Какой высоты должен быть космический лифт на Марсе?

В зависимости от точной конструкции вашего космического лифта вы будете стремиться к станции на геостационарной (технически Ареостационарной) орбите или выше нее, которая находится на высоте 20 428 км над поверхностью Марса. Должно быть по крайней мере достаточно кабеля и, возможно, противовеса над ареостационарной орбитой, чтобы гарантировать, что кабель остается стабильным, но теоретически, если вы хотите установить достаточно тяжелый противовес, вы можете заблокировать его на геостационарной орбите.

Однако это инженерный кошмар, и вам почти наверняка придется удлинить противовес еще больше, поскольку более тяжелый противовес означает большее напряжение и большие трудности с доставкой материала. Если вы поместите строительную станцию ​​на геостационарную орбиту, а затем начнете подавать кабель с обеих сторон, чтобы убедиться, что станция остается на месте во время строительства (как предлагает Джером Пирсон), тогда вам понадобится больше кабеля снаружи, но опять же, если вы добавьте более тяжелый противовес, тогда вам понадобится меньше троса.

Если предположить, что это 1:1, то получится высота ~40000 км.

Фобос вращается внутри этой структуры на расстоянии 9000 км, Деймос — на расстоянии 23000 км. К сожалению, вы мало что можете сделать с широтой лифта: для его работы требуется вращение планеты (на самом деле вы можете показать, что восходящие автомобили действительно крадут орбитальный импульс у планеты, а спускающиеся возвращают его). . Это не убийца: вы можете спроектировать лифт так, чтобы он не сталкивался напрямую ни с одной из лун (они очень малы по сравнению с площадью космоса, которую вы реально можете построить), но вам придется учитывать их гравитационное поле. эффектов, что намного сложнее и будет постоянно вытягивать энергию из системы для исправлений. Если вы готовы потратить достаточно энергии, вы можете заставить весь лифт колебаться взад-вперед,

Это может вас заинтересовать . Технически это обсуждение использования современных материалов для создания марсианского лифта, но один из ответов предлагает другую систему, которая использует космические лифты на Деймосе и Фобосе для достижения космической скорости, но доставляет ракету только до самой внутренней луны.

Космический лифт работает, соединяя спутник на геостационарной (ну, на Марсе это ареостационарная^^) орбита с наземной станцией. Спутник должен быть гео(арео)стационарным, чтобы он всегда находился над одной и той же точкой планеты - в противном случае он будет тянуть соединительный кабель и со временем оборачивать его вокруг планеты, или потребуется, чтобы земля удерживала его в положении относительно его орбиты. тенденции (которые бы быстро разрушили кабель, сбили спутник с орбиты или вырвали наземную станцию... нехорошо^^)

Итак, для вашей подходящей высоты нам нужно знать, какова высота ареостационарной орбиты — к счастью, в этом нам может помочь Википедия: она составляет 20 428 км.

Кроме того, что касается вашего второго вопроса: единственное место, где разумно разместить космический лифт, - это ВКЛ (даже не «рядом») экватор. Потому что только над экватором можно иметь гео(арео)стационарную орбиту. Я не уверен, как далеко находится эта гора, может быть, это и выполнимо, но вы определенно не можете поставить лифт в каком-то случайном месте на планете, чтобы избежать фобоса.

Я не уверен, есть ли место на экваторе, которое не пересекает фобос, если есть - это было бы лучшее место, чтобы поставить свой лифт :)

В противном случае... Что ж, фобосу придется убраться с дороги. Может быть, в вашем будущем это было поражено чем-то другим и уже удалено? Или, может быть, поскольку вам все равно нужен противовес на верхнем конце кабеля, ваши инженеры вывели фобос на ареостационарную орбиту и используют его для этого? (неплохой подвиг, но вы не уточнили, насколько хай-тек мы тут говорим^^)

Вы можете отказаться от бобового стебля и попробовать подвесной крюк, свисающий с Фобоса. Может быть какая-то пусковая система для запуска кораблей с поверхности на встречу со скайхуком, когда он проходит, а затем скайхук подтягивается к Фобосу и дальше (или полезная нагрузка передается в кабины лифта для подъема по скайхуку). Таким образом, корабли будут использовать гораздо меньше топлива, попадая на орбиту Марса, чем в противном случае.

Вместо космического лифта, прикрепленного к поверхности Марса, как насчет модификации поверхности Фултона для системы рекуперации воздуха? https://en.wikipedia.org/wiki/Fulton_surface-to-air_recovery_system

Повесьте кабель с Фобоса и хватайтесь за конец, когда он проходит. Это не настоящий космический лифт, поскольку груз должен добраться до края марсианской атмосферы, прежде чем его можно будет поймать.

Космический лифт

Просто чтобы прояснить другие ответы, требование состоит в том, чтобы противовес находился за уровнем аэростационарной орбиты. Это заставляет его пытаться тянуть остальную часть кабеля вверх и от Марса. В основном есть два подхода, хотя возможно и их сочетание.

1. Поместите противовес сразу за ареостационарным уровнем. Это включает в себя большой, похожий на станцию ​​противовес. Противовес будет расположен близко к ареостационарному уровню 20 428 км (20 414 км над горой Павонис).

2. Протяните кабель примерно в два раза дальше, чем необходимо. Это превращает половину троса в противовес. Таким образом, кабель будет длиннее 40 000 км. Однако люди оставят кабель на ареостационарном уровне. Остальная часть кабеля является просто противовесом.

В любом случае противовес должен находиться за пределами ареостационарного уровня. Но это не должно быть далеко снаружи. Его можно стянуть в один комок или растянуть. Математика работает в любом случае.

Вероятно, было бы проще сдвинуть Фобоса, чем сдвинуть лифт. Перемещение Фобоса — инженерная проблема. Мы не совсем уверены в теории перемещения основания космического лифта.

Я не уверен, что Павонис Монс помогает вам настолько, чтобы оно того стоило. В самом деле, если вы можете управлять кабелем длиной 20 415 км, вы должны быть в состоянии управлять и 20 430 км.

Космическая катапульта

Вы также должны знать, что космический лифт не дает большой пользы в мире без атмосферы. Вам может быть лучше с космической катапультой . Конечно, вы также можете планировать создать на Марсе атмосферу, которая сделает космическую катапульту невозможной. Основная проблема заключается в том, что добавление атмосферного сопротивления (которое увеличивается с увеличением скорости) к силе тяжести делает скорость, требуемую на земле, неприемлемой. Но без атмосферы вам просто нужно провернуть дистанцию, чтобы ускорение заработало.

Еще одна проблема с атмосферой заключается в том, что она разбавляет количество солнечного света, достигающего земли, поэтому у вас меньше энергии. Не такая уж большая проблема с лифтом, который может получать энергию из космоса. Может быть проблема с катапультой, которая целиком стоит на земле.

Космической катапульте значительно помогает увеличение расстояния над землей, с которого она сбрасывается. Так что вы можете завершить его в Павонис Монс. Вероятно, не наверху, а выше обычного уровня земли.

Постройте лифт, протянув кабели вниз от Деймоса и Фобоса в период строительства, добавив эксцентриситет к их орбите в процессе строительства... Вам не обязательно иметь конечную точку привязки прямо над экватором, если есть вторичная точка привязки. точка, равная и противоположная основной по другую сторону экватора, также прикрепленная к Фобосу (который, предположительно, был поднят на ареостационарную орбиту при спуске начального троса).

Несколько возможных решений. Во-первых, как говорили другие, вам нужен кабель для прокладки от планеты до аэростационарной орбиты, ~ 20 000 км, и противовес за его пределами. Этот противовес может быть просто кабелем (не такой же массы, как у основного троса, потому что вы хотите компенсировать силу, а результирующая гравитация не постоянна, а примерно того же порядка величины) или это может быть астероид. Деймос находится вблизи аэростационарной орбиты (~23 000 км), но слишком тяжел для противовеса. Может быть, вы можете взорвать его, чтобы использовать его в качестве веса;)

Что касается Фобоса: он вращается вокруг Марса на расстоянии около 9000 км, что составляет около 3 марсианских радиусов. Одно из возможных решений — синхронизировать автомобили вверх и вниз по кабелю, чтобы деформировать его (как струны гитары), чтобы всякий раз, когда фобос рухнет, кабель находился вдали от него. Это требует тщательно контролируемой хореографии, но, возможно, это возможно. Это то, что AC Кларк сделал в «Фонтанах рая». Другое решение — использовать не экваториальный трос, а Y-образный. Строить сложнее, но я видел предложения по этому поводу. Одна из сторон Y привязана к северу (возможно, 45-60º широты), а другая — к югу. Тогда Фобос может пройти через Y. Я не совсем уверен, что это сработает, потому что Y не будет прямым, а больше похож на ≻- (изогнутый). Два нижних троса должны соединиться за Фобосом, но намного ниже аэростационарной орбиты. И наконец...

А если вы используете кабель в качестве противовеса, у вас есть еще одно преимущество: так как весь кабель движется с угловой скоростью аэростационарной орбиты, когда вы находитесь ниже этой орбиты, вы находитесь на суборбитальной скорости, и если вы оторветесь от кабеля, вы упадете. на Марс. Но если вы находитесь выше этой орбиты, вы быстрее аэростационарного: если достаточно далеко, у вас есть скорость, чтобы покинуть марсианскую систему или даже солнечную систему без использования топлива (представьте, что это праща).

Это может быть второстепенным моментом, но кажется слишком важным, чтобы оставлять его в комментарии:

При закреплении вдали от экватора кабель будет приближаться к экваториальной плоскости как асимптота.

Необходимо учитывать три силы (во вращающейся системе координат):

• центробежная сила, от оси вращения;
• гравитация к центру планеты;
• натяжение по направлению к якорю.

Если якорь не находится на экваторе, каждый из этих двух последних имеет компонент, параллельный оси вращения, противоположный друг другу.

Это делает кабель длиннее и дороже, но это способ избежать Фобоса.

Такой кабель не прямой: он провисает. Существует максимальная широта для якоря, при которой трос ровно лежит на земле; Я не знаю, как это вычислить.

(Насколько массивными могут быть кабель и противовес, не вызывая заметного колебания вращения планеты?)