Какие ощущения я бы испытал в космическом лифте?

Я постараюсь ответить без использования математики, потому что я не знаю, как вводить математические обозначения в этих ответах.

Итак, давайте сломаем это. Первая сила, которую следует принять во внимание, — это гравитация, и для этого предположим, что вы неподвижны на любой высоте. На уровне моря вы, конечно, испытываете силу тяжести в один g (я буду использовать слово «сила», когда более правильным термином будет «ускорение», но при постоянной массе эти два понятия достаточно эквивалентны), и эта сила падает по мере того, как обратный квадрат расстояния от центра Земли. Таким образом, на одном радиусе Земли (то есть на поверхности) вы чувствуете 1 г, на 2 радиусах или 4000 миль вверх вы чувствуете 1/4 g, а на 3 радиусах или 8000 миль вверх вы чувствуете 1/9 g и т. д.

Но это всего лишь гравитация. Существует также центростремительная сила, поскольку вы не просто парите неподвижно, пока Земля вращается под вами, вы качаетесь, как камень на веревке. Эта сила увеличивается линейно с расстоянием от центра Земли, поэтому на высоте 4000 миль ваша центростремительная сила удваивается, а на высоте 8000 миль она утраивается и т. д. Она также направлена ​​в противоположную сторону от гравитационной силы.

Когда вы поднимаетесь с поверхности, гравитационная сила начинает действовать гораздо сильнее, чем центростремительная (иначе люди на земле были бы выброшены в космос), но быстро падает, в то время как центростремительная сила неуклонно возрастает. Место, где они точно уравновешены, — это геостационарная высота. Для Земли это около 22 200 миль. После этого центростремительная сила, тянущая наружу, превышает силу гравитации, тянущую внутрь.

Так что, если бы вы двигались с постоянной скоростью вверх по лифту, вы бы почувствовали, что становится легче довольно быстро. На высоте 22 200 миль вы почувствуете себя невесомыми, а затем почувствуете рывок «вверх», к потолку. Вы бы поставили ноги на то, что раньше было потолком, и вы могли бы смотреть «вверх» и видеть Землю. Это натяжение будет увеличиваться, пока вы не достигнете конца троса, и оно может быть меньше 1 g, которое вы чувствуете на поверхности, или намного больше.

Но есть еще одна сила, действующая на вас, и это простое линейное ускорение от разгона до скорости. Путешествие вверх и вниз на лифте должно быть довольно быстрым, возможно, в несколько раз превышающим скорость звука, чтобы поездка не занимала недели или месяцы. Проблема в том, что если вы ускоряетесь прямо от земли, гравитация Земли добавит свою силу к этой силе ускорения. (Летчики-истребители знают, что их самолеты и их тела могут воспринимать большее ускорение вниз, чем вверх.) Если бы я был умным конструктором, я бы построил длинные ускоренные туннели, идущие по земле, которые постепенно изгибаются вверх, чтобы встретить ствол лифта, так что некоторые или большая часть ускорения может происходить без добавления силы тяжести. Это сняло бы некоторую нагрузку с тел пассажиров. (И теперь, когда я думаю об этом,

И торможение в дальнем конце также добавило бы центростремительной силе наружу (которая увеличивается по мере движения, помните). Умный дизайнер призвал бы к раннему торможению раньше, чтобы избавить пассажиров от некоторых перегрузок. На самом деле, я полагаю, что немногие люди на самом деле отправятся в дальний конец, потому что торможение займет так много времени и потребует так много энергии (не говоря уже о обратном пути). их вообще не было бы торможения. Корабль будет отброшен, как камень Давида, убивший Голиафа. Пассажиры этого корабля будут ощущать некоторую боковую силу по мере того, как их поперечная скорость (т. е. перпендикулярная радиальной скорости) будет увеличиваться. Но это зависит от жесткости и конструкции ствола лифта. (Представьте, что вы перебрасываете свинцовый шар с помощью трубы. Жесткая труба работает довольно хорошо, а гибкая — нет.

Так что многое зависит от выбора конструкции лифта. Если бы полезной нагрузке было позволено ускоряться на всем пути от 22 200 миль, это максимизировало бы начальную скорость (так сказать), но предъявляло бы некоторые требования к прочности на изгиб руля высоты. С другой стороны, если полезная нагрузка остановится в дальнем конце, а затем будет отпущена, это не создаст изгибающей силы на кончике лифта, но потеряет некоторую скорость. Компромиссом может быть лифт с изогнутым концом, чтобы уменьшить нагрузку на изгиб на конце, но при этом дать улетающему космическому кораблю много толчка. (См. аналогичную конфигурацию в «Интегральных деревьях» Ларри Нивена.)

Так что я могу себе это представить. Пассажир садится в вагон поезда примерно в 50 милях от настоящего лифта. Он быстро разгоняется, возможно, на 2g. След постепенно изгибается вверх, чтобы встретиться с основным стволом. Ускорение замедляется или останавливается, чтобы выдержать 2 g на пассажирах. Затем, когда автомобиль поднимается и гравитация ослабевает, он снова начинает ускоряться, сохраняя чистые 2g. (Как долго пассажиры могут терпеть 2 g? Часы? Дни? Это может быть ограничивающим фактором.) В какой-то момент начинается торможение, а в другой, возможно, другой момент происходит свободное падение, а затем переворачивание потолка и пола. Еще часов 2 g, на этот раз от торможения плюс центростремительная сила (минус ослабевающая гравитация). Машина останавливается где-то выше 22200, где достаточно центростремительной силы, чтобы такие вещи, как ходьба и еда, были обычными, не требующими обучения. Затем они останавливаются и смотрят, как настоящий космический корабль с визгом летит мимо них к другим планетам. :-)