Как можно было бы доставить длинный шест в космос?

Можно ли привязать длинный шест или набор шестов к внешней стороне ракеты (как ракета-бутылка) или к носу в качестве внешней полезной нагрузки, не мешая аэродинамике ракеты? Как можно было бы нормально доставить на орбиту очень длинный тонкий шест длиной 0,5 км или больше?

Эта ссылка, почему я спрашиваю. Может ли спутник использовать стабилизацию гравитационного градиента и солнечную стабилизацию вместе?

На Земле мы бы перевозили 500-метровый столб частями по 50 м и собирали их там, где нужен столб. Почему мы должны транспортировать длинный шест целиком на орбиту?
@Uwe - Не пришло мне в голову, возможно, потому, что это был один длинный кристалл , который нельзя было разделить?
Если шест достаточно жесткий, то почему бы на него не прикрепить стабилизирующие плавники и двигатель. Когда он будет достаточно высоким, сбросьте плавники и двигатель. Полюс фактически будет твердотельной ракетой.
@Richard: Лопасть турбины может быть отлита как единый длинный кристалл, но было бы очень сложно сделать то же самое с шестом длиной 500 м.
@Uwe - Да, сложно, но не невозможно, даже с современными технологиями производства. Предел не технология, а стоимость
Важной вещью, которая отсутствует в вопросе, является набор фундаментальных требований к шесту. Для чего он будет использоваться? Какие механические требования вытекают из этого использования? Эти требования, наряду с характеристиками материалов-кандидатов, будут определять такие характеристики, как диаметр полюса и толщина стенки, и они будут влиять на выбор метода реализации. При проектировании космической аппаратуры в условиях ограниченной стоимости (а какая реальная миссия, кроме JWST, не ограничена по стоимости?) крайне важно сначала определить цели, а затем проектировать аппаратную часть.
В этом заключается разница между целью миссии и технологическими возможностями . Создание космического корабля, стабилизированного гравитационным градиентом, не является целью миссии, если только цель не состоит в том, чтобы просто продемонстрировать, что стабилизация гравитационного градиента действительно работает, как предполагалось. Целью миссии может быть что-то вроде «Сфотографировать поверхность Земли с разрешением 10 м» или «Принять низкочастотное радиоизлучение Солнца». Эти цели и их реализация будут определять, какой возмущающий крутящий момент необходимо противодействовать, и, следовательно, конструкцию «полюса».
@TomSpilker Могут ли силы гравитационного градиента, электродинамического движения и радиационного давления быть достаточными, чтобы двигаться к полюсу, не повреждая полюс?

Ответы (8)

Лучшим способом сделать это может быть исследование, разработка и отправка «спутника с 3D-принтером» на низкую околоземную орбиту и наполнение его любым материалом в виде жидкости, порошка или нити, что не потребует какого-либо специального крепления или модификации конструкции для существующие ракеты, так как он может заполнить любую форму заданного объема.

Например, одна труба длиной 0,5 км, диаметром 10 см и толщиной стенки 1 мм составляет всего около 0,155 кубометра сырья. Это означает, что спутник для 3D-принтера и необходимое сырье могут поместиться в один запуск.

Конечно, все это сильно зависит от механических нагрузок, которые, как вы ожидаете, выдержит эта трубка.

Я согласен, что изготовление на орбите — единственный практичный способ сделать это. Устройство для аддитивного производства («3D-принтер») на орбите — жизнеспособный подход и мощность, которая нам в конечном итоге понадобится. Другой подход похож на желоб-экструдер (см. ответ @Jim), который берет лист материала (из рулона), сгибает его в трубку и сваривает шов. Сварку можно рассматривать как ограниченный тип аддитивного производства.

Мачты солнечных батарей МКС запускаются в сложенном виде в контейнерах и проходят через механизм развертывания, чтобы собрать их в виде длинного прямого объекта. Я не вижу технической причины, по которой эта система не могла бы использоваться на гораздо более длинной мачте.

Подробнее см. в этом вопросе и ответе: Как выдвигаются и убираются стрелы на МКС (и других космических кораблях)?

Очевидно, что для того, чтобы не быть лапшой, ему потребуется значительно больший диаметр... Это будет полезная нагрузка для Falcon Heavy или Arianne, а не обычный малый запуск.
@SF.: Почему? ОП просто говорит «тонкий», а не как тонкий.
@jamesqf: OP говорит «полюс», а не «лапша». Он должен сохранять в основном прямую форму, не сгибаться петлями и не завязываться узлами, как это было бы в менее жестком (более тонком) варианте.
@SF.: Очевидно, что «столб» сделан из высокопрочной эпоксидной смолы (или аналогичной). Два компонента выводятся на орбиту, намотанные на катушку. Оказавшись там, катушка разматывается, компоненты смешиваются и затвердевают, и у вас есть длинная прямая штанга :-)
@jamesqf: На самом деле это очень хорошая, практически выполнимая идея. По-прежнему потребуется очень сложная инженерия (камера под давлением, чтобы эпоксидная смола не выкипала, с запечатанным отверстием, чтобы выталкивать стержень, когда он затвердевает), но, возможно, дает лучшее соотношение длины и прочности к весу из всех. (хотя, вероятно, не очень долговечный... УФ-деградация.)
@SF.: Чтобы справиться с УФ-деградацией, компоненты могут быть заключены в тонкое покрытие из металлической фольги (например, майларовый воздушный шар). Я оставлю химикам придумать материал, похожий на эпоксидную смолу, который затвердевает в вакууме. Или, возможно, это может быть металлический сплав с памятью формы: en.wikipedia.org/wiki/Shape-memory_alloy

Длинную жесткую конструкцию можно транспортировать в качестве сырья для изготовления в космосе, точно так же, как изготавливаются непрерывные водосточные желоба.

На рисунках ниже вы можете увидеть машину, которая создает жесткий водосточный желоб из компактного рулона листового металла.

Способ обеспечивает компактную транспортировку, ограниченную только уплотненными размерами и весом материала, необходимого для изготовления конструкции. Сама машина достаточно мала, чтобы ее мог нести любой космический корабль, задействованный в развертывании чего-то такого размера, как вы описали.

введите описание изображения здесь введите описание изображения здесь

Канадские спутники Alouette использовали эту технику 56 лет назад для развертывания 45-метровых антенн со спутника диаметром 1 метр .

Это, а также подход к аддитивному производству, предложенный @qq jkzdt, вероятно, являются единственными действительно практичными подходами к этой задаче.
@TomSpilker хороший ответ.
Канадские спутники Alouette использовали эту технику 56 лет назад для развертывания 45-метровых антенн со спутника диаметром 1 метр... spacenet.on.ca/data/pages/canada-in-space/alouette.html
Разница между ними заключается в том, что нижнее изображение представляет собой металл с памятью, который возвращается к своей первоначальной форме, чтобы сделать столб также выдвижным, в то время как машина, используемая для изготовления ливневых желобов, постоянно формирует металл. Какое из двух устройств производит более прочный столб?
@Muze Это новый вопрос.

О тонком столбе длиной 0,5 км легче сказать, чем сделать. Столб для строительных лесов (длина 4 м, диаметр 4 см) может показаться жестким, но соедините несколько встык, и в результате шест будет гибким. Если вы прикрепите его снаружи к ракете, он начнет раскачиваться под аэродинамическими нагрузками.

Бороться с этим можно, увеличивая диаметр, но для поддержки шеста длиной 500 м потребуется диаметр больше самой ракеты, а шест будет слишком тяжелым.

Это важный момент, такой длинный и узкий шест вертикально устойчиво на земле не удержишь, неважно есть под ним ракета или нет.
Черт, я бы сказал, что он начнет раскачиваться до точки коллапса задолго до запуска! Я не знаю, из какого материала вы бы сделали шест, чтобы достичь такой длины даже без поперечного усиления!
Это не моя область знаний, поэтому потенциально глупый вопрос: что, если вы потянете шест за ракетой? Выкопать для него полукилограммовый бункер под пусковой платформой, окружить столб каким-то щитом, чтобы защитить его от выхлопа ракеты. Поскольку, как вы описываете, любой материал длиной 500 м по сути является веревкой. Это вы все себе представляете? Я полагаю, что сбор сил может даже помочь сохранить его прямолинейным.
Это не стартует, потому что шест будет взорван выхлопными газами, и потому что вам нужно в какой-то момент сбросить первую ступень, не потеряв шест.
Я собирался оспорить существование канатов длиной 0,5 км, но у моста Золотые Ворота самый длинный пролет — 1,3 км — и это несущий трос.
@JohnDvorak Согласно этой ссылке на goldengatebridge.org/research/factsGGBDesign.php каждый основной кабель имеет длину около 2,3 км ... но они создаются на месте ....

500-метровый столб окажет очень значительное влияние на аэродинамику ракеты, потому что будет мешать воздушному потоку над ракетой; увеличивая лобовое сопротивление. Особенно после сверхзвука.

Сопротивление было бы чудовищным, и ему нужно было бы выдержать мощные силы Max Q и большие перегрузки при запуске.

Это оставляет нас с несколько неразрешимой проблемой и нашим старым добрым другом: тирания ракетного уравнения:

  • Чтобы выдержать Max G/Q, его нужно укрепить => Его нужно сделать тяжелее => Нужна ракета побольше.

ИЛИ ЖЕ

  • Чтобы выдержать Max G/Q, его нужно запускать медленнее => Нужна ракета побольше.

Однако; складная/телескопическая 500-метровая веха должна быть правдоподобной.

Я создал этот ответ для оставленных комментариев, которые могли бы быть ответом. Если это ваш комментарий, я удалю эту часть из этого ответа, когда вы сделаете из него ответ. Смело используйте иллюстрации ТКС

Из комментариев:

Молниявведите описание изображения здесь введите описание изображения здесь

2) Вы можете послать поляка по имени Хаф Километр Орлонгер, чтобы он отправил на орбиту Полюс Хаф Километр Орлонгер.

3)

введите описание изображения здесь введите описание изображения здесь

(из комментария )

@altendky не стесняйтесь использовать это.
@Keeta Я видел, как смешные ответы преуспели, если вы получили отрицательный голос, просто удалите их. Думаю, оно того стоило.
Спасибо. Я задавался вопросом, сколько голосов он наберет в качестве комментария, прежде чем кто-то сверхсерьезный придет и удалит его. Я видел это как 20 голосов в пятницу.
@Keeta, Muze: ответы могут содержать комические элементы, если весь ответ не является шуткой. Ожидается, что ответы будут фактически касаться проблемы, поднятой автором вопроса. Вопросы, на которые можно ответить только в шутку, обычно закрыты: space.stackexchange.com/q/24120/58 space.stackexchange.com/q/3123/58 . Сравните их с забавными вопросами, ответы на которые действительно основаны на фактах: space.stackexchange.com/q/13051/58 space.stackexchange.com/questions/3195/…

Этот ответ отличается от ответа, который я сделал из комментариев, потому что он мой собственный. Один длинный стержень совершенно невозможен, но, возможно, связка стержней по бокам ракеты, такая как ракета-бутылка, могла бы выйти на орбиту. Конечно, потребуется некоторая модификация, но может ли она работать?

введите описание изображения здесь

Я думаю, что лучше всего было бы иметь «ракету» наверху и тянуть за шест, но не прямо позади - лучше иметь 3+ ракеты в кольцевой конфигурации, разнесенные по бокам достаточно далеко друг от друга и расположенные под таким углом, чтобы выхлопные газы двигателей побеждали. t расплавить трубку с жестким механизмом в верхней/носовой части для поддержания расстояния - это предполагает, что трубка достаточно жесткая, чтобы выдерживать собственный вес за счет ускорения, но изгибающие нагрузки не будут такими большими, как если бы она была толкать снизу, так как теперь аэродинамика помогает удерживать его (в основном) прямо

К сожалению, аэродинамика не сделает ничего подобного и почти наверняка вызовет деструктивные симпатические вибрационные частоты.
Перед запуском шест должен быть установлен вертикально в пределах башни стартовой базы высотой 500 м или в яме глубиной 500 м под стартовой площадкой? Горизонтальное размещение шеста перед запуском может сломать шест во время поворота в вертикальное положение. Если шест не сломается во время разворота, его маятниковое движение после полного отрыва от земли будет трудно контролировать с помощью системы управления ориентацией ракеты.
Думаю ускорение поможет избежать всяких маятнико-вибрационных резонансов, но я его тоже не рассчитывал - что касается запуска, то шест должен стоять вертикально, либо в яме, либо на большой платформе, либо сочетание два
К сожалению, маятник будет качаться только быстрее под действием ускорения.
@user2813274 user2813274 тогда ты должен сделать расчеты. Я согласен с двумя другими. Ускорение не помогло бы достаточно.
@ user2813274 У меня была такая же идея. Упростите это до веса, подвешенного к ракете, и предположите, что ракета выходит на орбиту, следуя простой дуге четверти окружности с постоянной скоростью. Очевидно, что результирующая сила всегда перпендикулярна ракете. Если ракета будет ускоряться по дуге, то эта перпендикулярная сила только возрастет. Это центростремительное ускорение обычно обеспечивается стабилизаторами ракеты и, возможно, двигателем на карданном подвесе. Такое же ускорение (к центру дуги, а не к ракете) потребуется шесту, чтобы не стать маятником.
Представьте себе более жесткую секцию рядом с ракетой — как бутылочную ракету, тянущуюся за веревку.
Как можно было бы доставить длинный шест в космос?
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v