Поверните кабель на землю - фундаментальный физический вопрос

Beezer 07/11/2018. 3 answers, 41 views
geostationary

Q. Если бы у меня был материал, обладающий прочностью на растяжение, возможно ли, чтобы он болтался от самого нижнего наиболее практически возможного геостационарного объекта в атмосферу? Разве это не будет иметь тот же вопрос, что и любой объект, возвращающийся в атмосферу Земли и подвергающийся тем же эффектам нагрева? Или это, потому что это геостационарность не будет затронута феноменом повторного входа? Я бы очень признателен за какую-то физику, если кто-то справится с этим ... Я предполагаю, что это будет связано с возвратом в атмосферу и сгорит.

3 Answers


Tom Spilker 07/11/2018.

Вы спрашиваете об идее, которая была вокруг в течение долгого времени: Космический Лифт или Sky Hook . Константин Циолковский писал об аналогичной концепции в 1895 году, хотя его концепция заключалась в постоянном строительстве, структуре сжатия, поддерживаемой фундаментом на Земле.

Вы не можете просто опустить кабель от гео птицы. Вес кабеля, который не полностью компенсируется центробежной силой на более низких высотах, снизит его. вам также необходимо отправить кабель наружу, так что масса и увеличенное центробежное ускорение внешнего сегмента уравновешивают массу и уменьшают центробежное ускорение внутреннего сегмента. Как только внутренний сегмент достигнет Земли (Шри-Ланка была любимцем AC Clarke), он может быть закреплен, а противовес прикреплен к наружному концу, чтобы держать все в напряжении, даже когда полезная нагрузка поднимается по кабелю.

Это общая привлекательность концепции: если бы вы могли построить такую ​​вещь, вы могли бы использовать ее для «лифтов» полезной нагрузки до GEO, используя только электроэнергию. Вы также можете вернуть вещи от GEO на Землю для таких вещей, как ремонт или обслуживание.

До недавнего времени не было известных материалов, которые могли бы справиться с напряжением растяжения. Но, по-видимому, maybe что углеродные или нитридные нитриды бора или алмазные нановолокна могут быть достаточно сильными. Но статическое растягивающее напряжение является лишь частью проблемы.

Одна из проблем - проблема « быка ». Полезная нагрузка, направленная вверх, прикладывает боковое усилие к тросу, поскольку его тангенциальная скорость увеличивается, в конечном счете, до скорости орбиты GEO. Это запускает волну смещения, перемещающуюся вверх и вниз в кабеле. Волна, движущаяся в том направлении, в котором утолщается кабель, не является проблемой, но волна, движущаяся в направлении, по мере того, как он рассеивается, по мере того, как происходит рассеивание кабеля. Это то же самое явление, которое позволяет кому-то взломать игрушку: волна, запущенная на рукоятке, растет по амплитуде, когда она приближается к узкому концу, и этот конец может достигать сверхзвуковых скоростей. Когда полезная нагрузка приближается к терминалу GEO, волна, запущенная с этой толстой части кабеля, перемещается к более тонким участкам, а большие смещения от равновесия могут привести к большим внезапным изменениям скорости, которые значительно увеличивают напряжение на кабеле.

Еще одна очевидная проблема - орбитальные обломки и метеориты. Кабели с экстремальным напряжением не подвергаются частичному разрушению. Если трещина или вырезка достаточно велики, что она становится трещиной Гриффита, весь тросик разворачивается, и это очень плохой день.


Punintended 07/11/2018.

Сила материала / вес проблемы в сторону, космический лифт не пострадает от разрушительного повторного входа, если вы опустили кабель (в отличие от отказа от него неконтролируемым образом), что было бы хорошей идеей по многим причинам.

Если вы уроните кабель, он будет накапливать много кинетической энергии - точно, сколько зависит от ее массы и площади поперечного сечения. Так что я буду ручным «много». Когда он перестанет падать, плохие вещи произойдут независимо от того, сколько времени проходит кабель.

  • Если кабель достаточно длинный, чтобы попасть в землю, он получает параллельную скорость геостационарного объекта ~ 3 км / с и перпендикулярную скорость до 9 км / с (масса отменяется для KE = GPE, оставляя 1/2 v ^ 2 = gh Подключите 9,8 м / с ^ 2, ~ 36000 км, преобразуйте и разрешите), оба из которых будут страдать от большого количества аэрообмена (что опять же будет зависеть от площади поперечного сечения). Поздравляем, вы просто бомбардировали Землю орбитой
  • Если кабель isn't длинный, чтобы ударить по земле, катушка собирается вырваться из того, что она прикреплена к геостационарному объекту. Я даже не собираюсь предлагать математику на этом салфетке

Concorde испытывает некоторое нагревание на Mach 2-ish, но, вероятно, недостаточно для того, чтобы быть ужасно разрушительным для чего-то с той силой: весовое соотношение, которое вам нужно для космического лифта

Имейте в виду, что по мере того, как вы опускаете кабель от геостационарного объекта, вам нужно отключить противовес, чтобы центр масс не выходил из своего геостационарного слота.

Edit: Упс, я был избит до ссылки Space Elevator. Но FWIW, по-прежнему будет некоторое нагревание по кабелю, который движется, независимо от того, движется центр масс.


BobT 07/11/2018.

Это, по существу, идея Циолковского 1895 года «Космический лифт» . Вам понадобится регулируемый противовес, продолжающийся дальше, чтобы поддерживать центр масс в точке геостационарной. Если все сделано правильно, на нижнем конце движения не должно быть движения. Отсутствие движения означает отсутствие трения и, следовательно, без нагрева ...

Related questions

Hot questions

Language

Popular Tags