Küsimus:
Harpuuni tõukejõud - millised oleksid probleemid?
SF.
2016-02-13 00:53:05 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Kujutame ette, et oleme lõpuks välja töötanud buckytube'i köie. Paarisaja kilomeetri pikkune köis, mis suudab 100-tonnise veesõiduki kiirendada 6g kiirendusel, pakendis, mis on selle veesõiduki jaoks pakendatav.

Möödub mööda maapinna lähedal asuv asteroid. Lähedal oleval lennutrajektooril lastakse vette. Kui lennupunkt läheneb, laseb veesõiduk välja "raketi" - kas harpuunistiilis konksuga löökkatsekeha või mingisuguse võrgu või sellise, mis võiks tekitada silmuse ... köie järel. See haarab asteroidi.

Veesõiduk rullib köie rullist lahti, pidurdades samal ajal pooli pöörlemist tugevalt, nii et köiega tõmmatud veesõiduki kiirendus on meeskonnale / kasulikule koormusele üle elatav ja ei murda midagi. Seda seni, kuni pool peatub või kogu köis lahti rullub (sel juhul on lubatud asteroidiga lahti lennata, laevast lahti ühendades).

Pärast pooli seiskumist ankurdatakse veesõiduk asteroid, olles saavutanud hea mitu km / s sisuliselt tasuta.

Millised (lisaks buckytube-köie leiutamisele) takistused võiksid sellise tõukamismeetodi taga seista? Kas piduri soojuse hajumine oleks juhitav? (ütleme, et mingi ablaator / sublimaator, see on ühekordne asi). Kas sellisel tõukejõul oleks mõtet?

Seotud: [Kas Rosetta oleks võinud lassoed Chury'ga sõita, mitte 10 aastat taga ajada?] (Http://space.stackexchange.com/q/4606/49)
Sellise süsteemi suurim probleem, eeldusel, et inseneriteadus on kindel, oleks tõenäoliselt ajastus ja kohtade otsimine, kuhu minna. Sõidu haakimiseks peate asteroidi üles leidma, kinni püüdma ja jäädvustama. Seejärel peab asteroid minema ka kuhugi, kuhu soovite minna, kuna sattumine mõnele kaldus orbiidile oleks vastukarva. See võib vajada suures koguses kütust, et kinni pidada ja sobitada kiirused üleelatavate kiirustega, mis pole seda väärt
@Dragongeek: ei pea tingimata - enne kiiruse 100-protsendilist sobitamist võite asteroidi "lahti lasta" - kohelda seda nagu gravitatsioonilist abivahendit, välja arvatud juhul, kui asteroidi nõrga raskusjõu asemel kasutatakse tugevat sidet.
Kolm vastused:
Hobbes
2016-02-15 15:43:02 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Oletame, et komeet möödub kiirusega 10 km / s ja teie sõiduki kiirus on 0. Siis peab teie tõukejõu süsteem edastama delta-V 10 km / s. Seda saate teha kas raketikütust põletades või harpuuni / vintsi / pidurisüsteemi abil. Kineetilise energia hulk, mille peate genereerima / hajutama, on mõlemal juhul sama.

Esimene samm: guesstimate

100-tonnise veesõiduki kiirendamiseks 10 km / s (umbes Saturn V jõudlus) on vaja umbes 2000 tonni raketikütust.

Kui piirdume keemiarakettides leiduvate temperatuuridega, kahtlustan, et teie vintsipidur peab 2000 tonni vee aurustamiseks eraldama piisavalt energiat.

Kui saate kasutada kõrgemaid temperatuure, muutub süsteem massisäästlikumaks, kuid peate lisama vaheetapi: teisendage piduri energia elektriks ja kasutage seda ioonmootori või termilise mootori juhtimiseks rakett.

Teine samm: arvutage

Kineetiline energia 100 tonnist, mis liigub kiirusel 10 km / s, on $ 1/2 * m * v ^ 2 $ on $ 5 * 10 ^ {12 } $ J on $ 1,38 * 10 ^ 9 $ Wh. See on energiahulk, mille peate kiirendamiseks 10 km / s juurde panema, nii et energiahulk peab teie pidur hajuma.
6 G juures genereeritakse 166-s 1,38 USD * 10 ^ 9 $ Wh (10 000/60) sekundit, keskmiselt 30 GW. Maal vajab selline energia hajumine jõge ja kümneid hiiglaslikke jahutustorne.

Vee aurustamiseks on vaja 2,2 MJ / kg, nii et minu 2000 tonni hinnang oli täpne 10% piires.

Käivitamisel piirab meid kütuse põlemissoojus - selle keemiline energiatihedus. Pidurdamisel ainult konstruktsioonilise / termilise vastupidavuse korral kuumuse all - saame kasutada mistahes soojuse hajutamise meetodit ja usun, et paljud peaksid olema üsna tõhusamad kui raketimootorid. Kui meil on mingil moel võimalus soojust 50 000 K plasma tekitamiseks ilma laeva kahjustamata, on kõik korras.
@SF. Kuumuse hajutamine on praegu kosmoselaeva kõige keerulisem probleem. Keemilistes rakettides on soojuse hajumine raketisse sisse ehitatud sublimaatorina. Teie kommentaar 50000K plasma käsilainete eemal termodünaamika kohta.
@Aron: Mitte termodünaamika, vaid inseneritöö. Seade oleks vaja peaaegu täielikult magnetväljadest ehitada, et see ei aurustuks. Energiat võiks üle kanda "külmade" vahenditega, nagu elektrienergia ülijuhtides või kineetiline energia (näiteks pöörlev), kuid varem või hiljem tuleks see hajutada ja siis algavad tõsised probleemid.
@SF. Jah, termodünaamika. Seda nimetatakse termodünaamika 2. seaduseks. Põhimõtteliselt kuumaid asju saab kuumaks muuta ainult veelgi kuumemate asjade (või tööga). Kuid kui teil on tööd, on kütuse käitamine tõhusam kui töö, mitte soojuspaisumine.
@Aron: Mis kütus? Meil pole väljaviskamiseks ühtegi varukütust. Kogu idee on tõukejõud, mis ei vaja reaktsioonimassi. 50000K plasma on kõrvalsaadus, millest tahame ohutult loobuda! (ja meil on palju tööd: mis tahes pidurite pidurdusjõud, liikumine vastu linti.)
@SF. Mis on see plasma, millest te siis rääkisite?
@Aron: Mõnel ablatiivsel materjalil on seni olnud võimalik ülekuumeneda pidurdusprotsessi käigus tekitatud energia kõrvaldamise kaudu. Peamiselt siiski mõttevahend keemilise tõukejõu ja atmosfäärivälise ablatiivse pidurdamise asümmeetria näitamiseks. Omamoodi sublimaator võimaldas töötada väga-väga kuumalt.
Kui saate hajutamiseks turvaliselt luua 50000K plasma, saate luua ka mootori, mis töötab 50000K juures. Kuna kumbki pole praegu võimaliku vallas, võrdleme kahte seadet, mida pole olemas ja millel pole teoreetilist alust. IOW, meil pole mingit võimalust teie eelduse kehtivust kontrollida.
@Hobbes: Lisaks 50000K mootori ehitusele peaksite silmitsi seisma probleemiga tekitada piisavalt energiat 50000K plasma (mõni uskumatult võimas äärmiselt suure energiatihedusega energiaallikas) tähenduslike koguste saamiseks ja seejärel kujundada väljundit kasulikul viisil (tõukejõud) ). Siin on meil energiat ja me peame lihtsalt väljundist lahti saama (ohutult; mitte propulsiivselt). Raskuste järgi on vahe tonni raketikütuse võtmisel ja sellest lennukõlbuliku raketi ehitamisel vs tonni raketikütuse maapinnal põletamisel viisil, mis kedagi ei tapa.
LocalFluff
2016-02-15 20:18:26 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Selle asemel, et meil oleks ainult üks harpuun koos ühe juhtmega, mis peab toime tulema kogu tohutu stressiga, võib-olla võiks kasutada tervet niidist ämblikuvõrku. Igaüks neist klõpsab kiire lendamise ajal teatud aja jooksul suhteliselt mõõdukate tõkiskingade reas.

Väga lähedane lendamine vähendaks vajalikku juhtmete pikkust. Suur probleem on see, kuidas harpuunid komeedi pinnale kinnitada. Kuid pehmed maandurid, kes on kergemad, aeglasemad ja komeedile vastamiseks kättesaadavad, võivad ankurduspunktid või -võrgud eelnevalt paigutada, kui see on ligipääsetavam kui siis, kui kosmoseaparaat, mis hiljem kasutab seda seadet läbipaindeks ja kiirenduseks, möödub X-i sihtimiseks.

Võib-olla võib eelnevalt paigutatud pehme maandunud vara sulatada komeedil ümbritseva ja puhuda pika joana gaase lendava kosmoseaparaadi trajektoori suunas, pakkudes talle lähenedes aerobrakki.

Kujutasin ette Chury kujuga keha, kaks raketti tõmbasid trossi kahvlit, püüdsid selle ümber "kaela" ja keerutasid siis mitu korda ümber (ja üksteise ümber). Huvitav, kui elujõuline see on - teravate kivimite puhul võib epoksüstiilis vaht imet teha.
Komeedid näivad olevat nagu mädanenud pähklid. Kõvad kestad, kuid seest ainult puder. Lasso võib komeedi pea maha võtta. Ma arvan (või arvan), et mõni mullikummi sarnane kontseptsioon hajutaks kosmoseaparaatide ja komeetide struktuurse stressi paremini piirkonnas ja ajas. Kuid seal olevad esemed on individuaalsed, mõned on tõenäoliselt valmistatud täismetallist.
Chury kaela läbimõõt on umbes 2km. 100 tonni * 6g - 600 tonni, mis on jaotatud 3,14 km pikkusele kaela ümbermõõdu "raskust kandvale" poolele - umbes 200 kg pikkuse meetri kohta ja ma kindlasti kujutan ette, et "köis" on pigem nagu lint (näiteks 50 cm laiune) ), mitte nööri, seega 2 km paksusel võllil 400 kg / m ^ 2 - ma kahtlen tõsiselt, et Chury oleks võimalik ära lõigata.
@SF Ma ei oska hinnata siin osalevate jõudude suurust. Kuid 400 kg ruutmeetri kohta, umbes nagu laadimiskonteineri koormus, mille käsitsemiseks on loodud karastatud pinnas, kardan, et komeedi õhuke kõva koor võib puruneda ja lasta plahvatusohtlikus rõngas koheselt sublimeeruvaid maa-aluseid lenduvaid aineid. lasso "kaela" ümber. Ja nihutades selle sees olevad peaaegu gravitatsioonita lahtised killustikud ja tolm komeediks. Võib-olla mõned komeedid teeksid, teised mitte. Ma kahtlustan, et tegemist on igasuguse ajalooga isikutega.
Lex
2019-07-16 20:45:56 UTC
view on stackexchange narkive permalink

On olemas alternatiiv, mis kõrvaldab soojuseralduse probleemi täielikult. Kuigi sellel on mõned omaette küsimused. Ta teeb seda, eemaldades pidurdusmehhanismi ja pooli. Köis algab täielikult paigutatud ja risti sihtmärgi kiirusvektoriga. Kui harpuun ankurdub, määratleb köis ringi raadiuse, kusjuures kogu kiirus on tangentsiaalne. Kogetud kiirendust saab arvutada samamoodi nagu kunstliku pöörlemiskiiruse puhul. Nüüd "käsitleb" käsitöö sihtmärki.

Toetused

  • Kui ta ootab, kuni on pööranud pool pööret ja laseb siis lahti, liigub ta sihtmärk sama kiirusega, nagu sihtmärk algselt sellest ees liikus. Kaks korda delta V, mis on võimalik pidurdusmeetodil. See on analoogne raskusjõu pildistamisega.

  • Energia salvestub kogu süsteemi pöörlemises. Kui sihtmärk on sihtpunkt, tuleb energia siiski hajutada, kuid sihtmärgi eemaldumisest pole mingit probleemi, seega võib hajumine olla aeglane. Lihtsaim energiaallikas on tõenäoliselt pöörleva energia suunamine sihtmärki.

  • Vabastamist saab ajastada nii, et kiiruse komponent oleks sihtmärgi trajektooriga joonest väljas, muutes süsteemi veelgi mitmekülgne.

Miinused

  • Fikseeritud algkiiruste erinevuse ja kiirenduse jaoks on vajalik köis täispeatuseni pidurdamise pikkus on pool sihtmärgi ümber liikumiseks vajalikust pikkusest.

  • Ankur peab tõenäoliselt olema keerulisem, kuna köis peab selle asemel ankru ümber pöörlema lihtsalt selle vastu tõmbamisest. See kehtib eriti juhul, kui lõppeesmärk on peatuda sihtmärgi juures. sellisel juhul tuleb ankur püsti pööramiseks võimaldada.

  • Pidurisüsteem võib olla peatuse jaoks liiga lühike ja annab siiski mingi delta V, samas kui süsteemi ümber pööramine ei saa üldse toimida, kui köis pole piisavalt pikk.



ⓘ
See küsimus ja vastus tõlgiti automaatselt inglise keelest.Algne sisu on saadaval stackexchange-is, mida täname cc by-sa 3.0-litsentsi eest, mille all seda levitatakse.
Loading...