?

Log in

No account? Create an account

Previous Entry | Next Entry

Трамвай Фаэтона

Ничто так не стимулирует ум и не будит воображение, как просмотр телевизора, а все кто не согласен - просто зазомбированы фейсбуком. Предъявлю очередное доказательство этого тезиса.  Вот эта картинка из фильма вдохновила меня на изложенное ниже:
SP1
Если кто не понял, тут изображена висящая в воздухе железная дорога, поддерживаемая реактивными двигателями
Реактивный двигатель под дорогой
В приложении к стационарной железной дороге эта идея конечно совершенно бессмысленна. Но вот как насчет того, чтобы временно поднять "железную дорогу" в верхние слои атмосферы, и разогнать по ней "поезд" до первой космической?

Переформулируем идею в менее паропанковском ключе: в верхние слои атмосферы можно временно поднять линию электропередач, которая может с земли обеспечивать энергией разгон летящего вдоль нее космического корабля с рогами-токоприемниками. Сделаем прикидки.

С человекотерпимым ускорением 3g космический корабль требует для разгона до 1й космической около 270 секунд и 1000 км, то есть именно такой длины нам потребуется ЛЭП.

Современный сверхпроводящий кабель длиной 1000 км, способный провести 30 ГВт, будет весить около 2.5 тысяч тонн1).  Пусть кабель поднимают питающиеся от него же (гипотетические) электротурбинные двигатели, возможности которых совпадают с возможностями турбореактивных двигателей: скорость до 3 мах, практический потолок 25 км. Разогнанный вверх до такой скорости кабель с такой высоты может взлететь по инерции до 70 км (если пренебречь сопротивлением воздуха), чего уже более-менее достаточно для того, чтобы сопротивление воздуха не мешало космическому кораблю разгоняться2). Подъем 2500 тонн на высоту 70 км в сумме потребует полмиллиона киловатт*часов энергии.

Поднимать кабель вверх требуется не весь одновременно, а  с таким расчётом, чтобы каждый участок долетал до высоты 70 км непосредственно перед прибытием в эту точку "вагона". Соответственно, на заключительном этапе разгона за одну секунду на высоту 70 км должен подниматься участок кабеля длиной 8 км. Это дает нам минимально необходимую мощность - 15 гигаватт. Если считать, что электротурбодвигатели еще приблизительно столько же потратят на разгон воздуха для создания реактивной струи, получается, что кабель проводит мощность, достаточную для его собственного подъёма.

Заметим, что между окончанием вертикального разгона кабеля и достижения им рабочей высоты пройдет около ста секунд. То есть в течение последних 100 секунд разгона всю мощность, подводимую кабелем, можно тратить на разгон корабля, и из этого можно вычислить3) максимально возможную массу корабля - 125 тонн. За сто секунд корабль с ускорением 3g разгонится с 5 до 8 км/с и пройдет большую часть пути (650 км). Необходимость предотвращения сильного снижения ускорения на участке разгона до 5 км/с накладывает  более суровое, но менее точное ограничение на массу корабля: тонн пятьдесят.

Да, и чтобы "вагон" тратил получаемую от кабеля энергию только на разгон, желательно передавать кабелю и (механический) импульс, так что мы опять приходим к чему то близкому если не к железной дороге, то, по крайней мере, к фуникулеру. Пятидесятитонный корабль для ускорения 3g должен тянуть кабель с силой в 150 тонн. Для того, чтобы кабель это выдержал, углеродные нанотрубки не нужны, хватит стекловолокна с сечением 5 см2.

Выглядеть аппарат будет как гибрид перевернутого фуникулера (едущего над проводом), "Шаттла" (крылышки будут полезны как во время подъёма в верхние слои атмосферы, так и на случай, если "вагон" сорвется с провода), и корабля из "Матрицы" (если кто не заметил - для замыкания цепи нужно как то избавляться от зарядов, и это можно сделать с помощью термоэлектронной эмиссии, для чего потребуются раскаленные докрасна электроды площадью несколько квадратных метров, из которых в нижних слоях атмосферы будут бить молнии).

В сумме, электроэнергия, потраченная на запуск, обойдется приблизительно в 200 тысяч долларов. А необходимая мощность приблизительно равна вырабатываемой китайской гидроэлектростанции "Три ущелья". Основные капитальные затраты: приблизительно столько же ниобия, сколько его в Большом Адронном Коллайдере, и несколько тысяч электро-воздушно-реактивных двигателей, которых кажется не существует даже в проекте.

Примечания:
1) Al-NbTi сверхпроводящая жила, использующаяся в установке ATLAS на БАК, выдерживает ток 60 кА, напряжение можно положить 500 кВ (как у дальних воздушных ЛЭП). Площадь сечения 5 см2, плотность ниобий-титанового сплава - 6 г/см3, но ниобий-титановые нити составляют лишь небольшую часть объема жилы, так что средняя плотность практически равна плотности алюминия, и вес жилы 1000км  длины составит около 1500 тонн. Еще конечно нужна и термоизолирующая оболочка, способная уберечь от испарения жидкий гелий в течении 10 минут, вес которой мы волевым решением положили 1000 тонн. Экспериментальные образцы сверхпроводящих кабелей выдерживают и на порядок большую плотность тока, так что высчитывать все точно нет смысла.

2) На такой высоте, при разумных габаритах КК потери энергии на трение о воздух в течении разгона составят около 10 процентов, если верить ньютоновской формуле для трения.

3) Мощность необходимая для ускорения W=mva, так что при разгоне с постоянным ускорением максимальная мощность нужна в конце.

"автор строго соблюдает законы физики" (с) один клиент science_freaks

Comments

( 91 comments — Leave a comment )
Page 1 of 4
<<[1] [2] [3] [4] >>
egh0st
Sep. 3rd, 2013 05:42 pm (UTC)
хороший текст.

но всё-таки.

1. идея не нова (ц) более того, есть более и продвинутая.


2. вопрос в КПД воздушных движков на большой высоте.

3. основные потери ракеты на трение на высотах порядка 10-20км. Дальше уже много легче.



встречное предложение (я не физик, считать не могу :). Взять ту же электроэнергию, без всяких гелием и суперкондукторов. Загнать её же в рейлган и рельсой так и пустить. Потери на сопротивление будут много выше, зато нету потерь на кабель и его подъём (не говоря уж о стоимости изготовления 1000км сверхпроводника).
antihydrogen
Sep. 3rd, 2013 06:06 pm (UTC)
Если стрелять на уровне моря или даже на уровне гор - при скорости 8 км/с сразу сгорит в атмосфере.
(no subject) - egh0st - Sep. 3rd, 2013 06:39 pm (UTC) - Expand
(no subject) - eldhenn - Sep. 4th, 2013 12:19 am (UTC) - Expand
(no subject) - egh0st - Sep. 4th, 2013 02:29 pm (UTC) - Expand
на двух с половиной:) - SelenIT2 - Dec. 19th, 2013 08:12 am (UTC) - Expand
(no subject) - antihydrogen - Sep. 4th, 2013 04:22 am (UTC) - Expand
(Deleted comment)
(Deleted comment)
(no subject) - crustgroup - Sep. 13th, 2013 01:24 am (UTC) - Expand
(no subject) - antihydrogen - Sep. 13th, 2013 04:26 am (UTC) - Expand
(no subject) - crustgroup - Sep. 13th, 2013 07:45 am (UTC) - Expand
(no subject) - antihydrogen - Sep. 15th, 2013 01:30 pm (UTC) - Expand
Слипстрим - wins_nosaer - Oct. 27th, 2013 11:53 am (UTC) - Expand
(no subject) - fiberline - Apr. 12th, 2015 05:46 am (UTC) - Expand
(no subject) - egh0st - Apr. 12th, 2015 10:30 am (UTC) - Expand
(no subject) - fiberline - Apr. 12th, 2015 10:36 am (UTC) - Expand
(no subject) - egh0st - Apr. 12th, 2015 10:37 am (UTC) - Expand
(no subject) - fiberline - Apr. 12th, 2015 10:38 am (UTC) - Expand
(no subject) - egh0st - Apr. 12th, 2015 11:49 am (UTC) - Expand
egh0st
Sep. 3rd, 2013 05:42 pm (UTC)
про продвинутый дизайн
http://en.wikipedia.org/wiki/Launch_loop
antihydrogen
Sep. 3rd, 2013 06:02 pm (UTC)
Про пусковую петлю я конечно знаю и считаю самой остроумной из идей установок для запуска в космос. Но построить трубу, внутри которой постоянно несется со скоростью 14 км/с трос, суммарной массой в несколько сот тысяч тонн, будет на несколько порядков сложнее и дороже, чем реализовать мое сравнительно скромное предложение. А экономия электроэнергии от отсутствия подъемов-спусков для снижения цены запуска ничего не даст, поскольку основные затраты в запуске - отнюдь не энергия, а амортизация оборудования.
antiphoton
Sep. 3rd, 2013 06:55 pm (UTC)
Двигатели, скорее всего, тоже что-то весить будут. Вполне возможно, что увеличат вес летучего кабеля (а значит и все затраты на его подъем) вдвое.
antihydrogen
Sep. 4th, 2013 11:41 am (UTC)
Автор на этот случай заложил в проект скрытый резерв мощности: предполагавшееся в оценках напряжение 500 кВ для сверхдальних воздушных ЛЭП типично, но не максимально - на самых суровых используют и 1000 кВ.
eldhenn
Sep. 4th, 2013 12:10 am (UTC)
Я не понял. Мы поднимаем кабель? А источником ЭДС в нём что будет служить?
antihydrogen
Sep. 4th, 2013 04:20 am (UTC)
Начало кабеля никуда не поднимается, оно подключено к электростанции на земле, в этом вся суть.
(no subject) - eldhenn - Sep. 4th, 2013 04:29 am (UTC) - Expand
v1adis1av
Sep. 4th, 2013 07:38 am (UTC)
Кабель нам нужен, чтоб электричество проводить, то есть для перенесения одного килограмма электронов проводимости приходится забрасывать на высоту несколько десятков тонн ядер, пассивного то есть груза. Страшно неэкономично. А можжет, без кабеля обойтись, а как проводник использовать воздух, только лазерами воздушный столб ионизировать вначале, а потом ударной ионизацией поддерживать разряд.
antihydrogen
Sep. 4th, 2013 11:09 am (UTC)
Глядя на газоразрядную лампу, предположу, что у ионизированного столба воздуха будут огромные потери на излучение.
(no subject) - v1adis1av - Sep. 4th, 2013 01:12 pm (UTC) - Expand
Вот кстати да. - antihydrogen - Sep. 4th, 2013 02:49 pm (UTC) - Expand
Re: Вот кстати да. - v1adis1av - Sep. 5th, 2013 12:58 am (UTC) - Expand
Re: Вот кстати да. - antihydrogen - Sep. 5th, 2013 05:18 am (UTC) - Expand
Re: Вот кстати да. - v1adis1av - Sep. 5th, 2013 05:33 am (UTC) - Expand
8aetherous8
Sep. 4th, 2013 11:11 am (UTC)
Спасибо за кучу интересных цифр!

P.S.: Что же касается проблемы выхода в космос - то мне кажется, что самый простой и доступный к настоящему моменту способ удешевить выход в космос - это поднимать ракеты самолётом (или дирижаблем) на высоту ~10-15 километров и стартовать уже оттуда.

А крупногабаритные грузы разделять на маленькие порции и состыковывать уже на орбите.
antihydrogen
Sep. 4th, 2013 11:31 am (UTC)
Кстати говоря, у меня была альтернативная идея по методу подъема кабеля: воздушные шары поднимаются до 50 км, для удержания кабеля на такой высоте потребовалась бы труба с водородом диаметром 50 метров. Но после прикидок пришел к выводу что на 50 км потери из-за сопротивления воздуха при разгоне аппарата будут слишком большими.

А с самолетов в космос ракеты уже давно запускают, см. ru.wikipedia.org/wiki/Пегас_(ракета-носитель)
(no subject) - fiberline - Apr. 12th, 2015 05:56 am (UTC) - Expand
(no subject) - 8aetherous8 - Apr. 21st, 2015 08:39 pm (UTC) - Expand
antiphoton
Sep. 4th, 2013 04:44 pm (UTC)
А что за фильм-то :)
livejournal
Sep. 15th, 2013 07:58 am (UTC)
Рай — не на Земле (UNI8)
Пользователь vodolei30m сослался на вашу запись в записи «Рай — не на Земле (UNI8)» в контексте: [...] Не потому, что это самый лучший вариант. И отнюдь не потому, что у нас плохо работает фантазия [...]
livejournal
Sep. 15th, 2013 08:33 am (UTC)
Рай — не на Земле (UNI8)
Пользователь anatfedos1 сослался на вашу запись в записи «Рай — не на Земле (UNI8)» в контексте: [...] Не потому, что это самый лучший вариант. И отнюдь не потому, что у нас плохо работает фантазия [...]
shortki
Sep. 15th, 2013 10:27 am (UTC)
Гроздь аэростатов удержит кабель на самом энергозатратном месте (высота до 50 км) практически ничего не расходуя "на себя", энергия уйдёт на охлаждение кабеля, разгон полезного груза и вывод кабеля на последние несколько десятков километров где аэростаты уже "не держут", но там уже и тяготение и температура ниже.
antihydrogen
Sep. 15th, 2013 01:35 pm (UTC)
http://antihydrogen.livejournal.com/36333.html?thread=270317#t270317

http://antihydrogen.livejournal.com/36333.html?thread=270829#t270829

Ускорение свободного падения на высоте 100 км лишь на 3% меньше, чем на высоте 0 км.
livejournal
Sep. 15th, 2013 11:46 am (UTC)
Рай — не на Земле (UNI8)
Пользователь konsul_777_999 сослался на вашу запись в записи «Рай — не на Земле (UNI8)» в контексте: [...] Не потому, что это самый лучший вариант. И отнюдь не потому, что у нас плохо работает фантазия [...]
livejournal
Sep. 15th, 2013 12:40 pm (UTC)
Рай — не на Земле (UNI8)
Пользователь vladimir_krm сослался на вашу запись в записи «Рай — не на Земле (UNI8)» в контексте: [...] Не потому, что это самый лучший вариант. И отнюдь не потому, что у нас плохо работает фантазия [...]
susanin79
Sep. 16th, 2013 01:50 am (UTC)
А что за фильм?
antihydrogen
Sep. 16th, 2013 03:52 am (UTC)
Вы не первый задаете этот важнейший вопрос, так что подскажу - первая картинка кликабельна.
(no subject) - susanin79 - Sep. 16th, 2013 06:48 am (UTC) - Expand
Ivan Gutorov
Oct. 5th, 2013 05:19 pm (UTC)
краудфандинг для ученых
Здравствуйте, у меня к вам необычный вопрос!

Как вы относитесь к идее краудфандинга, как способу поддержки научных исследований российских ученых?

Допустим, у вас есть потребность в оборудовании, опытных образцах и т.п. - вы обращаетесь к нашему сайту, и начинается кампания по сбору средств. После окончания срока кампании, собранные деньги будут переданы вам. Мы берем небольшой процент. Если в течение кампании необходимая сумма не набрана - деньги возвращаются жертвователям. Результаты проектов и исследований публикуются на сайте.

Мы сейчас работаем на опытным образцом такого сайта - хотим понять насколько это полезно!

Edited at 2013-10-05 09:20 pm (UTC)
levgilman
Jun. 11th, 2014 03:20 am (UTC)
Смотрите ОТС Юницкого.
Page 1 of 4
<<[1] [2] [3] [4] >>
( 91 comments — Leave a comment )