Frage:
Könnte ein Teilraumaufzug praktisch und nützlich sein?
Paul A. Clayton
2013-07-17 19:14:40 UTC
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Wäre es technologisch und wirtschaftlich praktikabel, einen Weltraumaufzug zu bauen und zu betreiben, der nur den Transport zwischen niedrigeren und höheren Umlaufbahnen ermöglicht?

Ein solcher Mechanismus würde nur einige vermeiden die Probleme mit einem Aufzug mit fester Oberflächenumlaufbahn und andere Probleme wie das Andocken an eine Plattform, die sich mit einer anderen Geschwindigkeit als der lokalen Umlaufgeschwindigkeit bewegt.

Etwas verwandt

Welche technologischen Hindernisse müssen wir überwinden, um einen Weltraumaufzug zu bauen?

Andere Antriebsmethoden als Raketen zum Verlassen der Erdatmosphäre? ( SF In der Antwort wird ein "Teilraumaufzug" erwähnt, der eine für Jets zugängliche Plattform mit LEO verbindet.)

Ein anderes vorgeschlagenes Modell besteht darin, ein sich drehendes Seil im Orbit zu verwenden, um sich an einer Nutzlast in einem niedrigeren Orbit festzuhalten und es in einen höheren Orbit zu drehen, wobei der Impuls auch beim Loslassen übertragen wird.
Drei antworten:
#1
+18
PearsonArtPhoto
2013-07-17 19:40:57 UTC
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Kurz gesagt, nein. Der Grund dafür ist, dass es bei weitem am schwierigsten ist, in den Weltraum zu gelangen, wenn man in die Erdumlaufbahn gelangt. Wie das Sprichwort sagt, sind Sie, sobald Sie das getan haben, auf halbem Weg zu irgendwo.

Es wäre schwierig, den Aufzug an nicht verankerten Orten zu halten. Darüber hinaus würde es die Geschwindigkeit beeinträchtigen, die erforderlich ist, um zu jedem dieser Orte zu gelangen, und wäre am Ende nicht sehr praktisch.

Angesichts dessen wäre dies das praktischste, was in dieser Richtung getan werden könnte wäre, eine sehr große Plattform auf einem Berg zu bauen und das Objekt zum Starten auf die Spitze der Plattform zu heben. Das bringt nur sehr wenig theoretischen Nutzen, obwohl es den Windwiderstand und dergleichen verringert.

Es gibt jedoch ein System, das Ihnen helfen kann, sobald Sie die Umlaufbahn mit Magnetbändern erreicht haben. Ich werde mich nicht die Mühe machen, die gesamte Physik zu erklären, aber ich werde Sie auf Space Tethers verweisen, in denen dies weiter erläutert wird, und auf ihrer Website eine Grafik bereitstellen, die dies weiter demonstriert.

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Sehr interessant - ich wusste nichts über diesen Ansatz "Erde als Stator, Haltegurt als Rotor verwenden". Natürlich müsste man TANSTAAFL irgendwie Strom für den Haltestrom produzieren, aber das ist immer noch weitaus ordentlicher als Ionenstrahlen oder ähnliches.
Sie versuchten, Strom zu erzeugen, indem sie die Erde einmal in einer Space-Shuttle-Mission als Stator verwendeten, aber das Kabel brach. http://science1.nasa.gov/missions/tss/
@SF. Sonnensegel zum Anheben der Umlaufbahn >> Magnet- / Leitseile im „Generatormodus“ zur Stromerzeugung, die an Bord gespeichert sind (reibungslose Schwungräder oder Superkondensatoren) >> führen im „Motormodus“ Strom zurück in das Seil, um gegen das geomagnetische Feld zu manövrieren. "Einfach wie Pi", richtig?
@hunter2: Theoretisch. In der Praxis ist das Sonnensegel sehr, sehr schwach - um etwas so massives zu heben, braucht man viele km ^ 2 davon. Außerdem würde es im Schatten der Erde nicht funktionieren und auf der Sonnenseite schieben statt ziehen - es würde nur morgens und abends funktionieren. Es wäre effizienter, das Kabel nur über Solarzellen mit Strom zu versorgen, um es in Bewegung zu setzen.
@SF. Ja, ich nehme an. Zumindest bis zu einem gewissen Punkt - es ist denkbar, dass es irgendwann sinnvoll sein könnte, ein * riesiges * Segel anstelle einer sehr großen Anzahl von Paneelen zu bauen / einzusetzen (insbesondere, wenn Sie die Paneele auf der Erde mit ungefähr aktueller Strömung herstellen Methoden). Wenn Sie in die andere Richtung gehen, wäre es vielleicht nützlich für Mikrosättel - aber dann könnten Sie mit einer Art Batterie / Brennstoffzelle auskommen (und mit einem Mutterschiff zur Wiederherstellung oder Nachlieferung andocken) (oder PV, aber der Punkt war das Für ein winziges Sitzen brauchst du kein zu verrücktes Segel.
Wenn Ihr Ziel LEO ist, hilft ein Orbitalseil nicht viel. Wenn Ihr Ziel GTO, LTO oder MTO ist, kann ein Orbitalseil einen RIESIGEN Vorteil bieten. Wenn der Massenanteil der oberen Stufen 50% oder weniger beträgt, verdoppelt das Boosten einer zweiten Stufe ohne Raketentreibstoff effektiv die Nutzlast Ihres Erd-LEO-Boosters. Es gibt viele Tether-Konzepte; Jedes muss unabhängig bewertet werden, damit Ihre Frage zu weit gefasst und jede einfache Antwort von Natur aus fehlerhaft ist. Wenn eines der vorgeschlagenen Tether-Konzepte implementiert werden könnte, würden die Startkosten über LEO hinaus stark reduziert.
Link ist jetzt tot. :(
Scott Manley bietet einige Informationen zum Starten von einem Berg. https://www.youtube.com/watch?v=RsbDRDFVObE
#2
+10
SF.
2013-07-17 19:46:03 UTC
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Praktisch und nützlich - ja. Wirtschaftlich oder technologisch möglich? Ich bin mir nicht sicher.

Sicherlich würde es nicht annähernd so viele Materialien erfordern, die so unglaublich langlebig sind wie der "volle Aufzug". Flugzeuge mit Düsentriebwerk sind weitaus billiger und einfacher zu bauen und zu bedienen als Fahrzeuge mit Raketenantrieb. In LEO kann jedes Fahrzeug wie ein Sonnensegel einen Antrieb mit geringem Schub und niedriger Energie ausführen und die Schwerkraftgrube der Erde zu einem Bruchteil der Kosten des entsprechenden Strahlantriebs verlassen. Dies würde im Wesentlichen die Vorteile eines Weltraumaufzugs auf dem Teil der Reise bieten, auf dem seine Vorteile am wichtigsten sind - zwischen der Atmosphäre (wo Triebwerke arbeiten) und dem LEO (wo Orbitaltriebwerke arbeiten). Derzeit wird diese Lücke mit Raketentriebwerken gesprungen, die einfach extrem teuer sind.

So viel zu den Vorteilen. Nun zu den Problemen. Die Probleme, mehrere hundert Kilometer eines Raumseils zur Umlaufbahn zu bringen (wir waren mit dem klassischen Weltraumaufzug dort), haben einen tatsächlichen Luftwiderstand und keinen Anker, der ihn ziehen und Energie liefern würde, plus jeden Ein fahrendes Fahrzeug würde es herunterziehen. Das Ding würde sich nicht wie ein klassischer Weltraumaufzug selbst tragen, es würde seinen eigenen Antrieb erfordern, um es über Wasser zu halten. (OTOH, Treibstoff für diesen Antrieb könnte von denselben Flugzeugen geliefert werden, und es könnte eine beliebige Anzahl der ordentlichen "Orbitaltriebwerke" sein, ohne dass die störenden Raketen benötigt werden). Es würde das ganze Problem geben, die Nutzlast in der Stratosphäre mit Überschallgeschwindigkeit anzudocken. Ich bin mir nicht sicher über die Meteorologie der Stratosphäre, aber ich denke, es könnte problematisch sein (nicht schlimmer als gegen einen klassischen Weltraumaufzug). Und natürlich wären die Nutzungskosten erheblich höher als bei einem klassischen Aufzug, bei dem effiziente Elektromotoren eingesetzt werden könnten, um die Nutzlast weit über die geostationäre Umlaufbahn hinaus vom Boden zu befördern. Während Jets eine Größenordnung billiger sind als Raketen, lassen Elektromotoren Jets energetisch weit zurück Effizienz = Betriebskosten.

Noch ein Problem: Der aktive Antrieb kann nicht über längere Zeiträume ausfallen. Im Falle eines klassischen Aufzugs würde er dort ohne Probleme völlig träge sitzen. Im Falle des Teils würde es fallen. Wenn längere Reparaturen erforderlich sind, könnte es in eine höhere Umlaufbahn gebracht werden, so hoch wie nötig, und dort im Laufe der Zeit repariert werden, aber unerwartete Fehler würden es einfach zerstören.

Einige Dinge zu beachten: 1) Wenn jedes Pfund, das der Skyhook benötigt (siehe meine Antwort), mehrere Pfund ausgleicht, die von anderen Fahrzeugen benötigt werden, benötigen Sie weniger Material netto. 2) Es ist nicht erforderlich, den Skyhook an einer Stelle zu platzieren, an der er schleppen oder neu aufgeladen werden muss. 3) Die Energie, die der Skyhook überträgt, kann durch solaren elektrischen Antrieb wieder aufgefüllt werden - was sehr effizient ist (hoher ISP) und sehr wenig Reaktionsmasse erfordert.
@Erik re: # 2, die ISS muss verstärkt werden, daher denke ich, dass es fair ist anzunehmen, dass auch ein (LEO) Orbital / Orbit Tether dies tun würde
Die ISS befindet sich in einer sehr niedrigen Umlaufbahn, so dass das Shuttle sie erreichen konnte. Sie können sich in einem höheren LEO befinden und benötigen nicht annähernd so oft einen Neustart.
@Erik: Je niedriger die Umlaufbahn, desto nützlicher das Seil. Irgendwo in der Nähe gab es eine andere Frage, die die Energiekosten für verschiedene Teile der Reise auflistete: Earth-LEO war ungefähr so ​​teuer wie LEO-Moon. Je niedriger Sie es setzen, desto nützlicher ist es.
Das ist richtig. Eine höhere Leine erfordert mehr Leistung der Trägerrakete.
#3
+7
Erik
2013-07-19 03:01:27 UTC
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Dies ist eine sehr praktische und nützliche Idee. Es wird oft als Skyhook bezeichnet und der Wikipedia-Artikel enthält viele nützliche Informationen und Links dazu.

Das wahrscheinlich nützlichste Merkmal eines Skyhooks ist das Potenzial, den Orbitalimpuls zu speichern Zeit durch elektrischen Antrieb und schnelles Übertragen auf ein "hakenförmiges" Raumschiff - wodurch der Bedarf an Treibmittel und die damit verbundene Masse verringert werden.

Der Weg zum LEO ist der schwierigste Teil, um in den Weltraum zu gelangen, und das gilt auch für das Kraftstoff, den Sie benötigen, um über LEO hinauszugehen. Etwas, das dies reduzieren könnte, ist sehr wertvoll.

Die größte Herausforderung besteht wahrscheinlich darin, ein Fahrzeug auf einer suborbitalen Flugbahn mit dem Ende des Skyhooks zu verbinden. Das Rendezvous wäre nicht schwer, aber ich vermute, Sie würden nur eine Chance bekommen.



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