Domanda:
Un ascensore spaziale parziale può essere pratico e utile?
Paul A. Clayton
2013-07-17 19:14:40 UTC
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Sarebbe tecnologicamente ed economicamente pratico costruire e far funzionare un ascensore spaziale che fornisse solo il trasporto tra i percorsi orbitali inferiori e superiori?

Un tale meccanismo eviterebbe solo alcuni di i problemi con un ascensore fisso in orbita di superficie e introdurrebbero altri problemi come la necessità di attraccare con una piattaforma che si muove a una velocità diversa dalla velocità orbitale locale.

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Quali barriere tecnologiche dobbiamo superare per costruire un ascensore spaziale?

Metodi di propulsione diversi dai razzi per lasciare l'atmosfera terrestre? ( SF La risposta di menziona un "ascensore spaziale parziale" che collega una piattaforma accessibile ai jet a LEO.)

Un altro modello proposto consiste nell'utilizzare un cavo rotante in orbita, per agganciarsi a un carico utile su un'orbita inferiore e ruotarlo su un'orbita più alta, trasferendo anche lo slancio al rilascio.
Tre risposte:
#1
+18
PearsonArtPhoto
2013-07-17 19:40:57 UTC
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In breve, no. Il motivo è che la parte di gran lunga più difficile per arrivare nello spazio è arrivare in orbita terrestre bassa. Come dice il proverbio, una volta che l'hai fatto, sei a metà strada da qualsiasi parte.

Sarebbe difficile far rimanere l'ascensore in luoghi non ancorati. Inoltre, comprometterebbe la velocità richiesta per raggiungere ciascuna di queste posizioni e, alla fine, non sarebbe molto pratico.

Detto questo, la cosa più pratica che si potrebbe fare in questo senso sarebbe costruire una piattaforma molto grande in cima a una montagna e sollevare l'oggetto in cima alla piattaforma per il lancio. Ciò fornisce pochissimi vantaggi teorici, sebbene riduca la resistenza al vento e simili.

Esiste, tuttavia, un sistema che potrebbe aiutarti una volta ottenuta l'orbita, utilizzando cavi magnetici. Non mi prenderò la briga di spiegare tutta la fisica, ma ti indicherò Space Tethers, che ne discute ulteriormente, e fornisco anche un grafico dal loro sito web che lo dimostra ulteriormente.

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Molto interessante - non sapevo dell'approccio "usa la Terra come statore, il cavo come rotore". Ovviamente TANSTAAFL, in qualche modo sarebbe necessario produrre elettricità per la corrente di collegamento, ma è ancora molto più ordinato dei getti ionici o simili.
Hanno provato a produrre energia usando la terra come statore una volta in una missione dello space shuttle, ma il cavo si è rotto. http://science1.nasa.gov/missions/tss/
@SF. Vela solare per sollevare l'orbita >> cavo magnetico / conduttore in "modalità generatore" per produrre elettricità, immagazzinato a bordo (volani senza attrito o supercondensatori) >> reinserisce corrente nel cavo in "modalità motore" per manovrare contro il campo geomagnetico. "Facile come Pi", giusto?
@hunter2: Teoricamente. In pratica la vela solare è molto, molto debole: per sollevare qualcosa di così massiccio occorrono molti km ^ 2. Inoltre non funzionerebbe all'ombra della Terra e spingerebbe invece di tirare quando si trova sul lato del Sole - funzionerebbe solo durante la mattina e la sera. Basta alimentare il cavo attraverso le celle solari solo per farlo muovere sarebbe più efficiente.
@SF. Sì, suppongo. Fino a un certo punto, almeno - è concepibile che a un certo punto possa avere senso costruire / dispiegare una * enorme * vela invece di una vasta gamma di pannelli (specialmente se stai realizzando i pannelli sulla Terra con una corrente approssimativa metodi). Andando dall'altra parte, forse sarebbe utile per i micro-sat, ma poi potresti cavartela con un qualche tipo di batteria / cella a combustibile (e attraccare con una nave madre per il recupero o il rifornimento) (o PV, ma il punto era quello per una piccola seduta, non avresti bisogno di una vela troppo enorme).
Se la tua destinazione è LEO, un cavo orbitale non aiuta molto. Se la tua destinazione è GTO, LTO o MTO, un cavo orbitale può offrire un enorme vantaggio. Dato che la frazione di massa degli stadi superiori è del 50% o meno, il potenziamento del secondo stadio senza carburante per missili raddoppia efficacemente il carico utile del tuo booster terra-LEO. Ci sono molti concetti di collegamento; ognuna deve essere valutata in modo indipendente, rendendo la tua domanda troppo ampia e qualsiasi risposta semplice intrinsecamente difettosa. Se uno qualsiasi dei concetti di tether proposti potesse essere implementato, il costo di lancio oltre LEO sarebbe notevolmente scontato.
Link ora è morto. :(
Scott Manley fornisce alcune informazioni sul lancio da una montagna. https://www.youtube.com/watch?v=RsbDRDFVObE
#2
+10
SF.
2013-07-17 19:46:03 UTC
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Pratico e utile: sì. Economicamente fattibile o tecnologicamente possibile? Non sono sicuro.

Sicuramente non richiederebbe tanti materiali così incredibilmente durevoli come "l'ascensore completo". Gli aeroplani con motore a reazione sono molto più economici e più facili da costruire e utilizzare rispetto ai veicoli a razzo. Una volta a LEO, qualsiasi veicolo può attivare una propulsione a bassa spinta e bassa energia come una vela solare e lasciare la fossa gravitazionale terrestre a una frazione del costo della corrispondente propulsione a reazione. In sostanza, ciò fornirebbe i vantaggi dell'ascensore spaziale nella parte del viaggio in cui i suoi benefici contano di più: tra l'atmosfera (dove funzionano i motori a reazione) e il LEO (dove funzionano i motori orbitali). Attualmente questo divario viene colmato con propulsori a razzo che sono semplicemente estremamente costosi.

Questo per i vantaggi. Ora per i problemi: i problemi di trasportare diverse centinaia di chilometri di una corda spaziale nell'orbita a parte (siamo stati lì con il classico ascensore spaziale) abbiamo una reale resistenza dell'aria e nessuna ancora che la tirerebbe e fornirebbe energia, più ciascuna il veicolo che sale lo tirerebbe giù. Quella cosa non si reggerebbe da sola come un classico ascensore spaziale, richiederebbe la sua propulsione per mantenerla a galla. (OTOH, il carburante per detta propulsione potrebbe essere consegnato dagli stessi aeroplani, e potrebbe essere uno qualsiasi dei tanti "motori orbitali", senza bisogno dei fastidiosi razzi). Ci sarebbe l'intero problema di attraccare il carico utile nella stratosfera a velocità supersoniche. Non sono sicuro della meteorologia della stratosfera, ma penso che potrebbe essere fastidioso (non peggio del classico ascensore spaziale però). E ovviamente il costo di utilizzo sarebbe notevolmente superiore a quello del classico ascensore che potrebbe utilizzare motori elettrici efficienti per portare il carico utile da terra ben oltre l'orbita geostazionaria - mentre i getti sono un ordine di grandezza più economici dei razzi, i motori elettrici lasciano i getti molto indietro in termini di energia efficienza = costo di esercizio.

Un altro problema: la propulsione attiva non può fallire per periodi di tempo prolungati. Nel caso di un ascensore classico, starebbe lì completamente inerte senza problemi. In caso di parziale, cadrebbe. Se sono necessarie lunghe riparazioni, potrebbe essere spinto verso un'orbita più alta, all'altezza necessaria, e riparato lì nel tempo, ma i guasti imprevisti lo distruggerebbero semplicemente.

Alcune cose da considerare: 1) se ogni libbra richiesta dallo skyhook (vedi la mia risposta) compensa diverse libbre richieste da altri veicoli, hai bisogno di meno materiale netto. 2) Non è necessario posizionare lo skyhook dove potrebbe subire il trascinamento o deve essere riavviato. 3) L'energia trasferita dallo skyhook può essere reintegrata dalla propulsione elettrica solare, che è molto efficiente (ISP elevato) e richiede una massa di reazione molto ridotta.
@Erik re: # 2, l'ISS ha bisogno di essere potenziato, quindi penso sia giusto presumere che anche un cavo orbitale / orbitante (LEO) lo farebbe
La ISS è in un'orbita molto bassa in modo che lo Shuttle sia stato in grado di raggiungerla. Puoi essere in un LEO superiore e non avere bisogno di un riavvio quasi altrettanto spesso.
@Erik: più bassa è l'orbita più utile è la corda. C'era un'altra domanda da qualche parte che elencava i costi energetici di varie parti del viaggio, Earth-LEO era costoso quanto LEO-Moon. Più in basso lo metti, più è utile.
È vero. Un cavo più alto richiede maggiori prestazioni del veicolo di lancio.
#3
+7
Erik
2013-07-19 03:01:27 UTC
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Questa è un'idea molto pratica e utile. Viene spesso chiamato skyhook e l ' articolo di Wikipedia contiene molte informazioni e link utili al riguardo.

Probabilmente il tratto più utile di uno skyhook è che è possibile memorizzare la quantità di moto orbitale oltre tempo tramite propulsione elettrica e trasferirlo rapidamente su un veicolo spaziale "agganciato", riducendo la necessità di propellente e la sua massa associata.

Arrivare a LEO è la parte più difficile per entrare nello spazio e questo vale per il carburante necessario per andare oltre LEO. Quindi qualcosa che potrebbe ridurlo è molto prezioso.

La sfida più grande qui è probabilmente collegare un veicolo su una traiettoria suborbitale all'estremità dello skyhook. L'appuntamento non sarebbe difficile, ma sospetto che avresti solo una possibilità.



Questa domanda e risposta è stata tradotta automaticamente dalla lingua inglese. Il contenuto originale è disponibile su stackexchange, che ringraziamo per la licenza cc by-sa 3.0 con cui è distribuito.
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