Из Википедии, свободной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Для использования в других целях, см Скайхук (значения) .
Как вращающийся и невращающийся небесный крюк появится на орбите

Skyhook является предложенным импульсом обмена привязью , что цели снизить стоимость размещения полезной нагрузки на низкую околоземную орбиту . Тяжелая орбитальная станция подключена к кабелю, идущему вниз к верхним слоям атмосферы. Полезные нагрузки, которые намного легче станции, прикрепляются к концу кабеля по мере его прохождения, а затем выбрасываются на орбиту путем вращения кабеля вокруг центра масс. Затем станцию ​​можно вернуть на исходную высоту с помощью электромагнитной тяги , ракетной тяги или снятия с орбиты другого объекта с той же кинетической энергией, которая передается полезной нагрузке.

Небесный крюк отличается от космического лифта на геостационарной орбите тем, что он будет намного короче и не будет соприкасаться с поверхностью Земли. Небесному крюку потребуется суборбитальная ракета-носитель, чтобы достичь его нижнего конца, в то время как космический лифт этого не сделает.

История [ править ]

Различные концепции и версии синхронных невращающихся орбитальных небесных крюков были предложены, начиная с Айзекса в 1966 году, [1] [2] Арцутанова в 1967 году, [3] [4] Пирсона [5] и Коломбо в 1975 году, [6] Калагана в 1978, [7] и Брагинский в 1985. [8] Варианты с наилучшим потенциалом включают гораздо более короткий трос на низкой околоземной орбите, который вращается в своей орбитальной плоскости и концы которого касаются верхних слоев атмосферы Земли, а вращательное движение отменяет орбитальное движение. на уровне земли. Эти «вращающиеся» версии скайхука были предложены Моравеком в 1976 г. [9] [10] и Сармоном в 1994 г.[11] [12]

Когда итальянский ученый Джузеппе Коломбо предложил в начале 1970-х годов идею использования приливно-стабилизированного троса для обращенных вниз спутников наблюдения Земли, НАСА в 1979 году официально начало оценивать возможные научные применения длинных тросов в космосе и возможность разработки троса с тросом. система была оправдана. [13] Это привело к созданию тросовой системы на базе шаттла: миссии TSS-1R, запущенной 22 февраля 1996 года на STS-75, которая была сосредоточена на описании основных характеристик космического троса и физики космической плазмы . [13] Итальянский спутник был развернут на расстоянии 19,7 км от космического корабля "Шаттл". [13]

В 1994 году один инженер предположил, что небесный крюк может быть конкурентоспособным по стоимости по сравнению с тем, что реально можно было бы получить с помощью космического лифта. [11]

В 2000 и 2001 годах компания Boeing Phantom Works при гранте Института перспективных концепций НАСА провела подробное исследование технической и коммерческой осуществимости различных конструкций небесных крюков. Они подробно изучили конкретный вариант этой концепции, получивший название «Система орбитального запуска космического троса для гиперзвукового самолета» или HASTOL. Эта конструкция предусматривала, что гиперзвуковой прямоточный воздушно- реактивный двигатель или ГПВРД должен перехватывать вращающийся гак при полете на скорости 10 Махов [14].

Хотя небесный крюк еще не построен, был проведен ряд летных экспериментов, исследующих различные аспекты концепции космического троса в целом. [15]

Типы небесных крюков [ править ]

Невращающийся скайхук [ править ]

Невращающийся скайхук длиной 200 км, предложенный Э. Сармоном в 1990 г.

Невращающийся небесный крюк - это вертикальный трос, стабилизированный градиентом силы тяжести , нижняя конечная точка которого кажется свисающей с неба. Именно этот внешний вид привел к принятию названия Skyhook для конструкции.

Вращающийся скайхук [ править ]

Вращающаяся концепция. Если орбитальная скорость и скорость вращения троса синхронизированы, наконечник троса движется по циклоидной кривой. В самой нижней точке он на мгновение неподвижен по отношению к земле, где он может «зацепить» полезный груз и вывести его на орбиту.

Вращая трос вокруг вращающегося центра масс в направлении, противоположном орбитальному движению, можно уменьшить скорость крюка относительно земли. Это снижает требуемую прочность троса и упрощает соединение.

Вращение троса может быть выполнено в точном соответствии с орбитальной скоростью (около 7–8 км / с). В этой конфигурации крюк будет проходить по пути, аналогичному кардиоиде . С точки зрения земли кажется, что крюк спускается почти вертикально, останавливается, а затем снова поднимается. Такая конфигурация сводит к минимуму аэродинамическое сопротивление и, таким образом, позволяет крюку опускаться глубоко в атмосферу. [16] [17] Однако, согласно исследованию HASTOL, для такого космического крюка на околоземной орбите потребуется очень большой противовес, примерно в 1000–2000 раз превышающий массу полезной нагрузки, а трос должен быть прочным. механически наматывается после сбора каждой полезной нагрузки, чтобы поддерживать синхронизацию между вращением троса и его орбитой. [14]

На этапе I исследования Boeing " Гиперзвуковой самолет" Космический трос "орбитальный запуск ( HASTOL ), опубликованного в 2000 году, был предложен трос длиной 600 км на экваториальной орбите на высоте 610–700 км, вращающийся с конечной скоростью 3,5 км / с. Это дало бы головной части наземную скорость 3,6 км / с (10 Махов), что соответствовало бы гиперзвуковому самолету, несущему модуль полезной нагрузки, с передачей на высоте 100 км. Трос будет изготовлен из существующих коммерчески доступных материалов: в основном Spectra 2000 (разновидность сверхвысокомолекулярного полиэтилена ), за исключением внешних 20 км, которые будут сделаны из термостойкого материала Zylon.ПБО. При номинальной массе полезной нагрузки 14 тонн страховочный трос Spectra / Zylon будет весить 1300 тонн, что в 90 раз превышает массу полезного груза. Авторы заявили:

Основное послание, которое мы хотим оставить Читателю: «Нам не нужны волшебные материалы, такие как« Бакминстер-Фуллер-углеродные нанотрубки », чтобы сделать средство космического троса для системы HASTOL. Подойдут существующие материалы». [14]

На втором этапе исследования HASTOL, опубликованного в 2001 году, предлагалось увеличить воздушную скорость перехвата до 15–17 Маха и увеличить высоту перехвата до 150 км, что уменьшило бы необходимую массу троса в три раза. Более высокая скорость будет достигнута за счет использования многоразовой ракетной ступени вместо чисто воздушно-реактивного самолета. Исследование пришло к выводу, что, несмотря на отсутствие «фундаментальных технических препятствий», необходимо существенное улучшение технологии. В частности, высказывались опасения, что голый шнур Spectra 2000 будет быстро разрушен атомарным кислородом; этому компоненту был присвоен уровень технологической готовности 2. [18]

Небесные крюки на Луне [ править ]

С ожидаемым возвращением на Луну и планами Blue Origin и других по использованию лунных ресурсов в качестве ступеньки к Марсу, небесный крюк на лунной орбите может стать эффективным механизмом для подъема ресурсов с поверхности Луны.

Более низкая гравитация Луны, отсутствие атмосферы и отсутствие людей означают, что создание небесного крюка на лунной орбите должно быть гораздо более осуществимым.

Лунные ресурсы можно использовать для строительства более крупных космических станций и космических аппаратов. Вода (лед) была обнаружена в полярных регионах Луны и может быть использована для создания водородного топлива и кислорода для жизнеобеспечения. Масса с Луны также может быть использована в качестве противовеса и для помощи в строительстве наземного небесного крюка (или другой инфраструктуры доступа к орбите), частично «сверху вниз», что потенциально снижает затраты.

См. Также [ править ]

  • Массовый драйвер
  • Орбитальное кольцо
  • Рейлган
  • Космический лифт
  • Миссии космического троса

Ссылки [ править ]

  1. ^ Айзекс, JD; Вайн, кондиционер; Брэднер, H; Бахус, GE (1966). «Удлинение спутника в настоящий« скай-хук » ». Наука . 151 (3711): 682–3. Bibcode : 1966Sci ... 151..682I . DOI : 10.1126 / science.151.3711.682 . PMID  17813792 . S2CID  32226322 .
  2. ↑ См. Также: письмо в Science 152: 800, 6 мая 1966 г.
  3. ^ Арцутаны, Ю. В Космосе на Elektrovoze (в космосе фуникулер). Комсомольская правда, 31 июля 1960 г. Содержание описано во Львове, Наука 158: 946, 17 ноября 1967 г.
  4. ^ Arsutanov, Ю. V Космос Бец Raket (в космос без ракет). Znanije-Sile (Знание - сила) 1969 (7): 25 июля 1969 г.
  5. Перейти ↑ Pearson, J (1975). "Орбитальная башня: пусковая установка космического корабля, использующая энергию вращения Земли". Acta Astronautica . 2 (9–10): 785–799. Bibcode : 1975AcAau ... 2..785P . CiteSeerX 10.1.1.530.3120 . DOI : 10.1016 / 0094-5765 (75) 90021-1 . 
  6. ^ Colombo, G., Gaposchkin Е.М., Grossi, MD, и Weiffenbach, GC, "О 'Skyhook': челночном-Борн Инструмент для Low Orbital Altitude Research," Meccanica , Vol. 10, No. 1, март 1975 г.
  7. ^ Kalaghan, П. Арнольд, Д. Коломбо, Г., Grossi, М., Киршнер, LR, и Orringer, О., "Исследование динамики спутниковой системы привязных (Skyhook)," NASA контракт NAS8-32199 , Заключительный отчет СДЛ, март 1978 г.
  8. ^ В.Б. Брагинский и К.С. Торн, "Детектор гравитационных волн Skyhook", Московский государственный университет, Москва, СССР, и Калтех, 1985.
  9. Перейти ↑ Moravec, Hans (1976). "Предложение Skyhook" .
  10. Перейти ↑ Moravec, HP (1977). "Несинхронный орбитальный Skyhook". Журнал астронавтических наук . 25 : 307–322. Bibcode : 1977JAnSc..25..307M .Представлено на 23-м заседании AIAA, Индустриализация космоса, Сан-Франциско, Калифорния. 18–20 октября 1977 г.
  11. ^ a b Сармонт, Орел (1994). «Как земной орбитальный трос делает возможной доступную космическую транспортную систему Земля-Луна». Серия технических статей SAE . 942120 . DOI : 10.4271 / 942120 .
  12. Перейти ↑ Moravec, Hans (1981). "Предложение Skyhook" .
  13. ^ a b c Cosmo, M .; Лоренцини, Э. (декабрь 1997 г.). Tethers in Space Handbook (PDF) (Третье изд.). Смитсоновская астрофизическая обсерватория.
  14. ^ a b c Богар, Томас Дж .; Bangham, Michal E .; Нападающий Роберт Л .; Льюис, Марк Дж. (7 января 2000 г.). Система орбитального запуска космического троса для гиперзвукового самолета, исследовательский грант № 07600-018, заключительный отчет по фазе I (PDF) . Институт перспективных концепций НАСА . Проверено 7 июля 2019 .
  15. ^ Чен, Йи; Хуанг, Руи; Рен, Сяньлинь; Он, Липин; Он, Е. (2013). «История концепции Tether и миссии Tether: обзор» . ISRN Астрономия и астрофизика . 2013 (502973): 502973. Bibcode : 2013ISRAA2013E ... 2C . DOI : 10.1155 / 2013/502973 .
  16. ^ Айзекс, JD; Вайн, кондиционер; Bradner, H .; Бахус, GE (1966). «Удлинение спутника в настоящий« скай-хук » ». Наука . 151 (3711): 682–683. Bibcode : 1966Sci ... 151..682I . DOI : 10.1126 / science.151.3711.682 . PMID 17813792 . S2CID 32226322 .  
  17. ^ Чен, Йи; Хуанг, Руи; Рен, Сяньлинь; Он, Липин; Он, Е. (2013). «История концепции Tether и миссии Tether: обзор» . ISRN Астрономия и астрофизика . 2013 : 1–7. Bibcode : 2013ISRAA2013E ... 2C . DOI : 10.1155 / 2013/502973 . 502973.
  18. ^ "Исследование архитектуры космического троса гиперзвукового самолета на орбите (HASTOL). Фаза II: Заключительный отчет" (PDF) . Проверено 18 октября 2015 .

Внешние ссылки [ править ]

  • "Skyhook, путешествие на орбиту и дальше!" . Открытие высоких рубежей . 2016-09-27.
  • Skyhook-Orbit Megastructure Discord Открытие сообщества Discord. 2021-01-23