Технология моста легче воздуха

С инженерной точки зрения мост LTA подобен понтонному мосту . По сути, у вас будет непрерывная линия воздушных шаров (или несколько линий, если вы готовы платить больше за повышенную избыточность), надутых подъемным газом по вашему выбору. Группы воздушных шаров будут поддерживать сегменты моста, и каждый сегмент будет привязан к земле внизу несколькими якорными тросами.

В необычно суровую погоду (например, ураган, который случается раз в столетие) мост можно «приземлить», разделив сегменты, выпустив немного подъемного газа и используя страховочные тросы, чтобы направить части на землю. Вы бы не стали этого делать, кроме как в крайнем случае, поскольку повторный запуск моста требует почти такой же работы, как и его сборка. Посадку можно выполнить менее чем за сутки, так как каждый кусок можно приземлить независимо, но перезапускать нужно по одному сегменту за раз, от концов к середине, чтобы все выровнялось.

1. Да, это осуществимо. Вам нужно избегать строительства такого моста в районах, подверженных суровой погоде (где «суровая» погода зависит от доступной технологии, например, если вы можете производить огромные листы кевларовой ткани, вы можете справиться с гораздо более сильными штормами, чем если бы вы были с использованием газонепроницаемых шелковых и конопляных канатов).

2. Как и в случае с понтонным мостом, практически нет ограничений на длину моста: каждый сегмент является самонесущим и самостабилизирующимся, а соединение с соседними сегментами осуществляется только для поддержания выравнивания.

3. Нельзя сравнивать мост и самолет. Мост LTA имеет высокие первоначальные затраты на энергию, но после того, как он будет установлен, затраты на энергию в основном будут связаны с заменой подъемного газа, потерянного из-за утечки или преднамеренных выбросов. Самолет, с другой стороны, имеет высокую стоимость энергии за рейс.

4. Висячий мост может проходить между башнями не менее 2000 метров; промежутки подхода могут легко утроить это. Если вы хотите построить массивную опорную конструкцию, эстакада или виадук могут пересекать практически неограниченное расстояние.

Существенная проблема с подвеской моста на воздушных шарах заключается в том, как поддерживается нагрузка от трафика.

Допустим, ваш мост находится в равновесии под действием собственного веса. Когда вы добавляете транспортные средства, идущие по мосту, количество газа в ваших баллонах не увеличивается, поэтому они не обеспечивают дополнительной подъемной силы. Таким образом, вес транспортного средства (автомобилей) должен переноситься исключительно обычными средствами, т. е. за счет изгиба настила моста. При очень длинном пролете вам понадобится очень жесткий мост, чтобы не получить чрезмерного прогиба.

Обратите внимание, что эта проблема не возникает из-за мостов понтонного типа (которые, как отметил Марк, вероятно, ближе всего к вашему «баллонному мосту» из всех настоящих мостов). Это связано с тем, что при добавлении транспортных средств к опорам понтона увеличивается вертикальная реакция опор, т. е. увеличивается контактное давление между понтоном и водой.

Лучше всего придерживаться традиционных стилей мостов, но использовать передовые материалы. Текущие рекорды для пролетов мостов составляют (приблизительно) 1 км для вантовых и 2 км для подвесных. Основным ограничением для увеличения этих пролетов является вес тросов - каждый трос должен нести собственный вес, а также часть веса настила моста и движения транспортных средств. Кабели на нынешних самых длинных мостах в основном несут собственный вес. Вы можете решить эту проблему, сделав кабели из чего-то более легкого, чем сталь, например, из углеродных нанотрубок. Это, очевидно, не делается в настоящее время из-за чрезмерной стоимости углеродных нанотрубок, когда нужно было бы такое большое количество.

Воздух невероятно легкий. Трудно представить какие-либо материалы, которые на самом деле легче воздуха и в достаточной степени сохраняют подъемную силу под нагрузкой.

Однако можно использовать воздушные шары в качестве подъемного устройства. Газ является предметом некоторых споров. Гелий имеет подъемную силу 1 грамм на литр , что не очень много. Водород примерно на 8% лучше, но он легко воспламеняется, поэтому его больше не используют в дирижаблях. Найдите Гинденбурга. Метан также можно использовать, и он не так легко покидает воздушные шары, но это гораздо худший подъемный газ. Итак, займемся гелием.

Давайте также скажем, что мы используем хороший усовершенствованный графен для создания этого моста; хотя в настоящее время он недостаточно развит, чтобы сделать это, вполне возможно, что скоро. Графен имеет массу 0,77 мг на квадратный метр или 21,36 миллиграмма на кубический метр.

Мы строим мост. Сколько материала для этого нужно? Предполагая, что пролет 1 км, ширина 10 м и средняя глубина всего 50 см (что должно поддерживать достаточно для ваших нужд), это дает:

Следовательно, чтобы поднять только мост, нужно 106,8 литров гелия. Вам понадобится дополнительный гелий, эквивалентный весу транспортного средства в граммах, когда транспортное средство пересекает (или человек в этом отношении). Допустим, ваш самый тяжелый автомобиль весит 1 тонну. Это дополнительные 1 000 000 литров гелия...

Короче говоря, вам понадобится много гелия. Это довольно непрактично.

В Массачусетском технологическом институте вышла отличная статья:

http://cba.mit.edu/docs/theses/15.09.Carney.pdf

В нем авторы описывают возможное применение легких ячеистых решеток, сделанных из кристаллоподобного массива распорок:

Это, конечно, не «легче воздуха», но там много пустого пространства, и это реально достижимо.

Мост может быть как можно длиннее, если использовать портальный ассемблер на солнечных батареях, например:

https://www.youtube.com/watch?v=7MssR1zmlpU

Или с помощью двуногих роботов, показанных здесь:

https://www.youtube.com/watch?v=ytRJHtg_jJw&t=1m9s

Ячейки («треугольные бипирамиды»?), по-видимому, должны быть изготовлены в большом количестве, прежде чем их можно будет использовать в сборке.

Как уже упоминалось, ваша идея сродни плавучим мостам. В Сиэтле есть одни из самых больших:

Они удерживаются в устойчивом состоянии с помощью угловых анкерных тросов на морском (или озерном) дне.

Таким образом, на самом базовом уровне можно рассматривать плавучий воздушный мост так же, как плавучий водный мост, прикрепляя якорные тросы к поверхности внизу.

Однако есть несколько существенных отличий:

• плавучий мост имеет некоторый боковой «поворот» из-за приливов, волн и тому подобного. Парящий воздушный мост будет иметь то же самое, но в гораздо большем масштабе, учитывая, что сопротивление воздуха будет намного меньше (вспомните сцену с веревочным мостом в Храме Судьбы). Ваша система крепления должна быть довольно сложной, чтобы предотвратить скручивание настила мостика в воздухе.
• плавучий водный мост поддерживается одинаково по всей длине. Плавучий воздушный мост с использованием воздушных шаров будет поддерживаться только в точке соединения воздушного шара с палубой. Это означало бы, что конструкция моста должна быть усилена, чтобы выдерживать точечные нагрузки гораздо больше, чем плавучий водный мост. (Возможно, это можно исправить, если воздушные шары заменят основные башни стандартного подвесного моста ... по сути, подвесной мост будет поддерживаться воздушными шарами, а не башнями).

Я не инженер, но, возможно, некоторые из этих проблем можно решить с помощью другого рецепта атмосферы. Возможно, атмосфера на этой планете намного плотнее, чем на Земле, что делает эти идеи более практичными.

Отличный ответ Марка охватывает большую часть этого, но есть еще одна вещь, которую он упустил.

Подъемный газ выходит из воздушных шаров, например гелиевых шаров, через несколько дней после того, как вечеринка уже уменьшилась.

Независимо от того, что вы пытаетесь сделать, у вас постепенно будет выходить подъемный газ из понтонов, поэтому часть графика обслуживания моста будет заключаться в том, чтобы люди проходили и пополняли их. Жизнеспособность моста будет в значительной степени зависеть от наличия подъемного газа и от того, насколько быстро (или медленно) может быть обеспечена утечка.

Как насчет воздушных змеев?

Вам понадобятся горизонтальные растяжки, чтобы противодействовать боковой составляющей силы, и компьютерное управление углами воздушных змеев по отношению к ветру - возможно, вы могли бы предположить, что устойчивый стоковой ветер направляется каньоном. Ветер сильнее на большей высоте. Если бы ветер был достаточно постоянным и достаточно сильным, вы могли бы использовать сам мост в качестве подъемного тела.

Как обсуждалось в комментариях и других ответах, есть несколько проблем:

- Добавление плавучих шаров к мосту уменьшит весовую нагрузку, но не уменьшит ветровую нагрузку (на самом деле это усугубит ситуацию).

- Лифтовый газ со временем будет просачиваться.

Вот мое решение

Канатная дорога / подъемник с нейтральной плавучестью!

Это в основном то же самое, что и обычная канатная дорога / лыжный подъемник, за исключением того, что вес автомобилей / кресел уменьшен плавучим воздушным шаром. Это позволяет увеличить пролеты. Во время сильного ветра все автомобили должны быть отбуксированы к базовым станциям, чтобы предотвратить их повреждение.

Одна из проблем заключается в обеспечении того, чтобы автомобили действительно имели нейтральную плавучесть, прежде чем они будут выпущены, иначе ненагруженный автомобиль будет тянуть трос так же сильно, как и перегруженный. Изменение количества громоздкого подъемного газа кажется неудобным, поэтому, вероятно, это будет сделано с помощью балластных грузов.

Наконец, если на каком-то участке пролета потребуется промежуточная опора, как упоминалось в моих комментариях к вопросу, вы можете сделать А-образную раму из двух тросов, привязанных к полу каньона слева и справа от направления движения, удерживаемых в натяжение баллоном. Маловероятно, но возможно, что это было бы более экономично, чем стальной пилон на некоторых мирах (т.е. с очень плотной атмосферой).