В день советской космонавтики (12.04.20) решил сформулировать и записать свою старую идею про возможности экономичных запусков полезных грузов на околоземную орбиту…
Условное название «проекта» Вавилон-2 - просто для аналогии и краткости… Далее везде обозначим как В2
Пост № 1
Основная идея «проекта» в том, что если до высоты 10- 20 км от поверхности Земли ракету- носитель разгонять за счет энергии от наземных источников, то сам факт старта с большой высоты даст значительный выигрыш в экономии топлива, а, следовательно, и стартовой массы ракеты и в полезной выводимой нагрузке- по 2-м причинам, как минимум:
1. Наиболее энергоемкая затрата при пуске — разгон начального веса ракеты (топливо) — будет происходить без затрат горючего
2. На высоте в 10- 20 км. плотность атмосферы много меньше и сопротивление воздуха, соответственно — тоже…
На моё удивление, даже сильно прикидочное описание ключевых деталей такого «проекта» заняло кучу времени и буков, и, самое интересное, выявило столько сложных и интересных вопросов, что изложить их тут все заново…- уж точно не в одном посте.
Посему, буду как всегда, выкладывать инфу по частям и неторопливо, а кому захочется получить доступ к «все и сразу» чуть позже выложу тут все одной кучей из написанного 12 апреля с.г.
Замечание: 2-х часовой поиск в инете про высотные здания и башни (это сильно разные понятия) не дал ничего приближенно подходящего для «неизобретения велосипеда», а обращение к молодым спецам по архитектуре тоже не дало ни малейшей подсказки где чего надо искать…
Максимум полезной инфы удалось получить про 2 нереализованных проекта небоскребов высотой до 4 км.
Из реализованных проектов общеизвестны башни высотой в 1 км. (ссылки приведу ниже)
Общие параметры максимального проекта (ТЗ) я взял такие:
1. Высота (H) = 20 км
2. Диаметр основания (D) = 50 км
3. Тип сооружения = башня (нежилая конструкция с инженерными системами для разгона и пуска ракеты), «пустотелая» (продуваемая ветром), за исключением внутренней «пусковой» трубы (диаметром в 20- 50 метров), + система лифтов и винтовая дорога для электрокаров
4. Основание В2 : — железобетон, высотой 5 м, шириной 10- 20- 50- 100 м (как потребуется по оценкам прочности), глубина залегания — тоже как пойдет (желателен скалистый грунт)
5. Основной материал В2 - прочная «нержавейка» (сталь)
6. Основной конструктивный элемент: трубы с диаметром (d) от 10 см и толщиной стенок (m) от 1 см, диаметром (D) от 50 км (основание) до 100 метров (наверху) — конус с углом около 45 град
7. Шаг труб по вертикали 10- 100 метров (как пойдет расчет прочностей и нагрузок), или от 20 000 до 2 000 уровней (шагов) по вертикали — см. "пост 2а" от 28.04.20 — на предмет оценки веса и прочности на сжатие фундамента
8. Конструкция уровня- 2 соосные трубы «50 км» (труба № 1) и «50 км — (10−20−50−100 метров — по конструкции фундамента)» — (труба № 2). Соединение труб по горизонтали и вертикали (на следующий уровень) — уголками или такими же трубами по всему периметру уровня (системе из 2-х труб)
9. Кроме «традиционных» инженерных решений по всем вытекающим задачам, появляется ещё одна весьма нетривиальная инженерная задачка — монтажа уровней на высотах выше 5−8 км — либо без участия людей, либо в особых «космических» скафандрах… Назовем эту задачу — "Космический монтаж" (КМ) — для красоты слога
Вот такая постановочка задачи получается…
21:09 19.04.2020
Видал проекты Космических лифтов Мне кажется проще и дешевле . Японцы разработки ведут , хотят запустить проект.
21:19 19.04.2020
ams (ams) писал (а) в ответ на :
> Основная идея "проекта" в том, что если до высоты 10- 20 км от поверхности Земли ракету- носитель разгонять за счет энергии от наземных источников
Стоимость башенки когда окупится? особенно при тенденции к миниатюризации спутников.
Не проще ли запускать с базы электросамолёта-дирижабля с солнечными батареями? Они и повыше летать могут да и начальную скорость будут иметь.
> Космических лифтов > Мне кажется проще и дешевле. > Японцы разработки ведут, хотят запустить проект.
— разумеется видал… — только для лифта пока нет нужных материалов и когда они появятся — большой вопрос… — а бетон, сталь, эл. кабели, лифты — уже давно есть…
> Willly_Kurz (Willly_Kurz) писал (а) в ответ на сообщение:
>> Видал проекты
>
>> Космических лифтов >> Мне кажется проще и дешевле.
>> Японцы разработки ведут, хотят запустить проект.
>— разумеется видал… > — только для лифта пока нет нужных материалов и когда они появятся — большой вопрос… > — а бетон, сталь, эл. кабели, лифты — уже давно есть…
Это почему.? Я читал , что Американские ученые получили Нить паутины , паутина крепче стали.
21:35 19.04.2020
shuravi (shuravi) писал (а) в ответ на :
> ams (ams) писал (а) в ответ на сообщение:
>> Основная идея "проекта" в том, что если до высоты 10- 20 км от поверхности Земли ракету- носитель разгонять за счет энергии от наземных источников
> > Стоимость башенки когда окупится? особенно при тенденции к миниатюризации спутников.
- разумеется, миниатюрные грузы, да ещё и стойкие к перегрузкам давно можно запускать и просто с Земли... - а вот если "простейшая задачка" - доставить на Луну пару - тройку "бульдозеров" для строительства лунных баз и добывающих заводов - решать традиционными методами - ещё большой вопрос что во что станет при серьёзном масштабировании (Марс, обитаемые станции на 10 000 человек, оборудование для космического лифта с Луны, ...)
И, вообще, вопрос окупаемости на стадии оценок и предварительных расчетов ставить рановато: - как посчитать примерную стоимость бетона и железа, понятия не имея о их необходимом количестве?!
> Не проще ли запускать с базы электросамолёта-дирижабля с солнечными батареями? Они и повыше летать могут да и начальную скорость будут иметь.
- угу- 140 тонн полезной нагрузки ("Аполлон-11" на старте с околоземной орбиты) - с "самолето - дирижабля"?! - максимум выйдет (10- 100) кг
>> Willly_Kurz (Willly_Kurz) писал (а) в ответ на сообщение:
>>> Видал проекты
>>
>>> Космических лифтов >>> Мне кажется проще и дешевле.
>>> Японцы разработки ведут, хотят запустить проект.
>>— разумеется видал… >> — только для лифта пока нет нужных материалов и когда они появятся — большой вопрос… >> — а бетон, сталь, эл. кабели, лифты — уже давно есть…
>
> Это почему. > Я читал, что Американские ученые получили > Нить паутины, паутина крепче стали.
— а там не писали какой длины у них эта нить получилась, и как из неё они научились делать кабель длиной, минимум 36 000 км (лифт с геостационарной орбиты до верхних слоев атмосферы), не говоря уж о лифте с Луны = 400 000 км?! — пока что даже гипотетическая нить сама свой вес при такой длине не выдержит. насколько я понял общеизвестные оценки
Да и поднимать бульдозеры придется по отдельным винтикам с общим весом … «х» кг
>>> Willly_Kurz (Willly_Kurz) писал (а) в ответ на сообщение: >>>> Видал проекты >>> >>>> Космических лифтов >>>> Мне кажется проще и дешевле. >>>> Японцы разработки ведут, хотят запустить проект.
>>> — разумеется видал… >>> — только для лифта пока нет нужных материалов и когда они появятся — большой вопрос… >>> — а бетон, сталь, эл. кабели, лифты — уже давно есть…
>>
>
>> Это почему.?
>> Я читал , что Американские ученые получили >> Нить паутины , паутина крепче стали.
>- а там не писали какой длины у них эта нить получилась, и как из неё они научились делать кабель длиной, минимум 36 000 км (лифт с геостационарной орбиты до верхних слоев атмосферы), не говоря уж о лифте с Луны = 400 000 км?! > - пока что даже гипотетическая нить сама свой вес при такой длине не выдержит. насколько я понял общеизвестные оценки
Да понятно , что в промышленных масштабах еще нет. А представляете несколько кабелей в метр толщиной Фик разорвешь.
22:07 19.04.2020
Willly_Kurz (Willly_Kurz) писал (а) в ответ на :
> Да понятно, что в промышленных масштабах еще нет. > А представляете несколько кабелей в метр толщиной > Фик разорвешь.
— ну да, не разорвешь. когда получится — а как их (весом «хх 000» кг) поднимать на высоту в 36 000 км?
Оценим вес грубо:
1. площадь круга = пи х R2 = 3.14×0.25 м2 = 0,79 m2 2. Длина троса = 30 000 000 метров 3. Плотность стали = 5 тонн / м3 4. Объем троса = 24 000 000 м3 5. «Стартовый» вес троса (сталь) = 118 000 000 тонн (без учета ослабления гравитации при удалении от Земли, т. е при попытке его запуска на орбиту в 36 000 км) 6. Пусть углеволокно в 10 — 100 раз легче 7. Тогда вес угольного троса будет 118 000 0 (- минус 2 нуля) тонн 8. Спрашивается: на сколько частей его нужно «порезать» (миллион тонн), чтобы суперракетой «Сатурн- 5» стартовый вес 3 000 тонн, при её полезной нагрузке в 140 тонн поднять сей тросик «наверх», чтобы там постепенно его разматывать вниз…?! 9. Ответ: 106 — 102 = 104 (10 000) штук пусков «Сатурн- 5» (!) которые нынче уж 50 лет не летают, «состарились»…
Тут и посчитать стоимость такого «проекта» в «долларах 1965 года» можно: 1 пуск = около $ 500.0 млн.
> Willly_Kurz (Willly_Kurz) писал (а) в ответ на сообщение:
>> Да понятно, что в промышленных масштабах еще нет. >> А представляете несколько кабелей в метр толщиной >> Фик разорвешь.
>— ну да, не разорвешь. когда получится > — а как их (весом «хх 000» кг) поднимать на высоту в 36 000 км? > > Оценим вес грубо: > > 1. площадь круга = пи х R2 = 3.14×0.25 м2 = 0,79 m2 > 2. Длина троса = 30 000 000 метров > 3. Плотность стали = 5 тонн / м3 > 4. Объем троса = 24 000 000 м3 > 5. «Стартовый» вес троса (сталь) = 118 000 000 тонн (без учета ослабления гравитации при удалении от Земли, т. е при попытке его запуска на орбиту в 36 000 км) > 6. Пусть углеволокно в 10 — 100 раз легче > 7. Тогда вес угольного троса будет 118 000 0 (- минус 2 нуля) тонн > 8. Спрашивается: на сколько частей его нужно «порезать» (миллион тонн), чтобы суперракетой «Сатурн- 5» стартовый вес 3 000 тонн, при её полезной нагрузке в 140 тонн поднять сей тросик «наверх», чтобы там постепенно его разматывать вниз…?!
> 9. Ответ: 106 — 102 = 104 (10 000) штук пусков «Сатурн- 5» (!) которые нынче уж 50 лет не летают, «состарились»… > > Тут и посчитать стоимость такого «проекта» в «долларах 1965 года» можно: 1 пуск = около $ 500.0 млн.
Не понял При чем тут углеволокно? Паутина - это белки.
22:49 19.04.2020
Willly_Kurz (Willly_Kurz) писал (а) в ответ на :
> Не понял > При чем тут углеволокно? > Паутина — это белки.
— я просто не слишком глубоко вникал… — разница только в удельном весе паутины в сравнении с металлом — ну, пусть в 1000 раз легче, тогда не 10 000 запусков, а «всего» 1000… — по любому «моя» В2 пригодится
ПС: а вот нашел и плотность паутины («http://www.bolshoyvopros.ru/questions/ 2643234-kakova-tolschina-pautiny.html&qu ot;): «1,4 г / см3» — всего в 5 раз легче стали, хотя и раза в 3- 100 «прочнее»!
22:50 19.04.2020
ams (ams) писал (а) в ответ на :
> shuravi (shuravi) писал (а) в ответ на сообщение:
>> Не проще ли запускать с базы электросамолёта-дирижабля с солнечными батареями? Они и повыше летать могут да и начальную скорость будут иметь.
>- угу- 140 тонн полезной нагрузки ("Аполлон-11" на старте с околоземной орбиты) - с "самолето - дирижабля"?! > - максимум выйдет (10- 100) кг
Из этих 140 тонн - 120 тонн это топливо которое можно хоть по тонне запускать на орбиту - стыковать и наполнять баки. Хорошая ракета это 5% на орбиту от веса на старте. Воздушно космический самолёт стартующий с высоты 40 км. и имеющий начальную скорость это 50% на орбиту от стартового веса.
Космический лифт на Луне возможно построить уже сегодня - а это в разы уменьшит грузопоток Земля-Луна.
Кстати, а почему Вы не хотите башню высотой 36 000 км? выгоды больше а фантастика та же самая!
А ПРАВДА СОСТОИТ В ТОМ, ЧТО ЧЕЛОВЕЧЕСТВО УЖЕ ЛЕТ 20 КАК ПОКИНУЛО КОСМОС.
23:28 19.04.2020
shuravi (shuravi) писал (а) в ответ на :
> Из этих 140 тонн — 120 тонн это топливо которое можно хоть по тонне запускать на орбиту — стыковать и наполнять баки.
— ну если стоимость одного запуска 1 тонны топлива будет стоить 10- 100 $, то да, можно 120 запусков х 100 $ = $ 12 к… — только что-то не верится в такой дешевый «самолето- дирижабль»
> Хорошая ракета это 5% на орбиту от веса на старте. Воздушно космический самолёт стартующий с высоты 40 км. и имеющий начальную скорость это 50% на орбиту от стартового веса.
— возможно, а уже есть соответствующий грузовой прототип (до 1 тонны) — для оценок? — ну, допустим, есть, тогда:
1. 1 тонна груза (топлива) + 1 тонна топлива для запуска на орбиту с высоты в 40 км (это ваши 50%) 2. Грузоподъемность «самолето- дирижабля» (шутка, «самолета- ракеты» («с-р»), конечно) в 2 тонны должна быть… 3. «х-35», говорят, и на 100 км поднимались, только вот с какой полезной нагрузкой? 4. И сколько топлива сожрет эта «с-р» для подъема 2-х тонн на высоту в 40 км, и в чем будет собственно выгода по экономии топлива с точки зрения физики и динамики разгона?
Там ведь при разгоне на подъем будет работать либо только обтекание крыла (подъемная сила крыла, а это потери на сопротивление воздуха), либо динамика реактивного двигателя, ничем не лучше ракеты будет…- только крылья тормозить будут, если их не обрезать за ненадобностью вовремя (прям перед стартом)
> Космический лифт на Луне возможно построить уже сегодня — а это в разы уменьшит грузопоток Земля-Луна.
— а кто это ещё тоже знает, кроме вас? — и что по сю пору не построили? Ленятся?
> Кстати, а почему Вы не хотите башню высотой 36 000 км? выгоды больше, а фантастика та же самая!
— хотите поёрничать? — ну тогда я тоже оттянусь чуток:
1. Диаметр Земли, если вы не в курсе = 12 000 км 2. Для угла конусной башни в 45 град радиус основания тоже должен иметь значение в 36 000 км, то есть 72 000 км в диаметре… 3. Прикажете боковые подпорки для «краев основания башни» построить, или просто Землю в шесть раз приплюснуть?! 4. Ну да, можно ещё при том же основании В2 (50 км) строить её до высоты в 720 раз больше (игольчатую, если судить по углу вершины), а для устойчивости натягивать на её носу тросики вашими «самолето- стратостатами» (на высоте аж до 40 км !) 5. Хотя, если тросики просто накрутить вокруг Земли в несколько «мотков» пожалуй надежнее выйдет
Нет, куда уж нам мелким фантастам до вашего уровня…
> А ПРАВДА СОСТОИТ В ТОМ, ЧТО ЧЕЛОВЕЧЕСТВО УЖЕ ЛЕТ 20 КАК ПОКИНУЛО КОСМОС.
— да- да, если за людей не считать китайцев, индийцев, корейцев… — какой вы наблюдательный!
ПС. Если не хотите предъявлять серьёзные аргументы «против», то хоть ёрничайте как- нить креативнее (изобретательнее)
23:45 19.04.2020
shuravi (shuravi) писал (а) в ответ на :
> Кстати, а почему Вы не хотите башню высотой 36 000 км? выгоды больше а фантастика та же самая!
- а почему вы не хотите оценить пристройку паруса к вашему дирижаблю?! - энергия ветра 100 бесплатная, веками проверенная - а на высоте уже в 10 км сила ветра (скорость) постоянная и аж до 300- 400 км / час - мореплавателям и не снилась!
00:18 20.04.2020
ams (ams) писал (а) в ответ на :
> 1. 1 тонна груза (топлива) + 1 тонна топлива для запуска на орбиту с высоты в 40 км (это ваши 50%) > 2. Грузоподъемность «самолето- дирижабля» (шутка, «самолета- ракеты» («с-р»), конечно) в 2 тонны должна быть… > 3. «х-35», говорят, и на 100 км поднимались, только вот с какой полезной нагрузкой? 4. И сколько топлива сожрет эта «с-р» для подъема 2-х тонн на высоту в 40 км, и в чем будет собственно выгода по экономии топлива с точки зрения физики и динамики разгона?
Самолёт Мрия - это 250 тонн полезной нагрузки. И думается это далеко не предел возможного к созданию. Чем напрягаться с чудо-башней проще полезный самолётик сделать.
особенно при тенденции к миниатюризации спутников. 
