Возможно ли, используя известные законы ускорения, резко снизить силу, необходимую для выхода из гравитационного притяжения Земли?

Такая структура уменьшит количество энергии, необходимой для выхода на орбиту. Но:

• получение конструкции до 17 500 миль в час потребует огромного количества энергии.
• транспортировка космического корабля с Земли к этой структуре по-прежнему означает, что вы должны разогнать космический корабль до 17 500 миль в час. Таким образом, вы не экономите энергию.
• кольцо вокруг Земли потребовало бы огромного количества ресурсов, что сделало бы его строительство непрактичным.

Наиболее практичной реализацией того, что вы описываете, является космический лифт : вертикальная конструкция, прикрепленная к Земле. Если вы подниметесь по этой конструкции на высоту 36 000 км, ваша скорость будет орбитальной. Вы можете выйти из лифта и оказаться на орбите.

Похоже, ваш основной вопрос заключается в том, можем ли мы строить мегаструктуры, использующие пассивный импульс и другие орбитальные характеристики, чтобы упростить выход на орбиту. Можем, но конкретный пример не очень хорош: в нем используется слишком много материала и непонятен метод его использования.

Лучший пример — классический космический лифт. При этом используется принцип, согласно которому требуемая орбитальная скорость становится все ниже и ниже на больших высотах, наряду с увеличением скорости с фиксированной угловой скоростью, для создания восходящей силы на определенных высотах, которая соответствует нисходящему притяжению силы тяжести на более низких. Таким образом, вес одного непрерывного кабеля в его нижней половине поддерживается его «отрицательным весом» в его верхней половине. И, в принципе, можно просто прикрепить нагрузку к кабелю и запустить его с помощью солнечной энергии, энергии луча с земли или чего-то подобного, и когда он поднимется достаточно высоко, он автоматически выйдет на орбиту. К сожалению, есть много очень серьезных проблем с фундаментальной наукой, необходимой для создания космического лифта .

Также возможно сделать скайхуки, которые функционируют примерно так же и имеют большинство тех же проблем, но могут быть отправлены на орбиту на более низких высотах и ​​с более высокими скоростями, жертвуя простотой подключения в обмен на гораздо более дешевую инфраструктуру. Их также можно заставить вращаться в противоположных направлениях, чтобы дать больше времени и меньше энергии для подключения. Всем Skyhooks нужен какой-то способ сбалансировать импульс, потерянный для ускорения их полезной нагрузки; это могут быть либо замедленные массы, возвращающиеся в противоположном направлении, либо высокоэффективные ионные двигатели малой тяги или тому подобное, которые слишком маломощны, чтобы их можно было использовать при запуске обычных ракет.

Наконец, есть цикл запуска, который исходит из того, что что- тодолжен двигаться быстрее, чем орбитальная скорость, и использует магнитную левитацию, чтобы отделить его от контейнера, который является единственной частью, которая должна быть прикреплена к планете и напрямую поддерживать полезную нагрузку. В частности, идея стартовой петли представляет собой очень длинную петлю вакуумных трубок, направляемых магнитом и поддерживаемых цепью железных цилиндров, движущихся значительно быстрее, чем нормальная орбитальная скорость. Две стороны петли будут параллельны на большей части длины, которая будет составлять порядка 3000 км, и будут использоваться тросы с земли, чтобы оставаться на высоте 100 км или около того (достаточно низко, чтобы избежать большинства обломков, но достаточно высока, чтобы игнорировать нагрев тарана даже на орбитальных скоростях). Полезные грузы будут использовать магнитную индукцию для передачи импульса от циркулирующей цепи к себе, когда они будут двигаться по выбранному основному пути. и цепь будет повторно ускоряться в концевых петлях, чтобы компенсировать потерю скорости, и излучать дополнительное тепло от индукции по всей своей длине. Идея пусковой петли имеет несколько существенных преимуществ:

• это практично с текущими материалами и знаниями
• его можно в основном построить на земле, а затем поднять наверх, просто разогнав цепь до проектных скоростей, а не для ракет.

Тем не менее, он, несомненно, по-прежнему очень дорог (десятки миллиардов долларов, скорее всего) и довольно сложно разместить и защитить (предположительно, где-то в океане, на экваторе).

Чтобы достичь заданной орбиты, все, что начинается на поверхности (предположительно, начиная с нулевой скорости относительно поверхности), должно быть ускорено до одной и той же конечной скорости, независимо от используемого метода. Нужно ли ему ускоряться (как это делают ракеты) или цепляться за что-то, уже движущееся так быстро, это ускорение должно каким-то образом происходить. Некоторые методы (например, ракеты) наиболее эффективны, когда они применяют мощный толчок, чтобы быстро поднять полезную нагрузку над атмосферой и достичь орбитальной скорости. Каким бы ни был метод, в целом плохо путешествовать с орбитальной скоростью или близкой к ней в любой существенной атмосфере. Во-первых, это может быть неэффективно из-за создаваемого сопротивления — траты энергии. Другой - тепло; вся эта энергия, теряемая при атмосферном сопротивлении, становится теплом, которое должно куда-то уходить, например, в обшивку автомобиля.

Космические лифты решают некоторые проблемы. Геостационарная орбита по-прежнему требует ускорения, но до более низкой конечной скорости, хотя и требует ввода большей общей энергии, чем низкая околоземная орбита. Лифт добавляет эту энергию в основном за счет подъема полезной нагрузки и придает необходимое ускорение, удерживая полезную нагрузку на одном уровне с кабелем. Большая часть необходимого орбитального ускорения приходится на часть кабеля, которая находится над атмосферой (а это ее большая часть).

С другой стороны, рельсовые пушки сталкиваются с проблемой атмосферного сопротивления. Полезная нагрузка разгоняется до экстремальной скорости и, как только она покидает пушку, становится баллистической, за исключением того, что она сталкивается с атмосферным сопротивлением, что немедленно замедляет ее.

Любой другой метод должен был бы либо иметь дело с гиперзвуковым сопротивлением, поднимать полезную нагрузку из атмосферы перед ускорением, либо одновременно ускорять полезную нагрузку и поднимать ее из атмосферы, удерживая ее в вакууме.