ห่วงถังระหว่างโลกและดวงจันทร์?

Jan 02 2021

ได้โปรดอย่ากัดหัวฉัน ถ้าเรื่องนี้โง่มากจนสมควรโดนตัดพ้อฉันยินดีที่จะลบคำถามนี้ออกไป ฉันต้องการทราบเป็นหลักว่ามีใครแนะนำสิ่งนี้หรือไม่ (ฉันค้นหา)

สมมติว่าคุณมีเชือกเส้นยาว ... ฉันหมายถึงยาวมากจริงๆแล้ว 500,000 ไมล์และคุณทำให้มันเป็นห่วงและคุณแนบถังเป็นระยะ ๆ ตามความยาวของมัน

จากนั้นคุณจะมีแกนหมุนคงที่สองอันหนึ่งอันบนโลกและอีกอันบนดวงจันทร์และคุณเริ่มดึงสตริง: หากคุณต้องการรับสิ่งของ (คนเครื่องจักรสินค้า ฯลฯ ) ลงมาจากดวงจันทร์พร้อมกันโดยมีของขึ้น จากโลกคุณจะไม่สร้างสมดุลให้กับผลกระทบของหลุมแรงโน้มถ่วง (ทั้งของโลกและของดวงจันทร์) หรือไม่?

ฉันรู้สึกมั่นใจว่าจะมีใครบางคนชี้ให้เห็นถึงสายพันธุ์ที่ค่อนข้างใหญ่ซึ่งจะได้รับตลอดความยาวของ "สตริง" ชิ้นนี้เมื่อเกิดการดึง * โดยปกติฉันแนะนำว่าแทนที่จะใช้สตริงควรทำจากเทคโนโลยีศตวรรษที่ 22 ที่เหมาะสม: อาจจะเป็นเรื่องน่าอัศจรรย์เช่นกันวัสดุที่เป็นส่วนประกอบจะต้องใช้พลังงานไม่ทางใดก็ทางหนึ่ง (น่าจะใช้แผงโซลาร์เซลล์) เพื่อให้ทำงานได้

เมื่อเทียบกับไอเดียลิฟต์อวกาศโอเคมันนานกว่าหน่อย แต่แนวคิดเกี่ยวกับลิฟต์อวกาศเผชิญกับความท้าทายที่ว่าโครงสร้างทั้งหมดจะต้องได้รับการสนับสนุนจากด้านล่างในด้านล่างสุดของแรงโน้มถ่วงของโลก ข้อกำหนดทางวิศวกรรมของวัสดุของสายอักขระนี้จะมีความท้าทายในลักษณะที่แตกต่างออกไป

หมายเหตุฉันทราบดีว่าในทางปฏิบัติจริงแล้วจรวดเป็นทางออกที่ค่อนข้างถูกและน่ายินดีสำหรับการดึงสิ่งของออกจากหรือเข้าสู่แรงโน้มถ่วงของโลกโดยเฉพาะอย่างยิ่งถ้าคุณสามารถทำให้มันกลับมาใช้งานได้ พูดคุยเกี่ยวกับการสร้างลิฟต์อวกาศปืนอวกาศหรือ "สายรัดวงโคจร" ฯลฯ ยังคงดำเนินต่อไป

แก้ไข

ความคิดเห็นของ Jcaron เกี่ยวกับดวงจันทร์ที่ไม่ได้เป็น geostationary ทำให้ฉันคิดว่า: แน่นอนว่าส่วนใหญ่เป็นการหมุนของโลกซึ่งเป็นปัญหาที่นี่แทนที่จะเป็นวงโคจรของดวงจันทร์ สิ่งนี้ยังบ่งชี้ว่าไม่เหมือนกับลิฟต์อวกาศคุณไม่ต้องการมีแพลตฟอร์มโยงการเดินเรือของคุณที่ใดก็ได้ใกล้เส้นศูนย์สูตร แต่คุณต้องการให้มันใกล้เคียงกับเสาใดเสาหนึ่งมากที่สุด: ความรู้เกี่ยวกับตรีโกณมิติที่เกี่ยวข้องของฉันยังขาดอยู่เล็กน้อย: ความเป็นไปได้จะขึ้นอยู่กับปัจจัยต่างๆเช่นการเอียงของโลกความจริงของวงโคจรของดวงจันทร์น่าเสียดายที่ เอียง 5 องศาเมื่อเทียบกับสุริยุปราคาของโลก (ไม่ใช่เส้นศูนย์สูตร) ​​ระนาบเป็นต้นเนื่องจากการเอียงอยู่ในตำแหน่งที่ "ผิด" โดยสิ้นเชิงเมื่อเทียบกับตำแหน่งของดวงจันทร์เดือนละครั้งฉันค่อนข้างสงสัยว่าคุณจะวางแท่นที่อยู่นิ่งได้จริงหรือที่ขั้วโลกเหนือหรือใต้

แต่แพลตฟอร์มนี้อาจต้องเดินทางด้วยความเร็วคงที่หลายร้อยกม. ต่อชั่วโมงตามเส้นละติจูดใกล้กับแอนตาร์กติกเซอร์เคิลซึ่งมีพื้นที่น้อยกว่าอาร์ติคเซอร์เคิลโดยทำหนึ่งวงจรต่อ 24 ชั่วโมง (ในทางเทคนิค ท้าทาย 16,000 กม. = 670 กม. / ชม.!) แม้ว่าที่นั่นจะมีที่ดินเพียงเล็กน้อย แต่ก็มีธุรกิจน้ำแข็งที่น่ารำคาญ น้ำแข็งเยอะ. ซึ่งอาจจะหายไปในอนาคตอันใกล้นี้แน่นอน

ความเป็นไปได้อีกประการหนึ่งคือการวางสายโยงโลกของคุณไว้ที่ขั้วโลกใต้ทำให้มันอยู่นิ่ง แต่ตัดการเชื่อมต่อออกไปประมาณครึ่งวันในเดือนนั้น ๆ เมื่อเส้นแบ่งระหว่างจุดโยงโลกกับดวงจันทร์เคลื่อนผ่านมวลของโลก .. แต่ ... ที่จุดในเดือนที่เหนือขั้วโลกจะต้องสามารถทำงานได้ ... ดังนั้นใช่คุณมีสองขั้วจุดโยงนิ่งและคุณสลับปลายโลกของวงระหว่างพวกเขาทุกสองสัปดาห์ที่ผ่านมา - แก้ไขปัญหา !

โชคดีที่มนุษย์ชอบความท้าทายมาโดยตลอด

แก้ไข 2

ฉันได้คิดถึงเรื่องนี้แล้วตั้งแต่ที่ฉันโพสต์สิ่งนี้ สิ่งสำคัญอย่างยิ่งที่ต้องจำไว้คือการเชื่อมโยงแต่ละรายการต้อง "ฉลาด" ตามสมมติฐานแรกแต่ละลิงค์อาจมีความยาว 10 ม. (ต้องใช้ประมาณ 80 ล้านอัน) และลูปจะวนด้วยความเร็ว 100 ม. / วินาที จากการคำนวณของฉันหมายความว่าจะใช้เวลาประมาณ 45 วันในการขนส่งบางสิ่งไปหรือกลับจากดวงจันทร์ "ประตูหมุน" ที่จุดโยงแต่ละจุดอาจมีเส้นผ่านศูนย์กลาง 1 กม. หรือมากกว่านั้น

แต่ละลิงค์ประกอบด้วยสองสิ่งที่สำคัญ: แผงเซลล์แสงอาทิตย์ซึ่งใช้เฉพาะนอกชั้นบรรยากาศของโลกและชุดเกียร์ เฟืองขับเคลื่อนโดยอาร์เรย์ เฟืองมีสองฟังก์ชั่นโดยที่ช่องว่างนี้ไม่สามารถทำงานได้

ประการแรกเกียร์มีหน้าที่ในการขับเคลื่อนลูป: ตลอดความยาวของลูปในอวกาศเกลียว "ขึ้น" จะถูขึ้นกับเกลียว "ลง" และดังนั้นเกียร์จึงมีหน้าที่ในการขับเคลื่อนวงด้วยกลไก ในเรื่องนี้อาจคุ้มค่าที่จะสงสัยว่ากองกำลังใดสมคบกันที่จะทำให้ลูปช้าลงเมื่อเกิดการเคลื่อนไหว แรงเสียดทานระหว่างลิงค์? ฉันคิดว่าปริมาณพลังงานที่ต้องการจะค่อนข้างน้อยในความเป็นจริงเมื่อเทียบกับพลังงานแสงอาทิตย์ที่มีศักยภาพที่จับได้ตามลิงค์ 2 x เกือบ 400,000 กม.

ประการที่สองและที่ขัดแย้งกันมากขึ้นเกียร์จะทำหน้าที่ต่อต้านแรงโน้มถ่วงของโลกที่อยู่ใกล้โลก ที่ขั้วโลกใต้ / เหนือซึ่งเรามีจุดโยงโลกของเราวงกำลังทอดยาวออกไปทางขอบฟ้าในแนวนอน สิ่งนี้ถูกกำหนดโดยธรรมชาติของวงโคจรของดวงจันทร์และแกนของโลกที่สัมพันธ์กับมันและไม่มีการโคจรรอบดวงจันทร์ แตกต่างจากลิฟต์อวกาศเราไม่ได้ใช้ประโยชน์จากแรงเหวี่ยง แต่อย่างใด คำถามที่ถูกต้องคือ: "ทำไมห่วงไม่ล้มลง?"

คำตอบไม่ใช่สิ่งที่เกี่ยวข้องกับความตึงเครียด (ความตึงเครียดแบบไดนามิกที่ไม่เปลี่ยนแปลงอาจมีอยู่ระหว่างการเชื่อมโยงที่อยู่ติดกัน แต่ไม่มีอะไรเพียงพอที่จะดึงโซ่ "ตึง" ได้: การเคลื่อนที่ของโซ่จะเป็นผลมาจากเกียร์ที่ขับเคลื่อน แต่เหนือโมเมนตัมทั้งหมด ) แต่แทนที่วงจะใช้พลังงานไฟฟ้าจำนวนมหาศาลที่สร้างขึ้นอย่างต่อเนื่องโดยแผงเซลล์แสงอาทิตย์ตามความยาวของมันเพื่อใช้ "แรงโค้ง" แบบไดนามิกเพื่อ "เส้นโค้ง" วงที่อยู่ห่างจากโลก ณ จุดที่ยากลำบากที่สุดของความโน้มถ่วง ห่วงคือจุดโยงโลก ซึ่งหมายความว่าในขณะที่มันมุ่งหน้าสู่หรือออกจากโลกโดยใกล้โลกที่ความเร็ว 100 เมตร / วินาทีแต่ละลิงก์จะใช้แรงที่ไม่สำคัญกับลิงก์ที่อยู่ติดกันโดยใช้การเข้าเกียร์เพื่อต่อต้านและทำให้ผลกระทบของโลกเป็นกลาง แรงโน้มถ่วง.

ที่จุดโยงของดวงจันทร์ไม่มีปัญหาประเภทนี้ประการแรกเนื่องจากการยึดของห่วงกับจุดโยงของดวงจันทร์เป็นแนวตั้ง แต่ยังเป็นเพราะแรงโน้มถ่วงต่ำกว่ามาก

เนื่องจากแผงเซลล์แสงอาทิตย์ไม่ได้ติดตั้งในชั้นบรรยากาศของโลกคุณจึงต้องได้รับพลังงานที่ถ่ายโอนจากลิงก์ที่อยู่ในอวกาศ

นอกเหนือจากค่าใช้จ่ายแล้วการคัดค้านที่ใหญ่ที่สุดสำหรับแนวคิดนี้อาจเป็นเรื่องเกี่ยวกับสุนทรียศาสตร์: เราต้องการมองขึ้นไปบนท้องฟ้ายามค่ำคืนและเห็นห่วงโซ่ที่ไม่น่าดูที่ทอดยาวระหว่างโลกและดวงจันทร์หรือไม่


* บางทีคุณอาจพบว่าดวงจันทร์กำลังถูกดึงออกจากวงโคจรเนื่องจากสายพันธุ์ที่เกี่ยวข้อง แต่คุณสามารถ "แก้ไข" สิ่งนี้ได้เสมอโดยการยิงขับดันที่ประจำการบนดวงจันทร์ (มนุษยชาติอาจต้องการทำสิ่งนี้ต่อไปในอนาคตเช่นเดียวกับดวงจันทร์ กำลังดึงออกไปจากโลกแน่นอน)

คำตอบ

3 GremlinWranger Jan 03 2021 at 06:18

นอกเหนือจากคำตอบของ Mark Foskey ที่เกี่ยวข้องกับความแข็งแกร่งที่ไม่น่าเชื่อที่จำเป็นสำหรับสิ่งนี้แล้วยังมีภาวะแทรกซ้อนอื่น ๆ อีกมากมาย

ลิฟต์อวกาศแบบดั้งเดิมวางอยู่ในวงโคจรวงกลมดวงจันทร์ไม่ได้อยู่ในวงโคจรวงกลมดังนั้นระบบจะต้องเปลี่ยนความยาว 42800 กม. สองครั้งในแต่ละเดือนซึ่งออกมามากกว่า 100 กม. ไม่ใช่สิ่งที่คุณทำด้วยเครื่องกว้านแบบกลไกหรือสิ่งที่คล้ายกัน

ปัญหาที่เกี่ยวข้องคือเส้นทางที่ลากผ่านพื้นผิวโลกไม่ได้อยู่ในแนวเส้นศูนย์สูตรดังนั้นในแต่ละวันจุดสิ้นสุดของโครงสร้างจะเดินทางเส้นรอบวงโลกทุกวันสูงกว่า 1,000 กม. / ชม. นอกจากนี้ยังหมายความว่าโครงสร้างจะมีแรงลากจำนวนมากที่จะต้องเอาชนะในการดำเนินการในแต่ละวันโดยสันนิษฐานว่าอาจเกิดจากแรงผลักของจรวดหรือเสี่ยงต่อการหลุดวงโคจรของโครงสร้างทั้งหมด

การพยายามแก้ปัญหาโดยการเชื่อมต่อกับเสาจะเปลี่ยนโครงสร้างจากการโยงแนวตั้งให้กลายเป็นสิ่งที่คล้ายกับสะพานที่ยื่นออกไปด้านข้างซึ่งเกี่ยวข้องกับรากฐานหรือความสมดุลบางอย่าง โปรดทราบด้วยว่าทั้งทิศเหนือ (น้ำแข็งในทะเลเหนือมหาสมุทร) หรือขั้วโลกใต้ (น้ำแข็งที่เคลื่อนตัวหนา Km) เป็นสถานที่ที่ดีสำหรับโครงสร้างขนาดใหญ่ในภูเขาเทียมบางรูปแบบ

นอกเหนือจากความจำเป็นในการหลบสิ่งกีดขวางที่ปลายโลกแล้วส่วน LEO และ GEO ของโครงสร้างจะกวาดวงโคจรทั้งหมดและต้องการความคล่องตัวอย่างใดอย่างหนึ่งเพื่อหลีกเลี่ยงเศษซากหรือมีเกราะที่มีความลึกมาก

โปรดทราบว่าโหมดความล้มเหลวสำหรับการชนเศษซากหรือความล้มเหลวของเสถียรภาพในระบบนี้จะเป็นการห่อวัสดุที่แข็งแรงอย่างไร้เหตุผลรอบโลก (อาจหลายครั้ง) กระทบพื้นด้วยความเร็วหรือสูงกว่าวงโคจร

ปลายดวงจันทร์ยังไม่หยุดนิ่งซึ่งกระตุ้นให้เกิดการเคลื่อนไหวหรือป้องกันไม่ให้ปลายนั้นได้รับการสนับสนุนทางโครงสร้าง

จุดกึ่งกลางที่แท้จริงของโครงสร้างนี้ยังไม่เสถียรด้วยผลกระทบจากน้ำขึ้นน้ำลงจากดวงอาทิตย์และรูปแบบการกระจายตัวของมวลในโลกและดวงจันทร์มีแนวโน้มที่จะตั้งค่าการเคลื่อนที่ของคลื่นตามความยาวซึ่งอาจต้องใช้แรงผลักเพื่อทำให้ชื้น

การเคลื่อนที่ของมวลตามแนวยาวก็จะเป็นปัญหาเช่นกันเนื่องจากนี่เป็นโครงสร้างที่แขวนลอยไม่ใช่หอคอยดังนั้นหากมวลถูกยกขึ้นจากโลกไปยังดวงจันทร์มวลที่คล้ายกันจะต้องตกลงมาหรือโครงสร้างทั้งหมดจะเปลี่ยนไปในทิศทางของโลกและต้องการ แรงผลักดันบางอย่างเพื่อชดเชย

2 MarkFoskey Jan 03 2021 at 02:00

ลองพิจารณาแนวคิดลิฟต์อวกาศเพื่อเปรียบเทียบ มันจะขยายจากพื้นผิวโลกไปยังจุดที่ผ่านวงโคจร geostationary และถ่วงน้ำหนักในลักษณะที่วงโคจร geostationary เป็นจุดศูนย์กลางของมวล นี่เป็นแนวคิดที่คล้ายกับความคิดของคุณ ตัวอย่างเช่นควรจะได้รับประโยชน์จากการโหลดจากมากไปหาน้อยเพื่อให้สมดุลของโหลดจากน้อยไปมาก

เนื่องจากลิฟต์อวกาศใช้สายเคเบิลที่สั้นกว่าที่คุณเสนอมากความตึงเครียดจะลดลงและความต้องการก็จะน้อยลง อย่างไรก็ตามมันยังอยู่ใกล้ขีด จำกัด ทางทฤษฎีเกี่ยวกับความแข็งแรงของวัสดุที่ได้รับจากพันธะเคมี ความเข้าใจของฉันคือสายเคเบิลที่มีความต้านทานแรงดึงของท่อนาโนคาร์บอนที่สมบูรณ์แบบจะใช้งานได้ แต่ความต้านทานแรงดึงที่วัดได้จากเครื่องชั่งโมเลกุลโดยทั่วไปจะไม่ปรับขนาดให้เท่ากับวัตถุที่มีขนาดใหญ่กว่า ดังนั้นฉันไม่คิดว่าจะมีวัสดุที่แข็งแรงพอที่จะทำให้ข้อเสนอเคเบิลทู - เดอะมูนทำงานได้ คำตอบที่ดีกว่านั้นจะเปรียบเทียบความแข็งแรงที่จำเป็นกับความแข็งแรงของพันธะเคมีที่แข็งแกร่งที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้ แต่ประเด็นของฉันคือมีข้อ จำกัด ทางกายภาพเกี่ยวกับความแข็งแรงของวัสดุ ในบางประเด็นการสร้างวัสดุที่แข็งแรงนั้นไม่สมจริงไปกว่าการสร้างรูหนอนระหว่างโลกและดวงจันทร์และฉันคิดว่าข้อเสนอนี้ใกล้เคียงกับระดับนั้นแล้ว

2 cmaster-reinstatemonica Jan 03 2021 at 07:56

มีความเข้าใจผิดที่นี่:

[... ] แนวคิดเรื่องลิฟต์อวกาศเผชิญกับความท้าทายที่ว่าถึงความสูงของวงโคจร geostationary โครงสร้างทั้งหมดจะต้องได้รับการสนับสนุนจากด้านล่าง [... ]

นี่เป็นสิ่งที่ไม่ถูกต้อง เราไม่สามารถรองรับอะไรได้เลยถึงวงโคจร geostationary มันไกลเกินไป หินที่อยู่ด้านล่างของโครงสร้างดังกล่าวจะมีพฤติกรรมเหมือนของเหลวมากขึ้นทำให้หอคอยทั้งหมดพังลงมาเอง แต่ลิฟต์อวกาศจะถูกระงับจากการถ่วงน้ำหนักของพวกเขาเป็นทั้งแรงดึงเช่นเดียวกับห่วงโซ่ถัง

แน่นอนเราสามารถใช้ดวงจันทร์เป็นตัวถ่วงได้ และใช่ส่วนของโซ่ถังระหว่างจุด L1 ของระบบโลก - ดวงจันทร์และดวงจันทร์ก็จะทำหน้าที่เป็นน้ำหนักตัวนับบางส่วนสำหรับส่วนที่อยู่ระหว่างโลกและ L1 และใช่แล้วความโน้มถ่วงที่ต่ำกว่าของจุด L1 เมื่อเทียบกับจุดอื่น ๆ ที่ระยะห่างเท่ากันจากโลกจะทำให้สิ่งต่างๆง่ายกว่าการวางโซ่ถังไว้ที่ด้านตรงข้ามของดวงจันทร์

อย่างไรก็ตามปัญหาสำคัญของแนวคิดนี้คือโซ่ถังจะยาวเท่ากับลิฟต์อวกาศประมาณสิบเท่า ดวงจันทร์อยู่ไกลสุดจริงๆ ถ้าไม่ใช่วงโคจรแบบ geosynchronous ก็จะไม่คงที่ วงโคจร Geosynchronous อยู่ต่ำกว่าวงโคจรของดวงจันทร์มากจนการดึงมวลมหาศาลของมันไม่รบกวนวงโคจรของดาวเทียมสื่อสารของเรามากนัก และระยะทางไปยังจุด L1 ของโลก - ดวงจันทร์นั้นยาวกว่าความสูงแบบจีโอซิงโครนัสมาก เช่นห่วงโซ่ถังจะยากมากที่จะสร้างและมันจะต้องทนความเครียดแรงดึงสูงกว่าลิฟต์อวกาศ

สาเหตุของความคลาดเคลื่อนระหว่างความยาวของลิฟท์และโซ่ถังคือการที่โลกหมุนเร็วกว่าดวงจันทร์โคจรรอบโลกมาก ใช้เวลาโลกประมาณ 24 ชั่วโมงสำหรับการหมุนหนึ่งครั้งดวงจันทร์ใช้เวลาประมาณ 26 วันในการโคจร การหมุนของสิ่งที่ซิงโครนัสของโลกเร็วขึ้นนี้หมายความว่าแรงเหวี่ยงเท่ากับการเร่งความเร็วด้วยแรงโน้มถ่วงเร็วกว่ามาก และสิ่งนี้ช่วยให้ลิฟต์อวกาศมีความยาวน้อยกว่า 40,000 กม. (สมมติว่ามีน้ำหนักตัวนับที่ร้ายแรง)


ทั้งหมดนี้ก่อนที่จะพิจารณาถึงปัญหาของการสิ้นสุดของโซ่ถังที่เคลื่อนที่เมื่อเทียบกับพื้นผิวโลก ทั้งในความสูง (ความผิดปกติของวงโคจรของดวงจันทร์) และการเคลื่อนที่ในแนวนอน (ประมาณ 1667 กม. / ชม.)


กล่าวได้ว่าแนวคิดในการใช้ "ลวด" แบบวนซ้ำแทนที่จะเป็นลวดโครงสร้างที่ไม่ต้องเคลื่อนย้ายนั้นเป็นวิธีที่ดี มันจะช่วยให้เครื่องจักรสำหรับยกของหนักตั้งอยู่ที่ปลายด้านหนึ่งโดยไม่จำเป็นต้องใช้แหล่งพลังงานที่ร้ายแรงในห้องโดยสารของลิฟต์ นอกจากนี้ยังจะแยกห้องโดยสารที่ลดหลั่นลงมาจากห้องโดยสารที่ขึ้นลงเนื่องจากแรง Coriolis กระทำในทิศทางตรงกันข้ามกับสองซีกของวง