¿Bucle de cubo entre la Tierra y la Luna?
Por favor, no me muerdas la cabeza. Si esto es tan estúpido que merece ser aplastado, me complace eliminar la pregunta. Principalmente me gustaría saber si alguien alguna vez sugirió esto (busqué).
Supongamos que tiene un trozo de cuerda largo ... quiero decir, realmente largo, 500 mil millas de hecho, y lo convierte en un bucle y coloca cubos a intervalos a lo largo de su longitud.
Luego tienes un par de husillos fijos, uno en la Tierra y otro en la Luna, y comienzas a tirar de la cuerda: si quisieras bajar cosas (personas, máquinas, mercancías, etc.) de la Luna simultáneamente con cosas arriba. de la Tierra, ¿no equilibrarías de hecho los efectos de los pozos de gravedad (tanto de la Tierra como de la Luna)?
Estoy seguro de que alguien va a señalar las tensiones bastante grandes que se experimentarían a lo largo de la longitud de este trozo de "cuerda" cuando se produjera el tirón *. Naturalmente, estoy sugiriendo que en lugar de cuerdas, debería estar hecho de alguna tecnología adecuada del siglo 22: tal vez además de ser milagroso, el material constituyente también tendría que gastar energía de alguna manera (presumiblemente usando paneles solares) para funcionar.
Comparado con la idea del ascensor espacial, está bien, es un poco más largo. Pero la idea del elevador espacial enfrenta el desafío de que, hasta la altura de la órbita geoestacionaria, toda la estructura debe estar apoyada desde abajo, en el fondo del pozo de gravedad de la Tierra. Las especificaciones de ingeniería del material de esta cuerda serían un desafío de una manera diferente.
NB: Soy consciente de que, en términos prácticos, los cohetes son de hecho una solución bastante barata y alegre para sacar cosas del pozo gravitatorio de la Tierra o dentro de ellas, sobre todo si puedes hacerlas reutilizables. Sin embargo, todavía continúa hablando sobre la construcción de un ascensor espacial, pistolas espaciales o "ataduras orbitales", etc.
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El comentario de Jcaron acerca de que la Luna no es geoestacionaria me hizo pensar: por supuesto, el problema aquí es principalmente el giro de la Tierra, más que la órbita de la Luna. Esto también indica que, a diferencia de un ascensor espacial, no querrá tener su plataforma de amarre marítima en ningún lugar cerca del Ecuador. En su lugar, querrá que esté lo más cerca posible de uno de los polos: mi conocimiento de la trigonometría involucrada aquí es un poco escaso: la viabilidad dependería de factores como la inclinación de la Tierra, el hecho de que la órbita de la Luna es, desafortunadamente, inclinado 5 grados con respecto a la eclíptica de la Tierra plano (no ecuatorial), etc. Con la inclinación en la posición "incorrecta" completamente en relación con la posición de la Luna una vez al mes, dudo que pueda ubicar la plataforma realmente estacionaria, en el polo norte o sur.
En cambio, esta plataforma probablemente tendría que viajar a una velocidad constante de varios cientos de km por hora, a lo largo de una línea de latitud cercana a la del Círculo Antártico, donde hay menos tierra que con el Círculo Artico, haciendo un circuito cada 24 h (longitud técnicamente desafiantes 16.000 km = unos 670 km / h!). Aunque hay poca tierra allí, existe el molesto negocio del hielo. Mucho hielo. Por supuesto, esto puede desaparecer en un futuro próximo.
Otra posibilidad es colocar la atadura de la Tierra en el Polo Sur, dejarla estacionaria, pero desconectarla quizás durante la mitad de los días de un mes determinado, cuando una línea entre el punto de atadura de la Tierra y la Luna pasaría a través de la masa de la Tierra. .. pero ... en ese momento del mes, el Polo Norte sería viable ... entonces, sí, tienes DOS puntos de sujeción polar estacionarios, y cambias el extremo de la Tierra del bucle entre ellos cada dos semanas - problema resuelto !
Afortunadamente, la humanidad siempre ha disfrutado de los desafíos.
Editar 2
He pensado un poco en esto desde que publiqué esto. Lo fundamental a tener en cuenta es que cada enlace debe ser "inteligente". Como primera hipótesis, cada enlace podría tener una longitud de 10 m (requiriendo aproximadamente 80 millones de ellos) y el bucle circularía a una velocidad de 100 m / s. Según mis cálculos, esto significa que se necesitarían unos 45 días para transportar algo hacia o desde la Luna. Los "torniquetes" en cada punto de amarre podrían tener aproximadamente 1 km de diámetro.
Cada enlace contiene dos cosas cruciales: una matriz solar, que se despliega solo fuera de la atmósfera terrestre, y un conjunto de engranajes. Los engranajes son impulsados por la matriz. Los engranajes tienen dos funciones, sin las cuales este bucle espacial nunca podría funcionar.
En primer lugar, los engranajes son responsables de impulsar el bucle: a lo largo de la longitud del bucle, en el espacio, la hebra "arriba" se frota contra la hebra "abajo" y, por lo tanto, los engranajes son responsables de conducir el bucle mecánicamente. Sobre este tema, valdría la pena preguntarse qué fuerzas conspirarían realmente para frenar el ciclo una vez que se pusiera en marcha. ¿Fricción entre los enlaces? Creo que la cantidad de energía necesaria resultaría ser mínima de hecho, en relación con la energía solar potencial capturada a lo largo de 2 x casi 400.000 km de enlaces.
En segundo lugar, y de manera más controvertida, los engranajes serían responsables de contrarrestar la gravedad de la Tierra cerca de la Tierra. En el Polo Sur / Norte, donde tenemos nuestro punto de sujeción de la Tierra, el bucle se extiende hacia el horizonte, horizontalmente. Esto está determinado por la naturaleza de la órbita de la Luna y el eje de la Tierra en relación con ella, y no hay forma de evitarlo. A diferencia de un ascensor espacial, no estamos explotando la fuerza centrífuga de ninguna manera. Entonces, una pregunta legítima es: "¿por qué no se cae el bucle?".
La respuesta no tiene nada que ver con la tensión (puede existir cierta tensión dinámica invariable entre los eslabones adyacentes, pero nada como para tirar de la cadena "tensa": el movimiento de la cadena sería el resultado de los engranajes motorizados, pero sobre todo del impulso ), sino que el bucle está utilizando la inmensa cantidad de energía eléctrica generada constantemente por los paneles solares a lo largo de su longitud para aplicar una "fuerza de curva" dinámica, para "curvar" el bucle lejos de la Tierra en el punto más gravitacionalmente difícil de el bucle, es decir, el punto de sujeción de la Tierra. Esto significa que, mientras se dirige hacia o desde la Tierra, en las proximidades de la Tierra, a 100 m / s, cada eslabón está aplicando una fuerza no despreciable a sus eslabones adyacentes, utilizando su engranaje, para actuar contra y neutralizar el efecto de la Tierra. gravedad.
En el punto de sujeción lunar no hay problemas de este tipo: en primer lugar, porque la unión del bucle al punto de sujeción lunar es vertical, pero también porque la gravedad es mucho menor.
Dado que los paneles solares no se despliegan en la atmósfera de la Tierra, es necesario que la energía se transfiera desde los enlaces que se encuentran actualmente en el espacio.
Aparte del costo, la mayor objeción a esta idea podría ser estética: ¿realmente querríamos mirar hacia el cielo nocturno y ver una cadena desagradable tendida entre la Tierra y la Luna?
* Quizás también descubras que la Luna está siendo sacada de órbita debido a las tensiones involucradas, pero siempre puedes "corregir" esto disparando propulsores estacionados en la Luna (la humanidad podría querer hacer esto de todos modos en el futuro, ya que la Luna actualmente se está alejando de la Tierra, por supuesto).
Respuestas
Además de la respuesta de Mark Foskey relacionada con la fuerza inverosímil requerida para esto, hay una serie de otras complicaciones.
Un ascensor espacial tradicional se coloca en una órbita circular, la luna no está en una órbita circular, por lo que el sistema deberá cambiar la longitud en 42 800 km dos veces al mes, lo que equivale a más de 100 kmh. No es algo que se haga con un cabrestante mecánico o similar.
Un problema relacionado es que el camino trazado a través de la superficie de la tierra no es a lo largo del ecuador, por lo que durante cada día el extremo de la estructura recorre la circunferencia de la tierra todos los días, por encima de 1000 kmh / mach uno, atravesando montañas sustanciales. Esto también significa que la estructura tendrá fuerzas de arrastre sustanciales que deberán superarse en la operación diaria, presumiblemente con el empuje del cohete o el riesgo de que toda la estructura se desorbite.
Intentar resolver el problema conectándose a un poste convierte la estructura de una atadura vertical en algo parecido a un puente que sobresale hacia los lados y que involucra algún tipo de base o equilibrio. Tenga en cuenta también que ni el polo norte (hielo marino sobre el océano) ni el polo sur (hielo en movimiento de kilómetros de espesor) son buenos lugares para una megaestructura en alguna forma de montaña artificial.
Además de tener que esquivar obstáculos en el extremo de la tierra, las secciones LEO y GEO de la estructura barrerán todas las órbitas y necesitarán movilidad activa para evitar los escombros o llevar una profundidad sustancial de blindaje.
Tenga en cuenta que un modo de falla por impacto de escombros o falla de estabilidad en este sistema será un material absurdamente fuerte que se enrolle alrededor de la tierra (potencialmente varias veces), golpeando el suelo a la velocidad orbital o por encima de ella.
El extremo lunar tampoco es estacionario, lo que induce el movimiento o evita que ese extremo se apoye estructuralmente.
Los puntos medios reales de esta estructura también son inestables, con los efectos de las mareas del sol y las variaciones de la distribución de masa en la tierra y la luna que tienden a establecer movimientos de ondas a lo largo de la longitud, que probablemente necesitarán un empuje activo para amortiguarse.
El movimiento de masa a lo largo de la longitud también será un problema, ya que esta es una estructura suspendida, no una torre, por lo que si se levanta una masa de la tierra a la luna, una masa similar debe descender o toda la estructura se desplazará en la dirección de la tierra y necesitará empuje de algún tipo para compensar.
Considere, a modo de comparación, el concepto de ascensor espacial. Se extendería desde la superficie de la Tierra hasta un punto más allá de la órbita geoestacionaria, y se ponderaría de tal manera que la órbita geoestacionaria es donde está el centro de masa. En realidad, esto es conceptualmente muy similar a tu idea. Por ejemplo, también está destinado a beneficiarse de las cargas descendentes que equilibran las cargas ascendentes.
Debido a que el elevador espacial utiliza un cable mucho más corto que el que usted propone, las tensiones serán menores y las demandas serán menores. Sin embargo, todavía está cerca del límite teórico de la resistencia de los materiales sostenida por enlaces químicos. Tengo entendido que un cable con la resistencia a la tracción de un nanotubo de carbono perfecto funcionaría, pero las resistencias a la tracción medidas en escalas moleculares generalmente no se adaptan a objetos más grandes. Así que no creo que haya un material lo suficientemente fuerte para hacer que la propuesta del cable a la luna funcione. Una mejor respuesta en realidad compararía la fuerza necesaria con la fuerza del enlace químico más fuerte posible, pero mi punto es que existen límites físicos en la resistencia del material. En algún momento, crear un material tan fuerte no es más realista que crear un agujero de gusano entre la tierra y la luna,y creo que esta propuesta se acerca a ese nivel.
Aquí hay una idea errónea:
[...] la idea del ascensor espacial se enfrenta al desafío de que, hasta la altura de la órbita geoestacionaria, toda la estructura debe apoyarse desde abajo [...]
Esto está mal. Uno no puede simplemente soportar nada hasta la órbita geoestacionaria, está demasiado lejos. La roca en la parte inferior de dicha estructura se comportaría más como un líquido, haciendo que toda la torre colapsara sobre sí misma. En cambio, los elevadores espaciales están suspendidos de un contrapeso, su carga es completamente extensible, al igual que la cadena de cangilones .
Por supuesto, se puede utilizar la luna como contrapeso. Y sí, la parte de la cadena de cangilones entre el punto L1 del sistema Tierra-Luna y la Luna también actuaría como un contrapeso parcial para la parte entre la Tierra y L1. Y sí, el potencial gravitacional más bajo del punto L1 en comparación con otros puntos a la misma distancia de la tierra haría las cosas un poco más fáciles que si uno colocara la cadena de cangilones en el lado opuesto de la luna.
Sin embargo, el problema clave con este concepto es que la cadena de cangilones sería aproximadamente diez veces más larga que un ascensor espacial. La luna está muy lejos. Si no fuera así, las órbitas geosincrónicas no serían estables. La órbita geosincrónica está tan por debajo de la órbita de la luna que el tirón de su enorme masa no perturba mucho las órbitas de nuestro satélite de comunicaciones. Y la distancia al punto L1 Tierra-Luna es mucho más larga que la altura geosincrónica . Como tal, la cadena de cangilones sería mucho más difícil de construir y necesitaría soportar tensiones de tracción mucho más altas que un ascensor espacial .
La causa de esta discrepancia entre las longitudes de la cadena del elevador y del cangilón es que la Tierra gira mucho más rápido que la Luna orbita alrededor de la Tierra. La tierra tarda aproximadamente 24 horas en una rotación, la luna tarda aproximadamente 26 días en una órbita. Este giro más rápido de la materia sincrónica de la Tierra significa que la fuerza centrífuga es igual a la aceleración de la gravedad mucho antes. Y esto permite ascensores espaciales que tienen menos de 40.000 km de largo (asumiendo un contrapeso serio).
Todo esto es incluso antes de considerar los problemas de que el extremo de la cadena de cangilones se mueva en relación con la superficie de la Tierra. Tanto en altura (excentricidad de la órbita de la luna) como en movimiento horizontal (aproximadamente 1667 km / h).
Dicho esto, la idea de utilizar un bucle de "cable" en movimiento en lugar de un cable estructural inmóvil es una buena idea. Permitiría ubicar la maquinaria de elevación pesada en un extremo, sin la necesidad de una fuente de energía importante en las cabinas de elevación. También separaría las cabinas descendentes de las ascendentes debido a la fuerza de Coriolis que actúa en direcciones opuestas en las dos mitades del bucle.