Орбитальная бандалора

[robert_ibatullin]

Ночью, когда не спалось, изобрёл новый способ запуска спутника без ракеты. По принципу игрушки йо-йо (мне больше нравится её старое европейское название - бандалора). Висит на орбите катушка с намотанным на неё тросом. Отматываем часть троса вниз, к Земле. На трос начинает действовать приливная сила, тянет его вниз с ускорением, трос разматывается и раскручивает катушку. Когда трос полностью разворачивается, нижний конец касается Земли, и к нему прицепляют полезный груз. Катушка, продолжая вращаться по инерции, наматывает на себя трос и тянет груз вверх. При этом она совершает работу против приливной силы, и её вращение замедляется. Дотянув груз до своей орбиты, катушка останавливается. Груз отцепляется от троса и становится спутником Земли.

Орбитальная бандалора - ближайший родственник орбитального лифта и ротоватора, но обладает рядом преимуществ. По сравнению с лифтом, она гораздо легче. Совершенно необязательно вешать катушку на геостационаре, сойдёт и низкая орбита, а значит, трос может иметь реалистичную длину в 300-600 км, а не 36000 км. Можно сделать его из существующих материалов, таких как арамидное волокно. По сравнению с гигантской пращой ротоватора, бандалора компактнее и, вероятно, более управляема. Ключевой недостаток - огромная перегрузка в момент, когда катушка начинает тянуть трос вверх. Необходимы специальные приспособления, чтобы притормозить падение троса вблизи Земли; кроме того, катушку нужно сделать как можно более лёгкой и очень большого диаметра.

Запатентовать это, что ли? А то ведь фантастика фантастикой, но можно и пролететь, как Артур Кларк с геостационарными спутниками. Хотя наверняка уже всё было в "Технике - молодёжи" или "Юном технике" золотого века, чего там только не было....

Comments

[alek-juzhnyj.livejournal.com]

А проблему наличия орбитальной скорости (в отличии от лифта) вы учитываете?
ИМХО - лучше всего - разгон буксировкой примерно вдоль орбиты. Нет нагрузки на трос (либо сильно уменьшена) от гравитации.

[fortunatus.livejournal.com]

Да, конечно. В момент смены направления конец троса описывает полуокружность, и в самой нижней точке имеет горизонтальную скорость, которую можно сделать равной скорости вращения земной поверхности.

[alex-mashin.livejournal.com]

Это что за приливные силы, которые потянут конец каната вниз? Земля не чёрная дыра, они будут ничтожны. Сомневаюсь. Да и трос будет разматываться не только вниз, но и назад.

[fortunatus.livejournal.com]

Не ничтожны. Посчитал в грубом приближении (сведя массу троса к материальной точке на его конце), получилось, что спуск с 500-километровой орбиты происходит примерно за полчаса. Но перегрузки в момент смены направления чудовищны, в этом вся проблема.

[alex-mashin.livejournal.com]

И насколько надо сначала вытравить трос, чтобы его потянуло вниз?

[fortunatus.livejournal.com]

Время падения пропорционально ln (L/L1), где L - полная длина троса, L1 - длина изначально свисающей части. В принципе нескольких километров достаточно.

[katterfeld.livejournal.com]

А вес троса посчитали?

[fortunatus.livejournal.com]

Конечно, ведь за его счет машина и работает.

[katterfeld.livejournal.com]

Я про то, что он оборвется под собственным весом.

[fortunatus.livejournal.com]

Из существующих полимеров можно сделать трос длиной до 500 км, выдерживающий собственный вес.

[dorei-gari.livejournal.com]

Сколько крюк находится внизу? И как на трос воздействует боковой ветер?

[fortunatus.livejournal.com]

1) это можно регулировать, 2) сносит, но очень незначительно по сравнению с лобовым ветром.

Относительно атмосферы скорость троса будет

[gans2.livejournal.com]

равна орбитальной скорости на высоте спуска. Где-то начиная с 40 км высоты температура троса превысит 3000 Кельвин. А скоростной напор сдернет конструкцию с орбиты. Что раньше сработает?
Скорость геостационарного лифта относительно атмосферы в точке крепления в точности равна скорости её (атмосферы) обращения вместе с поверхностью Земли на экваторе. В этом его преимущество. Крутилась бы земля быстрее раз в 100 - не надо было мечтать об углетрубках

Re: Относительно атмосферы скорость троса будет

[fortunatus.livejournal.com]

"Относительно атмосферы скорость троса будет равна орбитальной скорости на высоте спуска."

Нет.
Пусть трос входит в атмосферу с вертикальной скоростью V. Когда катушка дёрнет его наверх, он получит такую же скорость, направленную вверх. В промежутке он опишет полукруг, и в нижней точке будет иметь горизонтальную скорость, равную тоже V. Но это относительно катушки. Относительно Земли его скорость будет V1 = орбитальная скорость катушки - скорость вращения Земли - V (при условии, что трос раскручивается против вращения Земли). Поскольку величину V можно регулировать, то и V1 можно свести к минимуму.

"Где-то начиная с 40 км высоты температура троса превысит 3000 Кельвин. А скоростной напор сдернет конструкцию с орбиты."

Да, опускать трос до самой земли, конечно, нельзя. Опустим его до 80-100 км, и там можно будет подхватить суборбитальный самолёт типа Space Ship Two.

Самая серьёзная проблема - перегрузка в момент смены направления (100 - 300 g по моему грубому подсчёту). Видимо, её можно устранить, если приделать к катушке электрогенератор, который при спуске будет работать как динамо и тормозить трос, а при подъёме - как мотор, возвращая отобранную кинетическую энергию. Для компенсации потерь энергии нужно будет подзаряжать его от солнечной батареи.

Re: Относительно атмосферы скорость троса будет

[gans2.livejournal.com]

ненене,
рано V

>Пусть трос входит в атмосферу с вертикальной скоростью

Vy-горизонтальную составляющую кто считать будет?
Vx-нас пока не интересует.
На высоте 100 км скорость троса будет Меньше орбитальной на этой высоте. Он будет отставать от катушки по орбите. Именно так проводили спуск капсулы с Фотона в этом году - просто тормозили спускаемую капсулу, привязанную тросом к спутнику, спутником же, используя его потенциальную энергию, без двигателя.
Относительно поверхности Земли Vy будет равна скорости спутника (если пренебречь треним атмосферы)
На высоте 100 км трос будет лететь медленнее орбитальной скорости на этой высоте (разница между орбитальными скоростями на 600 км и на 100 км невелика, но она есть, и эта разница тащит трос вниз - он же не может на этой высоте удержатся - скорость ниже орбитальной)
А Vy суборбитала, относительно Земли в точке встречи с тросом равна скорости вращения Земли.
Я могу представить не трос(тросу Вы не сможете придать произвольную скорость просто раскручивая катушку - быстере , чем его натягивает сила тяжести без двигателя на конце не получится), а стержень.
Такой способ описан в романе "Обреченная" Макдевитта
http://89.248.165.5/b/104800

Но торможение стержня от орбитальной до практически нулевой скорости обесценивают энерговыигрыш зацепа груза. Энергию все равно придется затраратить ту же самую, что и при выводе этого груза на орбиту + потери на стержень.

Можно представить себе стержень длиной 1000 километров, вращающийся в плоскости орбиты вокруг оси на высоте 600 км с такой скорость, что периодически его концы с "корзинами" оказываются на высоте 100 км с относительной скоростью равной скорости вразения Земли. Никааого рывка в момент подцепа не наблюдается, будет мгновение, когда корзина будет покоится относительно Земли. Только груз изменит развесовку, сместит центр тяжести стержня и изменит орбиту "оси".
Динамику этого чуда враждебной техники представляю считать Вам. Только у лифта конец на Земле и этим он кроет Ваш прожект , как бык овцу. Хотя он и технофэнтези.

Re: Относительно атмосферы скорость троса будет

[fortunatus.livejournal.com]

Стержень не годится - слишком опасен в случае падения. Канаты сгорят в атмосфере, а он долетит до земли.

Первую часть вашего коммента обдумаю утром, сейчас голова не варит.

[alex-kraine.livejournal.com]

Роберт, это интересно. Насчет патента - Вам виднее, ибо сколько нужно с траниц математического и экономико-финансового обоснования, я не знаю.
Идея же достаточно оригинальна.
Но если катушка не на геостационаре, как поймать конец троса, который у поверхности в момент касания будет развивать охренезную боковую скорость?

[fortunatus.livejournal.com]

Скорость можно уменьшить, а может, даже сравнять со скоростью земной поверхности (см. мой предыдущий коммент - http://fortunatus.livejournal.com/122783.html?thread=768927#t768927). Как поймать конец троса, не знаю. С помощью достаточно большой петли и крюка?

[volodymir-k.livejournal.com]

Нифига не оригинальная. Была такая серия научно-популярных книг, вроде бы "Очевидное-невероятное" (да, как телепередача). Там было написано, и был проведён расчёт по прочности троса. Получается, что надо сначала вывести на орбиту тысячи тонн прочнейшей стали/титана или стекловолокна (кевлар?). Потому что даже простое железо, даже 1 см толщиной, под собственным весом порвётся.

[sanches.livejournal.com]

Эта штука не будет работать.

[fregimus.livejournal.com]

А почему катушка должна быть легкая? Чем катушка тяжелее (вернее, чем больше ее момент инерции), тем медленнее будет трос спускаться/подниматься, и тем меньше будет ускорение при реверсе. Кроме того, размотавшийся тяжелый трос скорее захватит с собой легкую катушку… :-)

Вот два возражения против легкой (и за инертную) катушку. А какие были бы аргументы за легкую — я что-то не соображу.

[fortunatus.livejournal.com]

У меня (при грубом подсчёте) получилось, что для уменьшения перегрузки надо момент инерции катушки действительно увеличить, а её же массу - уменьшить. Чтобы как можно больше был её радиус, которому обратно пропорционально ЦС ускорение.

[fregimus.livejournal.com]

А здесь не проявилась та самая тенденция модели приводить к неожиданным последствиям — вроде как самая экономичная диета это 16 литров уксуса в день? :-) Если масса катушки действительно стремится к нулю, то ускорение в момент реверса тоже стремится к нулю. И, кажется, я понимаю почему: конец троса (с приделанной к нему невесомой катушкой) рюхнется на землю вслед за остальным тросом… Даже не в пределе — кажется, что катушка будет снижать орбиту, когда произойдет реверс. Чем легче катушка, тем меньше будет ускорение при реверсе (потому что остальная его часть — ускорение катушки по направлению к Земле). Я тут ошибаюсь где-то?

[fortunatus.livejournal.com]

Масса не может стремиться к нулю при фиксированном моменте инерции, это означало бы стремление радиуса к бесконечности. Правильно будет сказать так: если у двух катушек одинаковый момент инерции, то меньшую перегрузку будет давать та, у которой радиус больше, а следовательно, масса меньше.
Катушка, конечно, будет снижать орбиту хотя бы за счёт потерь энергии. Кроме того, устройство непрактично ещё и потому, что трос в момент реверса будет хаотически плясать - именно тогда, когда к нему нужно цеплять груз.

[daddym.livejournal.com]

Такие лифты есть - по крайней мере прототипы. Разумеется не орбитальные, а для пожарников, спасателей итп.
Никаких проблем с перегрузками - просто используем ленту а не трос. Соответственно в конце траектории лента у крепления к тонкой оси, плечо минимальное и высокие обороты катушки не производят слишком резкого рывка.
Скорее проблема в том что катушка в конце всю энергию хранит в виде энергии вращения. Так что порвет ее центробежными силами а то и намотанный трос разорвет.