Avaruushissin kinematiikka

Seuraa 
Viestejä2613
Liittynyt18.3.2005

Avaruushissin painopisteen on oltava geosynkroradalla, jotta koko hommassa on mitään ideaa. Huojunta tietyn pisteen ympärillä on sallittua tietyissä rajoissa, mutta kaapelin lujuus asettaa rajat tälle kulmalle.

Geosynkroradalla olevalta asemalta maahan laskeutuvan kaapelin tulee kestää oma painonsa maahan saakka, sekä hissin paino.

Geosynkroradalla gravitaation tuottama keskeiskiihtyvyys on täsmälleen ympyräradan vaatima keskeiskiihtyvyys kulmanopeudella 2pi/24h, joten tuolla korkeudella ja kulmanopeudella ratanopeus kumoaa gravitaation.

Tältä korkeudelta laskeutuessa ratanopeus laskee mutta gravitaatio kasvaa, joten kaapeliin ja hissiin kohdistuva paino kasvaa nopeasti alaspäin mentäessä.

Geosynkroradalta ulospäin ulottuvan kaapelin ja sitä pitkin kulkevien esineiden kohdalla puolestaan ratanopeus kasvaa mutta gravitaatio pienenee, joten on periaatteessa mahdollista - jos kaapeli on tarpeeksi jäykkä tai tarpeeksi massiivinen - päästää "jarrut irti" vaunusta, jolloin gravitaatiokiihtyvyys ei ole riittävä ympyräradan keskeiskiihtyvyyden tuottamiseksi, vaan vaunu/hissi/avaruusalus lähtee liukumaan kaapelia pitkin ulospäin kiihtyvällä nopeudella.

Ongelmaksi muodostuu ratanopeuden kasvattaminen, johon tarvitaan sivusuuntainen voima, ts. kun hissi kohoaa kaapelia pitkin (tai putoaa ulospäin, miten se halutaankaan sanoa) se kohdistaa kaapeliin sitä taivuttavan voiman, joka pyrkii taivuttamaan kaapelia pystysuorasta linjasta jälkeen.

Jos kaapelilla on tarpeeksi massaa, sen hitaus pystyy tuottamaan riittävän vastapainon aluksen vaatimalle tangentiaalikiihtyvyydelle, jolloin kaapelin taipuminen voitanee pitää hallituissa rajoissa.

Ongelmaksi muodostunee se, että kaapelin tulee olla verraten massiivinen sitä pitkin linkoutuvaan avaruusalukseen nähden, ja toisaalta varsin pitkä jotta saadaan hyödyllisiä ratanopeuksia aikaiseksi. Tämä johtaa edelleen kaapelin lujuusopillisiin ongelmiin.

Toisaalta taas suurin ongelma avaruushissin rakentamisessa on osio joka ulottuu geosynkroradalta maahan. Gravitaatio kasvaa säteen pienentyessä joten kaapelin tulee tällä matkalla olla erittäin kestävä pystyäkseen tukemaan omaa painoaan ja sitä pitkin kulkevaa hissiä.

Voitanee siis väittää että mikäli materiaalit kehittyvät sille tasolle että tämä on mahdollista, voidaan hissin "jatke" eli linko valmistaa suoraan hissin valmistuttua samoista materiaaleista.

Jos jotain kommentoitavaa, lisättävää tai korjattavaa löytyy, antaa tulla.

Capito tutto, perchè sono uno
Persona molto, molto intelligente...

-Quidquid latine dictum sit, altum viditur.

If you stare too long into the Screen, the Screen looks back at you.

Sivut

Kommentit (44)

bosoni
Seuraa 
Viestejä2704
Liittynyt16.3.2005
Herra Tohtori
Ongelmaksi muodostuu ratanopeuden kasvattaminen, johon tarvitaan sivusuuntainen voima, ts. kun hissi kohoaa kaapelia pitkin (tai putoaa ulospäin, miten se halutaankaan sanoa) se kohdistaa kaapeliin sitä taivuttavan voiman, joka pyrkii taivuttamaan kaapelia pystysuorasta linjasta jälkeen.

Jos kaapelilla on tarpeeksi massaa, sen hitaus pystyy tuottamaan riittävän vastapainon aluksen vaatimalle tangentiaalikiihtyvyydelle, jolloin kaapelin taipuminen voitanee pitää hallituissa rajoissa.

Ongelmaksi muodostunee se, että kaapelin tulee olla verraten massiivinen sitä pitkin linkoutuvaan avaruusalukseen nähden, ja toisaalta varsin pitkä jotta saadaan hyödyllisiä ratanopeuksia aikaiseksi. Tämä johtaa edelleen kaapelin lujuusopillisiin ongelmiin.





Jos ajatellaan, että sitä kuormaa on päästetty menemään "vapaalla" niin kauan että se on taivuttanut kaapelin mutkalle, niin eikös se oikene ihan itsekseen, kun laittaa "liinat kiinni"? (ja tietysti ylikin, mutta jos tarkoitus on lingota, niin voidaan päästää irti heti oikaisun jälkeen)

Sivistyneempi tapa olisi jarruttaa koko ajan hieman, niin että se oikaisee kaapelia koko ajan.

Jos sorruin (taas) virheeseen, niin tukka varmaan vain oli silmillä, kuten kuva osoittaa...

Denzil Dexter
Seuraa 
Viestejä6665
Liittynyt7.8.2007
Herra Tohtori

Voitanee siis väittää että mikäli materiaalit kehittyvät sille tasolle että tämä on mahdollista, voidaan hissin "jatke" eli linko valmistaa suoraan hissin valmistuttua samoista materiaaleista.

Jos jotain kommentoitavaa, lisättävää tai korjattavaa löytyy, antaa tulla.




Hiukan on vielä materiaaleissa kehityttävää. En ole tavannut myynnissä mitään materiaalia, joka kestäisi oman painonsa yli 400 km pituudella. Metallimateriaaleilla jäädään muutamaan kymmeneen kilometriin.

Herra Tohtori
Seuraa 
Viestejä2613
Liittynyt18.3.2005

En ole kuullut hiilinanokuidusta jota olisi saatu valmistettua merkittävän mittaisia, yhtenäisiä pätkiä joista saataisi kaapelia valmistettua.

Capito tutto, perchè sono uno
Persona molto, molto intelligente...

-Quidquid latine dictum sit, altum viditur.

If you stare too long into the Screen, the Screen looks back at you.

Volitans
Seuraa 
Viestejä10670
Liittynyt16.3.2005
Herra Tohtori
En ole kuullut hiilinanokuidusta jota olisi saatu valmistettua merkittävän mittaisia, yhtenäisiä pätkiä joista saataisi kaapelia valmistettua.



Sepä, mutta ei kai siihen teoreettista estettä ole?

Herra Tohtori
Seuraa 
Viestejä2613
Liittynyt18.3.2005
Volitans
Herra Tohtori
En ole kuullut hiilinanokuidusta jota olisi saatu valmistettua merkittävän mittaisia, yhtenäisiä pätkiä joista saataisi kaapelia valmistettua.



Sepä, mutta ei kai siihen teoreettista estettä ole?



Ei kai, mutta jos Hannu olisi lukenut mitä Denzil Dexter sanoi...

Hiukan on vielä materiaaleissa kehityttävää. En ole tavannut myynnissä mitään materiaalia, joka kestäisi oman painonsa yli 400 km pituudella.



...hänkin olisi huomannut että kehitteillä olevat materiaalit eivät kuulu tähän luokkaan.

Nanokuiduilla on paljon tarjottavana mutta kuten Dexter sanoi, vielä on materiaaleissa kehityttävää ennen kuin saadaan tarvittavan vetolujuuden tarjoavaa materiaalia käyttöön.

Sen sijaan hän näköjään tykkää kääntää asenteet itseään vastaan yrittämällä pilkata ja ivata muita keskustelijoita, oli siihen perusteita tai ei.

Capito tutto, perchè sono uno
Persona molto, molto intelligente...

-Quidquid latine dictum sit, altum viditur.

If you stare too long into the Screen, the Screen looks back at you.

Volitans
Seuraa 
Viestejä10670
Liittynyt16.3.2005

Kuinkakohan pitkiä noiden nanokuitujen pitäisi olla, että tuollainen kaapeli saataisiin valmistettua?

Voihan niitä kuituja puristaa välillä yhteen ja sitoa siten toisiinsa. Toki näistä sidekohdista tulisi hieman lisää painoa.

Kuinkas tarkalla tuo on, että nanokuidusta tuollaisen avaruushissin kaapelin voisi valmistaa?

Denzil Dexter
Seuraa 
Viestejä6665
Liittynyt7.8.2007
Volitans
Kuinkakohan pitkiä noiden nanokuitujen pitäisi olla, että tuollainen kaapeli saataisiin valmistettua?

Voihan niitä kuituja puristaa välillä yhteen ja sitoa siten toisiinsa. Toki näistä sidekohdista tulisi hieman lisää painoa.

Kuinkas tarkalla tuo on, että nanokuidusta tuollaisen avaruushissin kaapelin voisi valmistaa?




Ongelma ei ratkea, vaikka saisit tehtyä pitkän nanokuidun (maailmanennätys taitaa edelleen olla alle 20 cm). Täysin ehjän nanokuidunkin lujuus on vain noin 10-kertainen kaupasta ostettaviin parhaisiin kuituihin verrattuna.

MaKo71
Seuraa 
Viestejä1467
Liittynyt15.11.2006
anomalia
Ymmärsinkö oikein, että geosynkroradalla avaruushissi olisi 400km maan pinnasta ja päiväntasaajan kohdalla?



Lienee vain jäänyt muutama nolla pois, koska oikea lukema on n. 40,000 km (ratakorkeus 35,786 km eli radan säde n. 42,000 km). EDIT: Hmmh, niin, jos viittasit tuohon Denzil Dexterin sanomaan: "En ole tavannut myynnissä mitään materiaalia, joka kestäisi oman painonsa yli 400 km pituudella.", niin siinähän taikasana on yli.

Vierailija
MaKo71
anomalia
Ymmärsinkö oikein, että geosynkroradalla avaruushissi olisi 400km maan pinnasta ja päiväntasaajan kohdalla?

Lienee vain jäänyt muutama nolla pois, koska oikea lukema on n. 40,000 km (ratakorkeus 35,786 km eli radan säde n. 42,000 km).

Sitä minä vähän arvelin, ettei se noin voi olla. Denzil Dexter hämäsi kun jotain puhui 400 km:stä.

Volitans
Seuraa 
Viestejä10670
Liittynyt16.3.2005
Denzil Dexter
Volitans
Kuinkakohan pitkiä noiden nanokuitujen pitäisi olla, että tuollainen kaapeli saataisiin valmistettua?

Voihan niitä kuituja puristaa välillä yhteen ja sitoa siten toisiinsa. Toki näistä sidekohdista tulisi hieman lisää painoa.

Kuinkas tarkalla tuo on, että nanokuidusta tuollaisen avaruushissin kaapelin voisi valmistaa?




Ongelma ei ratkea, vaikka saisit tehtyä pitkän nanokuidun (maailmanennätys taitaa edelleen olla alle 20 cm). Täysin ehjän nanokuidunkin lujuus on vain noin 10-kertainen kaupasta ostettaviin parhaisiin kuituihin verrattuna.



Meinaat, että homma ei onnistuisi edes nanokuidulla?

Käsittääkseni tuosta avaruushissistä silti ihan haaveillaan, vaikka rajoitteet on hyvin tiedossa.

Lähinnä kiinnostaisi tietää, että kuinka utopistinen tuollainen hanke on.

MaKo71
Seuraa 
Viestejä1467
Liittynyt15.11.2006
Volitans

Lähinnä kiinnostaisi tietää, että kuinka utopistinen tuollainen hanke on.



Vastaus riippuu siitä, keltä kysyy. Itse pidän (Maapallon) avaruushissiä melko utopistisena näköpiirissä olevaa tulevaisuutta silmäillen. Sen suurimpana ongelmana pidän sitä, että avaruushissin jälkeen ei sitten satelliitteja ole kuin GEO-radalla tai korkeammalla (lähes kaikki muut törmäävät hissivaijeriin jollain aikataululla).

Avaruushissin rakentamiseen liittyvistä ongelmista on oma englanninkielinen Wiki-sivukin:

http://en.wikipedia.org/wiki/Space_elevator_safety

Sivut

Uusimmat

Suosituimmat