Электромагнитный космический лифт?

Если вы окружите экватор непрерывным кольцом сверхпроводника из ниобия и олова и пробежите где-то рядом, но меньше максимальной плотности тока, магнитное поле Земли будет поддерживать кольцо на низкой околоземной орбите. Может ли такое кольцо заменить космический лифт и космическую станцию?

Очевидно, что с такой вещью не связаны затраты на запуск, вы можете просто включить ток и позволить ему подняться на орбиту. Вращение Земли обеспечило бы необходимую подъемную силу.

Мне нравится идея, но я не могу не представить себе это: «Привет, мы хотели бы построить огромное сооружение прямо посреди вашей экваториальной страны. Не волнуйтесь, это временно, оно взлетит в пространство, когда мы его включим. Конечно, он опустится обратно, когда мы его выключим, но не волнуйтесь, мы не собираемся этого делать..."
Я предполагаю, что необходимую подъемную силу из-за гравитации будет трудно преодолеть из-за небольшого магнитного поля Земли, но если оставить в стороне все проблемы, она может быть неустойчивой из-за теоремы Эрншоу.
@Nathaniel: Я не думаю, что это сложно, учитывая потенциальные доходы от туризма. Вы также можете один раз медленно раскрутить цельноземный маховик в космосе, чтобы дать вам центробежный подъем, и тогда он никогда не упадет. Строительство через океаны - серьезная проблема, так как придется на буйках.
@Alexander: я указал материал и ток в вопросе, и он преодолевает собственный вес. Самым большим препятствием, вероятно, будет «недостаточное количество He на Земле, чтобы охладить магниты».
Я предпочитаю идею петли запуска :) В любом случае, теорема @Alexander Earnshaw верна для статических магнитов, вы можете легко преодолеть ее, постоянно регулируя силу и/или ориентацию магнитного поля (см., например, левитирующий глобус. И «центробежный подъем» ; хотя каждая часть кольца будет находиться на орбите, я думаю, что все это хитроумное изобретение будет по своей природе нестабильным... вероятно, ничего непоправимого, но катастрофический сбой питания сделает это менее привлекательным... Позвольте мне сделать некоторые расчеты.
@RodyOldenhuis: «Теорема Эрншоу» глупа и нелепа, я даже не рассматривал ее. Эта магнитная петля не нестабильна, она вообще не работает. Магнитное поле не проникает в сверхпроводник. Я был просто глуп.
Есть ли что-то, что мешает вам поставить кольцо рядом с полюсами? это не похоже на то, что вы полагаетесь на центростремительное ускорение (по крайней мере, при запуске). Если вы можете постепенно увеличивать кольцо, вы можете медленно перемещать его к экваториальным широтам, уже находясь на орбите.
Рон, а почему бы не применить силу, скажем, на полпути между полюсом и экватором? я не думаю, что вы вынуждены запускать его с экватора, вот и все
@lurscher: Магнитный подъем едва ли вдвое превышает вес NbSn --- вам нужны дополнительные вещи в дополнение к NbSn. Извините, я был глуп во второй раз, а не в первый, магнитное поле не проникает, но поверхностное вытеснение поля, очевидно, создает такое же поверхностное напряжение, как если бы оно проникало, согласно законам сохранения.
@lurscher: Для такой вещи вам нужен запас прочности как минимум в 2 раза! Если он упадет, какая катастрофа. Кроме того, вы захотите раскрутить его до орбитальной скорости, как только он выйдет на орбиту, чтобы сделать его стабильным без тока. Экватор — единственная реальная возможность, учитывая сложность раскручивания проводов по мере их подъема. Вы можете сначала начать с не слишком тяжелого, а затем таким же образом поднимать другие предметы и раскручивать их, как только они будут там.
Пользователи @Ingolfur удалили ответ только по ссылке: вот еще один подход к этой концепции.

Ответы (2)

Я не понимаю, почему мы не можем решить эту проблему очень простым способом. Направление поля и тока кажется правильным, я имею в виду, что они в правильном направлении. Я думаю, вы могли бы сделать это и получить силу вверх . Уравнение для провода в магнитном поле с током:

Ф "=" я л Б

Здесь мы имеем силу, равную силе тока, умноженной на длину, умноженную на магнитное поле. Сила гравитации тривиальна.

Ф "=" λ л г

я л Б "=" λ л г

Здесь λ - линейная массовая плотность, тогда у нас есть длина и сила тяжести. Нам нужно только немного манипулировать этими уравнениями. Если устройство работает, эти две силы будут равны. Я собираюсь использовать цитату из статьи Википедии о ниобий-олово.

В апреле 2008 г. была заявлена ​​рекордная плотность тока без меди: 2643 А/мм² при 12 Тл и 4,2 К [1].

Это дает нам плотность тока. я представлю ф для обозначения этой величины, и она будет определена как таковая.

ф "=" я А

Мы также можем тривиально получить совместимое представление для линейной плотности массы, используя фактическую объемную плотность.

р "=" λ А

Разделите предыдущее уравнение на длину и площадь, чтобы получить:

ф Б "=" р г

У нас есть ценности для всего этого.

  • магнитное поле составляет от 25 000 до 65 000 нТл, поэтому я буду использовать 50 000 нТл
  • плотность ниобия 8,57 г/см^3, я назову это достаточно хорошим

ф Б "=" ( 2643 А м м 2 ) ( 50 000 × 10 − 9 Тесла ) "=" 132 , 150 к г м 2 с 2

р г "=" ( 8,57 г с м 3 ) ( 9,8 м с 2 ) "=" 83 , 986 к г м 2 с 2

Эти цифры удивительно близки. Если мы возьмем меньшее значение магнитного поля, мы обнаружим, что это не сработает. Кроме того, поскольку для этого вам нужна температура <5K, охлаждение увеличит линейную массовую плотность. Мы приходим к выводу, что современные технологии недостаточно хороши для этого. Плотность тока недостаточно хороша с достаточным запасом.

Поскольку формула не работает , сверхпроводник выбрасывает поле, значительной силы нет.
Я сделал этот расчет перед тем, как задать вопрос, и заметил близкое совпадение, поэтому и задал его. Причина, по которой мы находимся на экваторе, заключается в том, что магнитное поле там наиболее сильное, и оно примерно вдвое превышает вес сверхпроводника. Но идея не работает , сверхпроводник вытесняет поле. Я просто облажался, и только потом заметил.
@RonMaimon, сверхпроводник типа II будет иметь фиксацию потока, которая будет создавать большой крутящий момент, но вам нужен некоторый ток.
@lurscher: не важно, закреплен он или нет, сила, действующая на сверхпроводник с током, как всегда, является IBL, как это видно из законов сохранения (например, рассмотрим два провода, по которым текут параллельные токи, законы сохранения не допускают сила изменится, когда человек станет сверхпроводящим). Мой комментарий выше глупый, идея здравая. Независимо от того, изгоняете вы поле или нет, напряжение поля все равно дает вам одну и ту же магнитную силу. Извините за глупость.
Спасибо за ответ, я был не прав насчет исключения, и я извиняюсь за то, что ходил туда-сюда, но я стеснялся спросить что-то столь недоработанное. Конечно, я сделал расчет по физике 101, и это правильно, поэтому +1 вам за то, что вы сказали очевидное, потому что это правда.
Я только что заметил ваше последнее предложение---это неправда, что это невозможно---это очень практично с точки зрения стоимости запуска. В результате получается космическая структура, на которую можно подняться на лифте, а затем построить стартовую площадку для космических кораблей в стиле Ориона, не дающих атмосферных осадков, дешевых космических телескопов, космического туризма и вообще всего, что является обычной космической станцией. делает, но не в 0g. Можно сделать цепочку таких конструкций до 6000 км вверх.

Когда провод поднимается, ток совершает работу, поэтому ток падает, и его необходимо заменить, чтобы продолжить подъем. Таким образом, стоимость запуска — это электроэнергия, которую необходимо обеспечить на пути вверх. Конечно, подъемная сила определяется текущим временем, умноженным на поле, и этого должно быть достаточно, чтобы поднять провод, охлаждающее устройство и полезную нагрузку. Поднятие длины провода и охлаждение для кругосветного путешествия, вероятно, потребует большей мощности, чем для ракеты.

Это неправда --- ничего не растет, моя идея глупая.
@RonMaimon: позволю себе не согласиться. Это не глупая идея — возможно, непригодная для использования с учетом уровня техники, но уж точно не глупая. Опять же, я могу быть предвзятым, потому что у меня была похожая мысль (+:
@Everyone: Вы правы, моя идея, что это глупо, была глупой. Идея работает. Сверхпроводник вытесняет поле, но сила магнитного тока такая же, как если бы это было не так, сила просто действует на поверхность провода, а не в объеме (или вокруг вихря). Напряжения поля, которые передают силу, такие же, как и вокруг провода, и детали внутренней части не имеют значения, за исключением детального распределения силы.
Извините, игнорируйте верхний комментарий выше, выброс магнитного поля вообще не важен, подъемная сила определяется законами сохранения вдали от провода, и ему все равно, сверхпроводящий провод или нет. Подъемная сила обеспечивается магнитным полем Земли, а подъемная сила обеспечивается вращением Земли --- Земля замедлится бесконечно мало, вот и все.
@RonMaimon - почему вы говорите, что вращение Земли обеспечивает подъемную силу? Я предположил, что магнитное поле будет иметь значение, и вам придется проделать работу (подавая ток в гигантский индуктор), чтобы оторвать эту штуку от земли. Вас убьет не масса провода, а криостат вокруг него (даже без массы гелия)...
@Floris: Вам не нужно работать, чтобы поднять вещь с земли, вы подаете ток один раз, это почти не работает, затем вы охлаждаете его до сверхпроводимости, и он улавливает ток там. Затем вы отпускаете его, и он поднимается вверх, Земля просто замедляется, поднимая его. Магнитное поле Земли в конечном счете возникает из-за того, что ядро ​​вращается. Криостат не должен быть тяжелым по сравнению с проводом, проводом может быть пучок проводов радиусом 1м, охлаждение на границе. Это вполне осуществимо.
Электромагнитный космический лифт?
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v