Чрезвычайно огромная возможность гибридного дирижабля / самолета

У этого вопроса есть несколько аспектов, я постараюсь ответить на столько, сколько смогу, правки последуют.

Наличие подъемного газа

Гелий является ограниченным ресурсом, хотя в настоящее время большая его часть производится в качестве побочного эффекта добычи природного газа. Производство 2008 г. составило ~ 169 миллионов стандартных кубометров (скм) гелия. Этого даже близко недостаточно для вашей мегаструктуры. 100 км x 100 км x 100 м = 1x10^12 кубических метров или 6000-кратное годовое производство. (Я предположил, что толщина 100 м, она легко может быть больше в зависимости от плотности вашего корабля)

Однако водород совсем не ограничивает, так как он в изобилии содержится в воде, и для его извлечения требуется только электричество . Таким образом, несмотря на проблемы с воспламеняемостью и диффузией, вам придется использовать водород. С другой стороны, это самый эффективный подъемный газ .

Вы также можете использовать горячий воздух, который просто требует тепла.

Падение температуры

Так что я собираюсь сделать кучу больших приближений, чтобы получить обратную сторону расчетов конверта для этого, используя быструю и грязную модель энергетического баланса.

Таким образом, Солнце обеспечивает ~ 1000 Вт на квадратный метр, но только когда оно светит и существует большая разница в течение дня, ночи, времени года и широты. Усредните всю эту изменчивость за год, и в большинстве мест на поверхности Земли в среднем будет около 250 Вт/м^2. (Использование этого меньшего числа приведет к недооценке скорости охлаждения в течение дня)

Некоторые важные свойства воздуха :
Удельная теплоемкость: ~1,0 кДж/кг K
Плотность:~1,0 кг/м^3
(сильно зависит от высоты и температуры, но приблизительное среднее значение для быстрого расчета)

Таким образом, если мы удалим 250 Вт/м ^ 2 из столба воздуха высотой 15 км, мы можем вычислить примерное падение температуры.

Масса столба воздуха = 15 км * 10 км * 10 км * 1 кг/м^3 = 1,5 х 10^12 кг воздуха

Скорость отвода энергии = 250 Вт/м^2 * 10 км * 10 км = 2,5 x 10^10 Вт

E = m c T в степени P = m c T/s

решить для T/s = P/(m*c) = 0,0000167°K/s или 0,001°C/мин или 1,44°C/день

Чтобы получить окончательную самую низкую температуру, вам нужно будет учитывать конвективный теплообмен, включающий смешивание тепла с воздухом за пределами зоны тени (это охлаждение вызовет развитие ветров. Антициклон!), а также лучистый теплообмен и тепло от геотермальные источники и движение воды для океанов или больших водоемов, в общем, это был бы действительно сложный набор вычислений и очень специфичный для местоположения и времени размещения тени.

Но для упрощения вы, по сути, создаете стабильный стационарный холодный фронт , который может иметь перепады температуры до 30 ° C (54 ° F), поэтому это будет вероятная верхняя граница падения температуры от уровней окружающей среды в области под тенью. .

Привязи для воздушных шаров

Воздушные привязи определенно возможны и широко используются на более низких высотах.

Аэростаты заграждения использовались для поднятия в воздух сетей металлических тросов, чтобы помешать самолетам противника. Их подняли на высоту ~ 4500 м (15 000 футов), современные привязные аэростаты используются в основном для военного наблюдения и разведки, а также для связи. Некоторые современные военные системы работают на высоте 15 000 футов с тросами длиной 25 000 футов.

Более длинные тросы и большие высоты, вероятно, возможны с существующими материалами и даже лучше для возможных материалов ближайшего будущего. Для прочности материала троса на этих расстояниях важен фактор, известный как удельная прочность или разрывная длина, насколько длинной трос может выдерживать собственный вес. Современные существующие материалы могут быть довольно длинными. Кевлар и углеродное волокно имеют разрывную длину ~ 250 км (для справки, 50 000 футов - это ~ 15 км).

Более серьезной проблемой для прочности троса было бы, если бы он использовался для сопротивления силе ветра на конструкцию воздушного шара, но если это силовая конструкция, способная к некоторой маневренности, или трос не прикреплен к земле, эти силы могут быть в основном отрицается.

Летные характеристики

Большинство из этих проблем были бы проблемой инженерного проектирования, но не невозможными, было показано, что дирижабли и дирижабли функционируют, поэтому это определенно можно сделать, просто нужно сильно увеличить масштаб.

Он не будет быстрым, должен быть аэродинамически обтекаемым, чтобы сопротивляться ветру, и, вероятно, не будет очень маневренным. Лучше всего в путешествии найти попутный ветер, меняя высоту и двигаясь по ветру.

Что касается солнечной энергии, то на « Гинденбурге » использовались 4 дизельных двигателя Daimler-Benz DB 602 (LOF-6) мощностью 890 кВт (1200 л.с.) каждый, поэтому общая мощность составила 3500 кВт.

«Гинденбург» имел диаметр 41 м х 245 м в длину; таким образом, использование только верхней половины поверхности для солнечных элементов (π * D * L)/2 обеспечивает примерно 16000 м2 поверхности. Использование солнечных батарей (эффективность 20%) для обеспечения 200 Вт/м, а затем обеспечивает 3200 кВт.

Таким образом, сравнимая мгновенная мощность, но она, вероятно, будет недостаточной, если потребуется непрерывная тяга в течение любого промежутка времени. И это было бы хуже, если учесть потери при хранении, необходимые для работы в ночное время. Что касается хранения энергии, водородные топливные элементы кажутся очевидным выбором по сравнению с батареями, учитывая вероятное использование водородного подъемного газа.

Вполне возможно, что если я когда-нибудь стану мультимиллиардером, то построю его.

Вашей станции потребуется:

• Подушки безопасности, которые не загораются
• Дождь
• Много солнечных батарей

Ваша станция большую часть времени переключается между погодой над погодой и погружением в ливень, чтобы собрать воду для электролиза в водород (для подъема). Кислород выбрасывается как можно дальше от станции. Вам не нужен жидкий кислород рядом с баллонами с водородом. Я немного сомневаюсь в способности солнечной энергии обеспечить достаточную производительность, чтобы заменить водород, потерянный через газовые мешки, поэтому вам может понадобиться какой-то ядерный реактор.

Чрезмерно энергично расчесывать волосы - преступление. Коллекторные двигатели постоянного тока запрещены законом, и для предотвращения пожара необходимо соблюдать множество других незначительных правил.

Поскольку он не висит под одним большим газовым мешком (я предполагаю множество маленьких), каждая отдельная часть вашей станции практически не имеет веса. Вот почему дирижабли могут быть больше самолетов. Крылья самолета должны поддерживать фюзеляж, но большая часть конструкции дирижабля является самонесущей. В результате вы, вероятно, могли бы придумать какую-то ферму/экосистему на борту, чтобы создать действительно самодостаточную систему.

Однако я сомневаюсь, что космический лифт был бы более практичным, если бы был привязан (?) к летающей платформе. Космос (почти вакуум) находится всего в 100 км вверх. Геостационарное расстояние составляет 40 000 км, поэтому вам все еще нужны тысячи километров кабеля (а длина кабеля является важным фактором в космических лифтах).

Чтобы заблокировать солнце, платформа должна казаться размером с солнце. Мой большой палец (1 см) может закрыть солнце на расстоянии вытянутой руки (100 см). Таким образом, эмпирическое правило состоит в том, что объект размером с Солнце будет в 100 раз дальше, чем он большой. (Для доказательства, диаметр Солнца составляет 1,4 миллиона километров при 150 миллионах километров). В результате на вашей рабочей высоте 10 км ваша платформа должна быть 100-метровым диском. Это вполне возможно, так как длина «Гинденбурга» составляла 245 метров. Если вы соедините вместе три хинденбурга (их ширина всего 40 м), вы сможете заблокировать солнце с высоты 10 км.

Насколько сильно это повлияет на температуру? К сожалению, похоже, ни у кого нет исследований 100-метровых теней на большой высоте. Однако это исследование показало, что тень дерева понижала температуру воздуха на 0,6–2,5 градуса по Цельсию в полдень, а температуру земли — на целых 3,3–8,1 градуса. Это означает, что 100-метровая область тени может иметь большее влияние, чем я ожидал в более ранних версиях этого ответа. Однако, чтобы сохранить пятно тени на одном и том же месте, вашей платформе придется двигаться очень быстро, чтобы противодействовать вращению Земли.

В вашем вопросе говорится, что вы хотите 100 км x 100 км. Насколько большим это будет выглядеть, если оно будет на высоте 40 000 футов? Это всего лишь 10 км вверх, так что это будет чертовски массивно. Солнце появляется с угловой шириной 0,5 градуса. Ваша платформа будет иметь угловую ширину ... 160 градусов. Другими словами, если вы находитесь прямо под ним, на горизонте будет 10-градусное кольцо солнца. Я вполне мог бы согласиться с тем, что это окажет значительное влияние на климат, учитывая, что он больше, чем большинство гор…

Или, если вы имеете в виду 100 квадратных километров (т.е. 10 км x 10 км), тогда ширина вашей станции «всего» 60 градусов. Все еще довольно существенно.

Использование его в качестве стартовой платформы для запуска ракет на орбиту также не исключено. Есть компания, выпускающая дирижабли на орбиту , и они планируют построить станцию ​​на высоте 140 000 футов. Я бы не хотел, чтобы рядом с моими баллонами с водородным газом находились ракеты, но я не понимаю, почему вы не можете иметь достаточно большие площади без газовых баллонов, чтобы допустить подобные вещи.

Ваша станция не будет иметь очень большую скорость. Вероятно, он будет путешествовать подобно воздушным шарам: найдите высоту, на которой ветер дует в нужном вам направлении.

Примечание: в грядущем фильме «Смертельные двигатели» , скорее всего, будет воздушная гавань — летающий город, использующий технологию типа дирижабля.

Я думаю, что дирижабль такого размера можно было бы сделать, но я не вижу никакого способа заставить его противостоять ветрам верхних слоев атмосферы.

Этот бегемот должен быть относительно плоским, а если он круглым, то его диаметр должен превышать 11 км; давая ему ( очень консервативную) высоту всего 100 м, вы получаете поперечное сечение, превышающее 1 км2. Чтобы оставаться неподвижным против ветра, потребуется огромная мощность.

OTOH, учитывая огромные размеры и тот факт, что вам действительно не нужна жесткая конструкция, я думаю, что это можно сделать без специальных газов, может быть достаточно старомодного воздушного шара, возможно, только с солнечной энергией; Ночью он немного потеряет, но не настолько, чтобы действительно упасть, и на следующее утро солнечный свет должен быть в состоянии восстановить потерянное тепло (это в гипотезе, в которой мы можем воспользоваться законом квадрата/куба и, таким образом, иметь огромную массу). горячего воздуха, который может терять тепло через (относительно) небольшую поверхность (т. е. не делайте воздушный шар слишком плоским), что также утяжеляет его (т. е. конструкция относительно легче, чем эквивалентные установки меньшего размера, поэтому вам нужен воздух «менее горячий").

Я также не очень уверен в эффективности такого зверя, как солнцезащитный козырек, потому что я думаю, что он слишком мал (на порядки), чтобы реально влиять на климат, но я могу ошибаться.

Проекты монстров LTA постулировались, наиболее известным из которых был Бакминстер Фуллер и его летающий город « Облако 9 ». На самом деле это жесткий дирижабль, построенный из гигантского геодезического купола и использующий закон отделения/куба.

Геодезическая сфера диаметром в полмили (0,8 км) будет весить лишь одну тысячную веса воздуха внутри нее. Если бы внутренний воздух нагревался либо за счет солнечной энергии, либо просто за счет средней человеческой деятельности внутри, то для того, чтобы сфера плавала, потребовалось бы всего 1 градус Фаренгейта по сравнению с внешней температурой. Поскольку внутренний воздух становился плотнее при охлаждении, Баки представил себе использование полиэтиленовых занавесок, чтобы замедлить скорость поступления воздуха в сферу.

Облако 9 в полете

В то время как сфера является наиболее эффективной формой для Cloud 9, нет никаких причин, по которым овал, диск или объект другой формы не будут работать, пока вес ткани и структуры всегда увеличивается гораздо медленнее, чем вес. масса захваченного воздуха по мере того, как конструкция увеличивается в размерах.