Можно ли построить сотовый вакуумный шар? [закрыто]

Вы можете загрузить приличный титановый сплав примерно до$500 \mathrm{MPa}$(предел прочности при сжатии указывается не менее$850 MPa$, но вам нужно оставаться ниже предела эластичности и иметь некоторый запас прочности). То есть$5000$раз больше, чем давление на уровне моря. Поэтому опорные элементы должны занимать около$\frac{1}{5000}$объема. При плотности около$4500 \frac{\mathrm{kg}}{\mathrm{m}^3}$, средняя плотность не менее$0.9 \frac{\mathrm{kg}}{\mathrm{m}^3}$. Это чуть лучше, чем$1.225 \frac{\mathrm{kg}}{\mathrm{m}^3}$воздуха, но намного хуже, чем$0.09 \frac{\mathrm{kg}}{\mathrm{m}^3}$водорода или$~0.17 \frac{\mathrm{kg}}{\mathrm{m}^3}$или гелий. И это только вес опоры — для удержания вакуума обшивка тоже будет намного тяжелее.

Поэтому нет никакого способа, чтобы это могло быть лучше, чем традиционные аэростаты, заполненные водородом или гелием, и вряд ли оно вообще оторвется от земли на практике, хотя приведенная выше приблизительная оценка предполагает, что это едва ли возможно.

Если бы для этого была причина, в идеале вы бы хотели использовать структуру, подобную пене с открытыми порами, с упором на минимизацию размера ячеек. Металлические микрорешетки справились бы намного лучше, чем соты.

Но даже лучше, чем микрорешетки, была бы какая-то очень сжимаемая структура, которая автоматически адаптировалась бы к внешнему давлению. Вам нужна очень прочная конструкция, чтобы выдерживать атмосферное давление на уровне моря, но плотный воздух также обеспечивает большую подъемную силу. С увеличением высоты аэростатическая подъемная сила уменьшается. Таким образом, вам нужна все более легкая структура, но она будет подвергаться все меньшему давлению и может быть намного слабее.

Материал, решающий эту проблему, действительно существует — он называется газом. По мере того как атмосферное давление уменьшается с высотой, газ расширяется и становится менее плотным. Когда газ выходит наружу, воздушный шар буквально становится легче по мере подъема.

Проблема концепции «вакуумного баллона» даже не в отсутствии достаточно прочных материалов. Это уменьшение подъемной силы с высотой. Воздушный шар диаметром 100 метров создаст подъемную силу 5000 тонн на уровне моря, но менее 2,5 кг подъемной силы на линии Кармана, нижней границе космоса.

Теоретически, если оболочка может быть достаточно легкой, край космического шара не является абсолютно невозможным. Но для любого заданного конечного уровня прочности материала он будет летать выше с водородом (или гелием) внутри, чем с вакуумом и структурой.

Любой гипотетический материал лучше использовать для изготовления более тонкой оболочки, вмещающей больше газа. Поскольку нет предела тому, насколько легким может стать газ при снижении давления, нет такой высоты, на которой у вас была бы причина переключаться на вакуум.

У газа есть и практическое преимущество — он выравнивает давление, поэтому наполненный газом воздушный шар не подвергается взрывной рекомпрессии и быстрому опусканию, как только крошечная пылинка проделает в нем дырку.