу атмосферних процесів.
Зробити підставу троса якомога тонше. Він все одно повинен бути досить товстим, щоб витримати підйомник з вантажем, так що мінімальна товщина біля основи також залежить від міцності матеріалу. Тросу з вуглецевих нанотрубок досить мати біля основи товщину всього в один міліметр.

Ще спосіб - зробити підставу ліфта рухомим. Рух навіть зі швидкістю 100 м / с вже дасть виграш в кругової швидкості на 20% і скоротить довжину кабелю на 20-25%, що полегшить його на 50 і більше відсотків. Якщо ж «заякорити» кабель на надзвуковому [джерело не вказано 1180 днів] літаку, або поїзді, то виграш в масі кабелю вже буде вимірюватися не відсотками, а десятками раз (але не враховані втрати на опір повітря).

противагу

У цій статті не вистачає посилань на джерела інформації.

Противагу може бути створений двома способами - шляхом прив'язки важкого об'єкта (наприклад, астероїда. Космічного поселення або космічного дока) за геостаціонарній орбітою або продовження самого троса на значну відстань за геостаціонарну орбіту. Другий варіант користується більшою популярністю останнім часом, оскільки його легше здійснити, а крім того, з кінця подовженого троса простіше запускати вантажі на інші планети, оскільки він володіє значною швидкістю відносно Землі.

Кутовий момент, швидкість і нахил

Дивитися що таке "Космічний ліфт" в інших словниках:

космічний ліфт - космічна транспортна система, що зв'язує поверхню планети і навколопланетного орбіти. Вважається вежею, насправді тросова система. Основою є супутник, що знаходиться на такій кругової екваторіальній орбіті, на якій кутова ... ... Універсальний додатковий практичний тлумачний словник І. Мостиського

космічний ліфт Намисто - кілька космічних ліфтів, об'єднаних кільцевої конструкцією. Зазвичай в проектах горизонтальні стяжки передбачалося пропустити на великій висоті над Землею уздовж стаціонарної орбіти. Може бути спроектована як самостійна конструкція ... Універсальний додатковий практичний тлумачний словник І. Мостиського

Космічний політ - космічний політ це подорож або транспортування в або через космос. Чітка межа між Землею і космосом відсутня, і Міжнародної авіаційної федерацією була прийнята кордоном висота в 100 км від поверхні Землі. Щоб на ... ... Вікіпедія

Космічний фонтан - Схема показує пристрій космічного фонтану. Motor мотор фонтану. Vacuum tube вакуумна труба. Elevator ліфт. Particle stream потік частинок. Station magnet станція перенаправлення частинок. Косми ... Вікіпедія

Безракетний космічний запуск - (англ. Non rocket spacelaunch, NRS) космічний запуск, або спосіб виведення на орбіту, при якому деяка або вся необхідна швидкість і висота досягається без допомоги традиційних ракет, що запускаються з земної поверхні. Запропоновано ... ... Вікіпедія

Список нових перспективних технологій - містить деякі з найвидатніших поточних подій, досягнень та інновацій в різних областях сучасної технології. Нові технології це ті технічні нововведення, які представляють прогресивні зміни в рамках області ... ... Вікіпедія

Світ Gunnm - Небесний місто Салем в аніме Battle Angel. Світ Gunnm вигаданий світ, в якому відбувається дія аніме і манги Bat ... Вікіпедія

Світ GUNNM - Небесний місто Салем в аніме Battle Angel. Світ Gunnm вигаданий світ, в якому відбувається дія аніме і манги Battle Angel (Gunnm). Сюжет розгортається на планеті Земля в далекому майбутньому, приблизно в XXVI столітті на нашу обчисленню. [1] ... ... Вікіпедія

Ракетний двигун. Джессі Рассел. Ця книга буде виготовлена в відповідності з Вашим замовленням за технологією Print-on-Demand. High Quality Content by WIKIPEDIA articles! Ракетний двигун - реактивний двигун, джерело ... Детальніше Купити за 1 093 руб
Завтра настане вічність. Олександр Громов. Ви думаєте, на Місяць не висаджувався ніхто, крім декількох американських астронавтів? Ви вважаєте, що МКС - єдина функціонуюча на сьогоднішній день орбітальна станція? На самому ... Детальніше Купити за 260 руб
Завтра настане вічність. Олександр Громов. Незвичайна знахідка в сибірській тайзі - і. Справжнісінький "космічний ліфт" виявився в руках звичайної комерційної фірми? Дуже навіть можливо. А як же відреагує на таке наша держава? ... Детальніше Купити за 150 руб

Інші книги по запросу «Космічний ліфт» >>