Ciclo di secchio tra la Terra e la Luna?
Per favore, non mordermi la testa. Se questo è così stupido da meritare di essere schiacciato, sono abbastanza felice di eliminare la domanda. Vorrei principalmente sapere se qualcuno lo ha mai suggerito (ho cercato).
Supponendo che tu abbia un lungo pezzo di corda ... intendo davvero lungo, 500 mila miglia in effetti, e lo fai in un cappio e attacchi i secchi a intervalli lungo la sua lunghezza.
Quindi hai un paio di mandrini fissi, uno sulla Terra e uno sulla Luna, e inizi a tirare la corda: se volevi far scendere dalla Luna cose (persone, macchine, merci, ecc.) Simultaneamente con le cose in su dalla Terra, non equilibrereste infatti gli effetti dei pozzi gravitazionali (sia terrestri che lunari)?
Sono sicuro che qualcuno indicherà le sollecitazioni piuttosto grandi che sarebbero state sperimentate per tutta la lunghezza di questo pezzo di "corda" quando il tiro ha avuto luogo *. Naturalmente sto suggerendo che invece di stringa dovrebbe essere realizzato con una tecnologia adeguata del 22 ° secolo: forse oltre ad essere miracoloso, il materiale costituente dovrebbe anche spendere energia in qualche modo (usando presumibilmente pannelli solari) per funzionare.
Rispetto all'idea dell'ascensore spaziale, OK, è un po 'più lungo. Ma l'idea dell'ascensore spaziale affronta la sfida che, fino all'altezza dell'orbita geostazionaria, l'intera struttura deve essere supportata dal basso, proprio nel fondo del pozzo gravitazionale terrestre. Le specifiche ingegneristiche del materiale di questa stringa sarebbero impegnative in un modo diverso.
NB Sono consapevole che, in termini pratici, i razzi sono in realtà una soluzione piuttosto economica e allegra per portare materiale fuori o nel pozzo di gravità terrestre, in particolare se puoi renderli riutilizzabili. Tuttavia, i discorsi sulla costruzione di un ascensore spaziale, cannoni spaziali o "cavi orbitali" ecc. Continuano ancora.
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Il commento di Jcaron sul fatto che la Luna non sia geostazionaria mi ha fatto pensare: ovviamente è principalmente la rotazione della Terra il problema qui, piuttosto che l'orbita della Luna. Ciò indica anche che, a differenza di un ascensore spaziale, non vorresti avere la tua piattaforma marittima vicino all'Equatore. Invece vorresti che fosse il più vicino possibile a uno dei poli: la mia conoscenza della trigonometria coinvolta qui è un po 'carente: la fattibilità dipenderebbe da fattori come l'inclinazione della Terra, il fatto che l'orbita della Luna sia, purtroppo, inclinato di 5 gradi rispetto all'eclittica terrestre piano (non equatoriale), ecc. Con l'inclinazione nella posizione "sbagliata" completamente rispetto alla posizione della Luna una volta al mese, dubito piuttosto che tu possa posizionare la piattaforma effettivamente stazionaria, al Polo Nord o al Polo Sud.
Invece questa piattaforma dovrebbe probabilmente viaggiare ad una costante di diverse centinaia di km orari, lungo una linea di latitudine prossima a quella del Circolo Polare Artico, dove c'è meno terra che con il Circolo Polare Artico, facendo un giro ogni 24 h (lunghezza a impegnativo 16.000 km = circa 670 km / h!). Sebbene ci sia poca terra lì, c'è il fastidioso affare del ghiaccio. Molto ghiaccio. Questo potrebbe scomparire nel prossimo futuro, ovviamente.
Un'altra possibilità è posizionare il cavo della Terra al Polo Sud, renderlo stazionario, ma scollegarlo forse per metà dei giorni in un dato mese, quando una linea tra il punto di ancoraggio della Terra e la Luna passerebbe attraverso la massa della Terra. .. ma ... a quel punto del mese il Polo Nord sarebbe utilizzabile ... quindi, sì, hai DUE punti di ancoraggio stazionari polari e cambi l'estremità terrestre del circuito tra di loro ogni due settimane - problema risolto !
Fortunatamente l'umanità ha sempre gustato una sfida.
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Ci ho pensato un po 'da quando l'ho postato. La cosa cruciale da tenere a mente è che ogni collegamento deve essere "intelligente". Come prima ipotesi, ogni collegamento potrebbe essere lungo 10 m (richiedendo circa 80 milioni di essi) e il loop si avvolgerebbe a una velocità di 100 m / s. Secondo i miei calcoli, ciò significa che ci vorrebbero circa 45 giorni per trasportare qualcosa da o verso la Luna. I "tornelli" in ogni punto di ancoraggio potrebbero avere un diametro di circa 1 km.
Ogni collegamento contiene due elementi cruciali: un array solare, che si dispiega solo al di fuori dell'atmosfera terrestre, e un set di ingranaggi. Gli ingranaggi sono alimentati dall'array. Gli ingranaggi hanno due funzioni, senza le quali questo loop spaziale non potrebbe mai funzionare.
In primo luogo, gli ingranaggi sono responsabili della guida del loop: per tutta la lunghezza del loop, nello spazio, il filo "su" sfrega contro il filo "giù", e gli ingranaggi sono quindi responsabili della guida del loop meccanicamente. A questo proposito, potrebbe valere la pena chiedersi quali forze cospirerebbero effettivamente per rallentare il ciclo una volta messo in moto. Attrito tra i collegamenti? Penso che la quantità di energia necessaria si rivelerebbe essere piuttosto minima, in effetti, rispetto alla potenza solare potenziale catturata lungo 2 x quasi 400.000 km di collegamenti.
In secondo luogo, e più controverso, gli ingranaggi sarebbero responsabili del contrasto della gravità terrestre vicino alla Terra. Al Polo Sud / Nord, dove abbiamo il nostro punto di ancoraggio terrestre, l'anello si estende verso l'orizzonte, orizzontalmente. Questo è determinato dalla natura dell'orbita della Luna e dall'asse terrestre rispetto ad essa, e non c'è modo di aggirarla. A differenza di un ascensore spaziale, non stiamo sfruttando in alcun modo la forza centrifuga. Quindi una domanda legittima è: "perché il ciclo non cade semplicemente?".
La risposta non è qualcosa a che fare con la tensione (potrebbe esistere una tensione invariabile e dinamica, tra maglie adiacenti, ma niente di abbastanza per tirare la catena "tesa": il movimento della catena sarebbe il risultato degli ingranaggi motorizzati ma soprattutto dello slancio ), ma invece che il loop utilizza l'immensa quantità di energia elettrica generata costantemente dai pannelli solari lungo la sua lunghezza per applicare una "forza di curvatura" dinamica, per "curvare" il loop lontano dalla Terra nel punto più gravitazionalmente difficile di il loop, cioè il punto di ancoraggio della Terra. Ciò significa che, mentre si dirige verso o dalla Terra, in prossimità della Terra, a 100 m / s, ogni collegamento applica una forza non trascurabile ai suoi collegamenti adiacenti, utilizzando il proprio ingranaggio, per agire contro e neutralizzare l'effetto della Terra gravità.
Nel punto di ancoraggio lunare non ci sono problemi di questo tipo: in primo luogo, poiché l'attacco dell'anello al punto di ancoraggio lunare è verticale, ma anche perché la gravità è molto inferiore.
Poiché gli array solari non si dispiegano nell'atmosfera terrestre, è necessario trasferire la potenza dai collegamenti attualmente nello spazio.
A parte il costo, l'obiezione più grande a questa idea potrebbe essere estetica: vorremmo davvero guardare in alto nel cielo notturno e vedere una catena antiestetica tesa tra la Terra e la Luna?
* Forse potresti anche scoprire che la Luna viene tirata fuori dall'orbita a causa delle sollecitazioni coinvolte, ma potresti sempre "correggerla" sparando i propulsori di stanza sulla Luna (l'umanità potrebbe volerlo fare comunque in futuro, poiché la Luna si sta attualmente allontanando dalla Terra, ovviamente).
Risposte
Oltre alla risposta di Mark Foskey relativa alla forza non plausibile richiesta per questo, ci sono una serie di altre complicazioni.
Un ascensore spaziale tradizionale è posizionato in un'orbita circolare, la luna non è in un'orbita circolare, quindi il sistema dovrà cambiare la lunghezza di 42.800 km due volte al mese, che arriva a più di 100 kmh. Non qualcosa che fai con un verricello meccanico o simili.
Un problema correlato è che il percorso tracciato sulla superficie terrestre non è lungo l'equatore, quindi durante ogni giorno l'estremità del terreno della struttura percorre la circonferenza della terra ogni giorno, oltre i 1000 km / h, attraversando montagne sostanziali. Ciò significa anche che la struttura avrà notevoli forze di trascinamento che dovranno essere superate durante il funzionamento quotidiano, presumibilmente con la spinta del razzo o rischiando la deorbitazione dell'intera struttura.
Cercare di risolvere il problema collegandosi a un palo trasforma la struttura da un cavo verticale in qualcosa di simile a un ponte che sporge lateralmente coinvolgendo una sorta di fondazione o equilibrio. Si noti inoltre che né il Nord (ghiaccio marino sull'oceano) né il Polo Sud (ghiaccio in movimento spesso Km) sono buoni posti per una mega struttura in qualche forma di montagna artificiale.
Oltre a dover schivare gli ostacoli all'estremità terrestre, le sezioni LEO e GEO della struttura spazzeranno tutte le orbite e avranno bisogno di mobilità attiva per evitare detriti o trasportare una profondità sostanziale di armatura.
Si noti che una modalità di guasto per un impatto con detriti o un guasto di stabilità su questo sistema sarà un materiale assurdamente forte che si avvolge intorno alla terra (potenzialmente più volte), colpendo il terreno alla velocità orbitale o superiore.
Anche l'estremità lunare non è stazionaria, il che induce il movimento o impedisce che l'estremità sia supportata strutturalmente.
Anche i punti medi effettivi di questa struttura sono instabili, con effetti di marea del sole e variazioni della distribuzione della massa sulla terra e sulla luna che tendono a creare moti ondosi lungo la lunghezza, che probabilmente richiederanno una spinta attiva per smorzare.
Anche il movimento di massa lungo la lunghezza sarà un problema, poiché questa è una struttura sospesa non una torre, quindi se una massa viene sollevata dalla terra alla luna una massa simile deve scendere o l'intera struttura si sposterà nella direzione della terra e ne avrà bisogno spinta di qualche tipo per compensare.
Considera, per confronto, il concetto di ascensore spaziale. Si estenderebbe dalla superficie della Terra fino a un punto oltre l'orbita geostazionaria, e pesato in modo tale che l'orbita geostazionaria sia dove si trova il centro di massa. Questo è concettualmente molto simile alla tua idea. Ad esempio, è anche pensato per trarre vantaggio dai carichi discendenti che bilanciano i carichi ascendenti.
Poiché l'ascensore spaziale utilizza un cavo molto più corto di quello che proponi, le tensioni saranno inferiori e le richieste su di esso saranno inferiori. Tuttavia, è ancora vicino al limite teorico sulla resistenza dei materiali sostenuta dai legami chimici. La mia comprensione è che un cavo con la resistenza alla trazione di un nanotubo di carbonio perfetto funzionerebbe, ma le resistenze alla trazione misurate su scale molecolari generalmente non si adattano a oggetti più grandi. Quindi non penso che ci sia un materiale abbastanza forte per far funzionare la proposta di Cable to the Moon. Una risposta migliore potrebbe effettivamente confrontare la forza necessaria con la forza del legame chimico più forte possibile, ma il mio punto è che ci sono limiti fisici alla resistenza materiale. Ad un certo punto, creare un materiale che forte non è più realistico che creare un wormhole tra la terra e la luna,e penso che questa proposta sia vicina a quel livello.
C'è un'idea sbagliata qui:
[...] l'idea dell'ascensore spaziale affronta la sfida che, fino all'altezza dell'orbita geostazionaria, l'intera struttura deve essere supportata dal basso [...]
Questo è sbagliato. Non si può semplicemente supportare qualsiasi cosa fino all'orbita geostazionaria, è troppo lontana. La roccia sul fondo di una tale struttura si comporterebbe più come un liquido, facendo collassare l'intera torre su se stessa. Invece, gli ascensori spaziali sono sospesi a un contrappeso, il loro carico è interamente a trazione, proprio come la catena della benna .
Ovviamente si può usare la luna come contrappeso. E sì, la parte della catena del secchio tra il punto L1 del sistema terra-luna e la luna agirebbe effettivamente anche come contrappeso parziale per la parte tra la terra e L1. E sì, il potenziale gravitazionale inferiore del punto L1 rispetto ad altri punti alla stessa distanza dalla terra renderebbe le cose un po 'più facili rispetto a se si posizionasse la catena del secchio sul lato opposto della luna.
Tuttavia, il problema chiave con questo concetto è che la catena della benna sarebbe circa dieci volte più lunga di un ascensore spaziale. La luna è davvero lontana. Se non lo fosse, le orbite geosincrone non sarebbero stabili. L'orbita geosincrona è così lontana sotto l'orbita della luna che il rimorchiatore della sua enorme massa non disturba molto le orbite del nostro satellite di comunicazione. E la distanza dal punto L1 Terra-Luna è molto più lunga dell'altezza geosincrona . In quanto tale, la catena della benna sarebbe molto più difficile da costruire e dovrebbe sopportare sollecitazioni di trazione molto più elevate rispetto a un ascensore spaziale .
La causa di questa discrepanza tra le lunghezze dell'ascensore e della catena della benna è che la Terra gira molto più velocemente di quanto la luna orbita attorno alla terra. La Terra impiega circa 24 ore per una rotazione, la luna impiega circa 26 giorni per un'orbita. Questa rotazione più veloce del materiale sincrono terrestre significa che la forza centrifuga è uguale all'accelerazione della gravità molto prima. E questo consente ascensori spaziali lunghi meno di 40.000 km (assumendo un serio contrappeso).
Tutto questo prima ancora di considerare i problemi dell'estremità della catena della benna in movimento rispetto alla superficie terrestre. Sia in altezza (eccentricità dell'orbita lunare) che in movimento orizzontale (circa 1667 km / h).
Detto questo, l'idea di utilizzare un anello di "filo" mobile invece di un filo strutturale immobile è una buona idea. Consentirebbe di posizionare i macchinari di sollevamento pesanti a un'estremità, senza la necessità di una fonte di alimentazione seria nelle cabine dell'ascensore. Separerebbe anche le cabine discendenti dalle cabine ascendenti a causa della forza di Coriolis che agisce in direzioni opposte sulle due metà del circuito.