Продолжаем серию статей об орбитальной инфраструктуре, в прошлой статье мы разбирались с орбитальным ускорителем, а в этой статье разберемся с аккумулятором орбитального момента, примерно посчитаем необходимую массу магнитов, сколько масла нужно сжечь, чтобы выведите такую дорогу на орбиту, и оцените возможности такого аккумулятора.
Принцип работы довольно прост. Бросаем поезд на магнитной левитации на высоту 400 км, чтобы подняться на такую высоту нужно будет подбросить поезд вверх со скоростью ~1,7 км/с, если это сделать с помощью обычной ракеты, то при удельном импульсе 3500 м/с на каждую тонну полезного груза потребуется сжечь 650 кг топлива, для сравнения: многоразовый Falcon 9 сжигает 33 тонны топлива для вывода на орбиту 1 тонны = в 50 раз больше.
Итак, мы забрасываем поезд на высоту 400 км, где он встречает трамплин, расположенный на орбите и движущийся со скоростью 7,9 км/с.
Трамплин геометрически является частью круга (в данном примере — четверти).
При проезде под поездом магниты поезда начинают отталкиваться от магнитов трамплина с ускорением 9,8 м/с.
, но из-за кривизны трамплина поезд не может улететь с трамплина, потому что когда поезд разгоняется «вверх» на 10 м/с и поднимается на 5 метров выше, дорога тоже поднимается на 5 метров и, таким образом, поезд постоянно стоит рядом с дорогой и постоянно ускоряется.
При этом скорость самого поезда относительно трамплина всегда будет одинаковой; Постоянные магниты по сути создают абсолютное скольжение с практически нулевым трением.
Математически все рассчитывается по формулам центробежной силы, как если бы мы привязали поезд веревкой к центру и раскрутили его до 7,9 км/с - центростремительная сила создается магнитами, а центробежная сила создается кривизна трамплина.
Кстати, с обычной машиной на колесах это тоже сработает.
Езда по такой дороге на обычном автомобиле ничем не отличалась бы от езды по Земле, кривизна дороги создаст искусственную гравитацию, если для удобства восприятия не учитывать естественную гравитацию, то вы бы ощущали то же самое как при движении по Земле с силой тяжести 9,8 м/с
- вы бы выехали на дорогу со скоростью 7,9 км/с и выехали бы с дороги со скоростью 7,9 км/с, с той лишь разницей, что по дороге ехали не вы, а дорога ехала под вами.
Разумеется, речь идет о передаче импульса (постоянные магниты создают практически полностью упругое столкновение, КПД более 99,99%) - ускоряешься = дорога замедляется, если ты идешь только в одну сторону и не собираешься возвращаться - то вам придется расплатиться за порыв, потерявший дорогу, но.
если вы только планируете полететь на Луну на пару месяцев, то по возвращении обратно вам нужно будет сбавить скорость и сделать все то же самое как и при ускорении, только в обратном порядке - вы вернете импульс трамплину - и фактически цена такого путешествия будет около нуля.
Трамплин геометрически представляет собой четверть круга, а если увеличить его до полукруга, то скорость взлета составит 16 км/с – это уже более трети космической скорости, а с такой скоростью вы может долететь хоть до Юпитера, хоть до Альфы Центавра.
Только представьте.
Вы едете на мотоцикле и обращаете взгляд к небесам, а наверху не просто небо - есть Земля, но вы не чувствуете ее гравитации - вы чувствуете силу, толкающую вас в другую сторону.
- вдали от Земли.
И ты понимаешь, что покидаешь Землю.
Может быть, на пару месяцев.
А может быть, навсегда.
Самый эффективный угол поворота — 90 градусов, и если вы летите не на Луну, а на Марс, то вам нужен еще один трамплин — на орбите Солнца.
Сначала вы вылетаете с орбиты Земли (11,2 км/с) и выходите на орбиту Солнца - где вас встретит второй трамплин, расположенный точно на той же высоте, что и вы (150 миллионов км от Солнца).
и двигаясь точно с той же скоростью, что и вы (30 км/с) - но его орбита ретроградная - вы двигаетесь со скоростью 30 км/с в лоб.
При разгоне без перегрузки радиус Солнечного трамплина составит 360 000 километров (от Земли до Луны 400 000 км), длина 565 200 км, время разворота ~2,5 часа.
Масса магнитов на таком трамплине составит около миллиона тонн (мировые запасы неодима около 100 миллионов тонн) — в принципе, ресурсов всей Земли хватит, чтобы построить такие дороги возле каждой планеты.
И главная особенность таких дорог даже не в том, что они позволяют добраться до Марса за неделю, а в просто фантастической пропускной способности - транспорт движется по дороге со скоростью 216 000 км/ч, если принять массу транспорта в 1 тонну.
(обычный легковой автомобиль 1,2-1,5 тонны) и представьте себе плотный поток (1 автомобиль на каждые 20 метров), тогда по дороге будет проходить 3000 автомобилей в секунду, а через месяц грузопоток составит 7,8 млрд тонн.
Как может дорога весом около миллиона тонн разогнать за месяц 7,8 миллиарда тонн? - никак в одну сторону - нужен поток в 2 стороны - либо одновременно, либо поочередно.
Всего одна такая дорога может отправить все население Земли на Марс за 1 месяц.
А вообще сегодня во всем мире на судах перевозится 11 млрд тонн грузов В ГОД!!!, а дорога может перевезти 7,8 млрд тонн грузов за месяц.
Из-за постоянного движения планет такая дорога не может работать круглый год, окна запуска появляются не каждый месяц, на Марс каждые 780 дней (2,16 года), на Юпитер раз в 1,2 года (чем дальше, тем чаще ).
Сойти с дороги можно в любой момент, поэтому доступен огромный диапазон траекторий полета, а стартовые окна продлятся несколько месяцев.
Масса магнитов
Теперь давайте примерно оценим массу магнитов и представим, сколько магнитов нужно, чтобы подвешивать неподвижный поезд над Землей.
Примем общую массу поезда равной 1 тонне (масса магнитов + масса всего остального = 1 тонна) 
Неодимовый магнит массой 2,25 грамма может удерживать 1,93 килограмма с ускорением 9,8 м/с.
- в 857 раз больше своей массы (сила притяжения к «железу» = сила притяжения 2-х одинаковых магнитов = сила отталкивания магнитов), но это при полном контакте и с нулевым зазором, при расстоянии взаимодействие сила уменьшается, закон Кулона говорит нам, что при увеличении расстояния в 2 раза сила уменьшается в 4 раза, хотя это для точечных зарядов, а в случае диполей по формулам все становится гораздо сложнее, но с точки зрения в результате разница невелика.
Дорожная масса
Сколько будет весить 1 метр дороги? - Зависит от длины поезда, если длина поезда 5 метров, то под поезд нужно разместить 6 кг магнитов на 5 метрах длины, и в каждом метре дороги будет 1,2 килограмма магниты, но если длина поезда 10 метров, то те же 6 кг магнитов нужно распределить на 10 метров, и в каждом метре уже будет 0,6 кг магнитов, т.е.когда длина поезда (или платформа магнитного поезда) увеличивается в 2 раза, масса каждого метра дороги уменьшается в 2 раза.
Если выложить вышеупомянутые магниты (по 10 мм) в 1 линию, то ее длина составит 26,38 метра и каждый метр такой дороги будет весить 230 грамм, но «ехать» по одному рельсу не удобно и возьмем более реалистичный вариант и разложить магниты на 5 линий и округлить длину до 5 метров.
Те.
На дороге 5 рельсов и магниты поезда также выстроены в 5 рядов.
Так, при длине поезда 5 метров масса дороги составит 1,2 кг на метр.
Какова будет нагрузка на дорогу массой 1,2 кг на метр, по которой «едет» поезд массой в тонну? - Зависит от скорости, с которой "едет" этот поезд, а в случае орбитальной околоземной дороги скорость поезда составит ~7900 метров в секунду, если масса дороги 1,2 кг*метр, тогда масса 7900 метров будет 9,5 тонн и поезд будет отталкиваться от этих 9,5 тонн, ускоряясь на 9,8 м/с в секунду, т.е.
по мере увеличения скорости нагрузка на дорогу уменьшается, а точнее общая нагрузка остается то же - суммарная нагрузка действует на всю дорогу, как если бы по ней ехал поезд с ускорением 9,8 м/с.
, но местная нагрузка уменьшается - поезд движется со скоростью 7900 метров в секунду и каждый отдельный метр дороги ускоряет его на 0,0012 м/с.
.
Общая масса околоземной дороги составит ~12 000 тонн – столько же, сколько 29 МКС (по 417 тонн каждая), при этом масса дороги никак не зависит от ее длины; если уменьшить длину дороги в 2 раза (уменьшить радиус), то ее кривизна тоже увеличится = ускорение поезда увеличится в 2 раза = на метр понадобится в 2 раза больше магнитов и масса дороги составит те же 12 000 тонн (длина уменьшается в 2 раза = плотность магнитов увеличивается в 2 раза), но поезду тоже потребуется в 2 раза больше магнитов, но в отличие от дороги он не стал короче и масса магнитов на поезд увеличится в 2 раза (до 1,2% при прежних параметрах).
Те.
масса магнитов в поезде зависит от общей длины дороги, а общая масса магнитов на дороге зависит от длины поезда.
Поэтому с точки зрения эффективности сокращать дорогу нет смысла, а с точки зрения строительства одно дело построить на орбите дорогу длиной 10 000 километров, а другое дело построить 2000-километровую дорогу.
-длинная дорога (сама перегрузка 5G + 1G гравитацией, об этом чуть позже, а пока представим, что гравитации нет).
Уменьшить вес дороги можно, увеличив силу магнитов (самый сильный я не использовал, да и зазор в 3 мм довольно большой), или увеличив длину «поезда» в 2 раза, чтобы 10 метров = вес дороги 6000 тонн а также уменьшение веса самого поезда в 10 раз до 100 килограмм и тогда масса дороги будет уже 600 тонн как 1,5 МКС - для грузового варианта это не очень плохо, особенно с учетом максимального грузопотока, при 60 км/с было 7,8 млрд тонн в месяц, а при 8 км/с будет 1,04 млрд тонн, мы еще и массу груза уменьшили в 10 раз - тогда 104 миллионов тонн, но в случае с Луной не надо будет ждать пусковых окон и дорога сможет работать круглосуточно, а это значит 1,25 миллиарда тонн в год - на мой взгляд неплохо для дороги массой 600 тонн.
тонн (или 1200 тонн на 2 направления).
А если строить дорогу только для грузов, то перегрузку можно увеличить хотя бы до 20G (масса магнитов в поезде 12%), тогда общая длина дороги составит 500 километров (радиус ~320 км) ).
Что такое 20G? - ну возьми помидор и положи на него еще 20 таких же помидоров, если за 40 секунд помидор не деформируется, то помидор выдерживает 20G - многие вещи выдерживают 20G в течение 40 секунд.
Емкость аккумулятора и режим акселератора
Сама дорога – это всего лишь аккумулятор импульсов, который при ускорении груза «разряжается» = дорога теряет скорость = уменьшается высота ее орбиты.А заряд этой батареи равен высоте, которую может потерять дорога, не влетая в атмосферу Земли.
При начальной высоте 500 км и снижении до 300 км (высота орбиты МКС 400 км) «заряд» дороги составит ~1 500 000 Дж на каждый килограмм ее массы; чтобы отправить 1 кг на Луну нужно 64 000 000 Дж = в 42,7 раза больше = дорога может отправить 2,3% своей массы в одну сторону и аккумулятор "разряжается", самый эффективный способ "зарядить" - принять точно такой же масса груза с Луны, но это подразумевает, что на Луне уже есть заводы и отели, фермы и т. д., и этот метод не очень подходит для начала колонизации Луны.
(батарея также может отправлять грузы с Земли на Марс и другие планеты, но грузопоток сильно падает и батарею придется выстраивать до полукруга, гораздо эффективнее было бы сначала отправить на орбиту все необходимое Луну, а оттуда на большой ракете лететь на Марс (от Луны до Марса ~0,7 км/с)).
Чтобы превратить батарею в ускоритель с нуля, для первоначальной колонизации Луны с нуля, когда там ничего нет, понадобится источник импульса.
Один из лучших способов импульсной зарядки аккумулятора — ускорить его с помощью солнечного паруса.
Свет имеет импульс и когда свет падает + отражается от зеркала, зеркало получит ускорение.
Японский солнечный парус IKAROS спущен на воду 3 июня 2010 г.
На сегодняшний день основным недостатком солнечных парусов является то, что они дают очень малую скорость и очень долго разгоняются (спутник на солнечном парусе будет «разгоняться» до Луны в течение нескольких месяцев), а наличие импульсной батареи частично решает эту проблему, потому что с точки зрения груза - полет на Луну продлится 5 дней, а с такой батареей получается, что солнечный парус сможет разогнать грузы от 0 км/с до 11,2 км/ с (обычный солнечный парус может работать только находясь на орбите = движется со скоростью 8 км/с), а разгон до 8 км/с — это 97% топлива.
Кроме того, при наличии аккумулятора срок службы солнечного паруса становится практически бесконечным.
Какой импульс дает солнечный парус?
Следующая часть Теги: #астрономия #Научно-популярная #космонавтика #физика #безракетный запуск в космос #колонизация Луны #колонизация Марса #магнитная левитация #ускоритель массы-
Что Искать В Счетчике Посещений
19 Oct, 24 -
Объяснение Жестких Дисков
19 Oct, 24 -
Мальчик
19 Oct, 24 -
Нам Нужно Молчать
19 Oct, 24 -
Готовы Ли Вы К Мобильной Революции?
19 Oct, 24
