Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Эта статья про искусственный объект, охватывающий всю планету. Для колец, встречающихся в природе, см. Систему колец . Для колец из искусственных спутников см. Орбита .
Орбитальное кольцо с фиксированными тросами, свисающими с земли. Станции создают подъемную силу, сгибая кольцевой кабель вниз, когда он проходит через них.

Орбитальное кольцо представляет собой концепцию искусственного кольца , расположенное вокруг тела и множества вращающегося с такой скоростью , что в кажущейся центробежной силе достаточно велико , чтобы противодействовать силу тяжести . Для Земли требуемая скорость составляет порядка 10 км / сек по сравнению с типичной скоростью на низкой околоземной орбите 8 км / сек. Конструкция предназначена для использования в качестве космической станции или планетарного летательного аппарата для высокоскоростной транспортировки или запуска в космос .

Поскольку кабель вращается со скоростью, превышающей орбитальную скорость, существует чистая внешняя сила, которой противодействует внутреннее натяжение внутри кабеля. Это препятствует любой попытке согнуть его и позволяет нести грузы. В типичных концепциях моторизованная платформа размещается на тросе, идущем в противоположном направлении со скоростью, которая заставляет ее казаться неподвижной над землей. Выше экватора Земли платформа, движущаяся со скоростью 9,5 км / сек в направлении, противоположном кабелю, будет казаться неподвижной и позволит опустить кабель, чтобы сформировать космический лифт . Длина этого лифта составляет всего около 100 км, и его можно построить из существующих материалов.

Требование построить один кабель величиной с планетарное тело - очевидная практическая проблема, которая привела к изменениям в конструкции. Цикл запуска представляет собой частичное кольцо , возможно , 2000 км, что проходит между двумя наземными станциями , а не кружить мир. Кольцо из частиц использует серию отдельных объектов, которые можно запускать индивидуально, чтобы получить сбор, подобный сплошному кольцу, а затем управлять магнитами, с тем недостатком, что они не имеют внутреннего напряжения, а подъемная сила извлекается отдельно. Пространство фонтан представляет собой вертикальный вариант частиц кольцевой концепции , которая образует пространство лифта.

Простое кольцо без опоры вокруг планеты (или звезды) нестабильно: оно врезалось бы в центральное тело, если бы его оставили без присмотра. [1] [2] Концепция орбитального кольца требует метода стабилизации кольца, который обычно достигается за счет взаимодействия на лифтовых станциях.

Концепция [ править ]

Орбитальное кольцо по своей первоначальной концепции является вариацией «классической» концепции космического лифта . В традиционном космическом лифте большая станция размещается на геостационарной орбите (GEO), так что она остается в одном месте над экватором Земли. Затем создается кабель, который спускается к Земле, а второй кабель, обеспечивающий противовес, поднимается вверх от станции и остается на месте из-за приливных сил . Когда конструкция будет завершена, кабины, похожие на лифты, смогут подняться по кабелю в космос. Основная проблема заключается в том, что ни одно известное вещество не имеет прочности на разрыв, необходимой для растяжения от GEO до поверхности, а огромное количество необходимого материала - еще одна практическая проблема.

В версии с орбитальным кольцом кольцо вращается с большей скоростью, чем орбитальное. Это приводит к чистой внешней силе, которой противодействует внутреннее натяжение кольца. Это может быть выполнено на любой высоте, хотя построение системы на высоте более 100 миль (160 км), чтобы избежать попадания в атмосферу большей части, является основным требованием. Затем кабель опускается с кольца на землю и используется так же, как и традиционный космический лифт, с той разницей, что длина вертикального кабеля составляет всего 100 миль вместо 23000 миль (37000 км). Эта длина находится в пределах возможностей нескольких известных материалов.

Требование, чтобы кольцо имело достаточное натяжение для подъема троса лифта, представляет другую проблему с материалами, поскольку кольцо с достаточным натяжением для подъема троса лифта выходит за рамки существующих материалов. Для решения этой проблемы кольцо не круглое, а слегка эллиптическое. Станции расположены на двух верхних концах пути, но ниже точки, в которой обычно находится апогей орбиты. Станция сгибает кабель вниз, когда он проходит, чтобы создать на станцию ​​восходящую силу. Получившаяся орбита больше похожа на американский футбол, чем на закругленный эллипс. Можно уменьшить натяжение орбитального кольца до любого необходимого уровня, увеличив подъемную силу, создаваемую изгибом кабеля. Основным недостатком является то, что кабель лифта теперь подвешен к верхней точке системы,вместо того, чтобы быть близко к земле.

Конечным завершением процесса снижения напряжения является снижение его до нуля и обеспечение всей подъемной силы за счет обмена импульсом станции. Это можно сделать без сплошного кольца. Вместо этого большое количество отдельных магнитных объектов помещается на желаемую орбиту, и станции меняют свое направление, используя магниты, когда они проходят мимо. Преимущество этой версии кольца состоит в том, что его гораздо проще сконструировать, поскольку каждый элемент в кольце полностью отделен и может запускаться индивидуально и не требует дальнейшей работы в космосе. [а]Это также не обязательно должно быть полное кольцо; в зависимости от желаемой подъемной мощности общая масса объектов может быть намного меньше, чем даже самый тонкий кабель, вращающийся вокруг Земли. Главный недостаток состоит в том, что процесс обмена импульсом рандомизирует их скорость, поэтому требуется какая-то другая система, чтобы вернуть объекты на правильные орбиты.

История [ править ]

Подробное описание концепции было предложено и проанализировано Полом Берчем в 1982 году, когда он предложил массивное кольцо, которое будет окружать земной шар на низкой орбите, с которого кабели свисают к поверхности Земли. [3] [4] [5]

В 1982 году советский изобретатель Анатолий Юницкий также предложил электромагнитную трассу, опоясывающую Землю, которую он назвал «колесом в космос» [6] (позже - «Струнная транспортная система»). Когда скорость струны превышает 10 км / сек, центробежные силы отрывают струну от поверхности Земли и поднимают кольцо в космос.

Эндрю Мейленберг и его ученики с 2008 по 2011 год представили и опубликовали ряд статей, основанных на типах и применении колец на низкой околоземной орбите в качестве «ступеней в космос». В обзоре [7] упоминаются четыре применения орбитальных колец.

Модель Берча [ править ]

Пол Берч опубликовал серию из трех статей в Журнале Британского межпланетного общества в 1982 году, в которых изложены математические основы кольцевых систем. [3] [4] [5]

В простейшей конструкции орбитальной кольцевой системы вращающийся кабель или, возможно, надувная космическая конструкция размещается на низкой околоземной орбите над экватором. Не на орбите, а на этом кольце, поддерживаемые электромагнитно на сверхпроводящих магнитах , - это кольцевые станции, которые остаются в одном месте над определенной точкой на Земле. От этих кольцевых станций свисают короткие лифтовые тросы, сделанные из материалов с высоким отношением прочности на разрыв к массе.

Хотя эта простая модель лучше всего работает над экватором, Пол Берч подсчитал, что, поскольку кольцевая станция может использоваться для ускорения орбитального кольца на восток, а также для удержания троса, можно намеренно вызвать прецессию орбитального кольца вокруг Земли. вместо того, чтобы оставаться в космосе, пока Земля вращается под ним. При прецессии кольца каждые 24 часа орбитальное кольцо будет парить над любым меридианом, выбранным на поверхности Земли. Кабели, свисающие с кольца, теперь являются геостационарными, без необходимости достижения геостационарной высоты или без необходимости размещения в экваториальной плоскости. Это означает, что, используя концепцию орбитального кольца, одна или несколько пар станций могут быть расположены над любымжелаемые точки на Земле или их можно перемещать куда угодно на земном шаре. Таким образом, любую точку на Земле можно обслужить космическим лифтом. Кроме того, можно построить целую сеть орбитальных колец, которые, пересекая полюса, могут покрыть всю планету и быть способными принять на себя большую часть грузового и пассажирского транспорта. С помощью множества лифтов и нескольких геостационарных кольцевых станций можно получить астероид или лунный материал и аккуратно опустить туда, где требуется свалка. Электроэнергия, генерируемая в процессе, будет оплачивать расширение системы и в конечном итоге может проложить путь к терраформированию и астроинженерии в масштабах всей Солнечной системы на разумной экономической основе.

Ориентировочная стоимость [ править ]

Если бы система была построена путем запуска необходимых материалов с Земли, то стоимость системы, по оценкам Берча в 1980-х годах, составляла около 31 миллиарда долларов (для «начальной» системы, предназначенной для расширения в 1000 раз по сравнению с первоначальным размером в течение следующего года, что в противном случае стоило бы 31 триллион долларов), если будет запущен с использованием оборудования, созданного шаттлом, тогда как он может упасть до 15 миллиардов долларов с космическим производством, при условии, что большой орбитальный производственный объект доступен для производства начальных 180000 тонн стали, алюминия и шлака по низкой цене. , и даже ниже с орбитальными кольцами вокруг Луны. Стоимость системы для вывода полезных нагрузок на орбиту за килограмм составит около 0,05 доллара. [8]

Типы орбитальных колец [ править ]

Самый простой тип - это круговое орбитальное кольцо на НОО .

Два других типа были также определены Полом Берчем:

  • Эксцентриковые орбитальные кольцевые системы - это кольца, имеющие форму замкнутой формы с разной высотой.
  • Системы с частичными орбитальными кольцами [3] - по сути, это пусковая петля.

Кроме того, он предложил концепцию «надмирских миров», таких как надъюпитерианские и надзвездные «планеты». Это искусственные планеты, которые будут поддерживаться сеткой орбитальных колец, которые будут расположены над планетой, сверхгигантом или даже звездой. [9]

Орбитальные кольца в художественной литературе [ править ]

Распечатать [ редактировать ]

В заключительной части «Райских фонтанов» Артура Кларка (1979) упоминается орбитальное кольцо, которое в далеком будущем прикреплено к космическому лифту, который является основой романа.

В фильме Артура Кларка 3001: Последняя одиссея (1997) есть орбитальное кольцо, поддерживаемое четырьмя огромными обитаемыми башнями (предполагаемыми преемниками космических лифтов) на экваторе.

В манге « Боевой ангел Алита» (1990–1995) заметно ухудшилось орбитальное кольцо.

Орбитальные кольца широко используются на совместном веб-сайте Orion's Arm, посвященном созданию мира . [10]

В третьей части книги Нила Стивенсона « Севеневс» есть орбитальное кольцо вокруг безлунной Земли.

Визуальные медиа и игры [ править ]

В фильме « Звездный десант» показано орбитальное кольцо, окружающее Луну.

Вторая итерация аниме- сериала Tekkaman представляет собой законченное кольцо, хотя и заброшенное и пришедшее в негодность из-за войны, и без привязи к поверхности.

В аниме- сериале Kiddy Grade орбитальные кольца также используются в качестве стартовой и стыковочной площадки для космических кораблей. Эти кольца связаны с большими башнями, отходящими от поверхности планеты.

В аниме Mobile Suit Gundam 00 также заметно орбитальное кольцо, состоящее в основном из связанных солнечных панелей. Кольцо связано с землей через три космических лифта. Это кольцо обеспечивает практически неограниченную мощность на землю. Позже в серии на кольце также изображены космические станции, установленные на его поверхности.

Начальная битва пилота 6-го сезона « Звездных войн: Войны клонов » происходит на какой-то кольцевой орбитальной космической станции, окружающей планету Ринго Винда.

Во вселенной Warhammer 40,000 у Марса есть большое орбитальное кольцо, называемое Железным кольцом. Он в основном используется как верфь для межзвездных кораблей. Это самая большая рукотворная структура в галактике. На планете Медуза также есть такое кольцо, называемое Телстаракс, происходящее из Темного века технологий, но оно в значительной степени разграблено и разрушено.

В игре X3 Terran Conflict есть свободно парящее орбитальное кольцо вокруг Земли, которое разрушается взрывом и впоследствии сбрасывается с орбиты в X3: Albion Prelude.

В игре Xenoblade Chronicles 2 есть гигантское дерево, выросшее вокруг основания Орбитального кольца.

Заметки [ править ]

  1. ^ В отличие от аналогичного запуска полного кольца, который потребовал бы соединения частей вместе на орбите.

См. Также [ править ]

  • Мега масштабная инженерия
  • Нераакетный запуск в космос
  • Niven Ring (в романе Ringworld ): орбитальное кольцо вокруг звезды
  • Космический трос

Ссылки [ править ]

  1. ^ Колин Макиннес, "Нелинейная динамика систем кольцевого мира" , J. British Interplanetary Soc., Vol. 56 (2003). (Проверено 6 апреля 2016 г.)
  2. ↑ Карл А. Браннен, «Гравитационная стабильность Нивенского кольца» (по состоянию на 6 апреля 2016 г.)
  3. ^ a b c Пол Берч, "Системы орбитальных колец и лестницы Иакова - I", Журнал Британского межпланетного общества , Vol. 35, 1982, стр. 475–497. (см. pdf ) (по состоянию на 6 апреля 2016 г.).
  4. ^ a b Пол Берч, "Системы орбитальных колец и лестницы Иакова - II", Журнал Британского межпланетного общества , Vol. 36, 1982, 115. ( pdf ).
  5. ^ a b Пол Берч, "Системы орбитальных колец и лестницы Иакова - III", Журнал Британского межпланетного общества , Vol. 36, 1982, 231. ( pdf ).
  6. ^ Анатолий Юницкий "в космосе на колесе" ( "Для Spaceпомощью колеса"), Техник-молодежь ( "Технические молодежи"), № 6, июнь 1982, ISSN 0320-331X, стр. 34-37 и задняя крышка. ( pdf (альтернативный источник: pdf ) (по состоянию на 25 июля 2019 г.).
  7. ^ А. Меуленберг и П.С. Картик Баладжи, «Архипелаг НОО: система земных колец для связи, массопереноса в космос, солнечной энергии и контроля глобального потепления», Acta Astronautica 68, 2011, 1931–1946.
  8. ^ "Орбитальные кольцевые системы и лестницы Иакова - I-III" .
  9. ^ Пол Берч, "Надземные планеты", Журнал Британского межпланетного общества, Vol. 44, 1991, 169.
  10. ^ Космические фонтаны и орбитальные кольца , Рука Ориона.

Внешние ссылки [ править ]

  • Видео: MegaStructures 01: Орбитальные кольца и космические лифты
  • Лучше более свежее видео: Орбитальные кольца
  • Веб-архив Пола Берча в Орионе
  • Струнные транспортные системы: на Земле и в космосе (книга Анатолия Юницкого)

СМИ, связанные с орбитальным кольцом на Викискладе?