Задача трех тел и одной веревки

[vitus_wagner]

Увидел тут очередной пост про то какая замечательная штука космический лифт.

И пришел в головут такой сюжет в мрачноватом стиле Лю Сициня:

Вот есть землеподобная планета. Один далекий спутник, мощное магнитное поле и, соответсвенно, радиационные пояса, океан, занимающий 70% планеты и играющий огромную экономическую роль в жизни местной цивилизации.

На этой планете обитает цивилизация по уровню развития где-то соответствующая Земле от 70-х годов прошлого века до его конца. То есть то что космос это клёво они уже распробовали, а готовить его толком не научились.

И на эту планету прилетают "добрые" инопланетяне. Которые говорят: "А вот давайте мы вам поможем построить космический лифт. Расплатитесь тем-то и тем-то (полезными ископаемыми или биоресурсами какими-нибудь)". Местные радостно соглашаются, им передают технологию производства суперволокна, они строят заводы. Потом прилетает большой-большой инопланетный корабль и поднимает на геостационар большую-большую катушку с тросом. На этом вклад инопланетян в строительство заканчивается. Дальше сами, сами.

И тут выясняется, что ни для чего кроме экспорта к этим инопланетянам тех ископаемых, которые они берут в уплату за лифт, этот лифт и не пригоден. Более того сам факт его существования существенно мешает развивать более примитивную, доступную местным космонтавтику, так как любой объект летающий по орбите с любым наклонением ниже геостационара неизбежно в течении нескольких месяцев с лифтом столкнется. И будет иметь в этот момент скорость относительно него порядка первой космической.

В результате у местых нет возможности строить дешевые спутники связи с маленьким временем передачи сигнала из точки в точку на земле и не требующие мощных передатчиков на абонентской станции, нет возможности строить спутники дистанционного зондирования производящие плановую съемку высоких широт, и вообще спутник дистанционного зондирования это огромная дура вроде "Хаббла" чтобы с высоты геостационара получить приемлемую точность. Далее, туда приходится ставить закупаемые у инопланетян видеокамеры, поскольку сами еще строить камеры с разрешением в гигапикселы еще не научились, а урезать поле зрения - получается дороговато. А пленку использовать никак - пока она неделю едет вниз по космическому лифту, она во-первых потеряет актуальность, во-вторых засветится в радиационном поясе.

В общем сплошное торможение прогресса получилось. А суперволокно? Что суперволокно? У него радиус изгиба метров десять и коэффициент теплового расширения не похож ни на что другое. То есть в качестве арматуры для композитных материалов его использовать нельзя, ткать нельзя и всё такое. Ну построили пару дюжин вантовых мостов, которые пожалуй, бы со стальными канатами получились не дороже. Ну парочку мостов (например через Гибралтар) которые без этой технологии не получились бы, но не больно то и хотелось.

В общем технология космического лифта оказалась наживкой на крючке экономического подчинения, которую слаборазвитая цивилизация радостно заглотила.

P.S. Возможно это стоит встроить в сиквел к Императрице Кэт про родную планет Джива Марреса.

X-Post to LJ

Comments

[elglin]

Вы решительно отказываете человечеству уровня 70-х в умении адаптироваться.
Keyhole с предполагаемым разрешением порядка десятков см с низких орбит - это те же 70-е годы. С геостационара это будут десятки метров, not great not terrible.
Thuraya как-то выживает, имея спутниковую группировку связи только и исключительно на геостационаре. Далее, кто угодно, имея несколько киловатт в запасе, находясь между шестидесятыми градусами широт и используя пакетную передачу данных, может использовать геостационар и в ус не дуть. Мессенджеры, терминалы и все такое. Да и голос, при нужде. А несколько киловатт может позволить себе любой корабль больше корыта и любая промплощадка, потому что на основные цели там мегаватты потребляются.

Но есть и альтернативы. Есть целые классы устойчивых орбит с периодами, целое раз укладывающимися в 24 часа. Перевести на эти орбиты что угодно с геостационара дешевле, причем заметно, чем вывести на них же с поверхности. Это вам закроет и спутниковую навигацию, и связь в высоких широтах, и целевую съемку с разрешением выше десятков метров.
Военный космос от этого пострадает сильнее, гражданский меньше. Пострадают широты выше 60 градусов - что незначительная проблема для всего шарика.
Зато вот если мы говорим про дальний космос, то тут уже все поинтереснее. Дельта-в до почти куда угодно за пределы системы срезали на добрый десяток км/с. То есть по энергетике теперь местная Луна ближе, чем сейчас околозем, а Марс ближе, чем Луна.

Итого, развитие космонавтики здесь будет неизбежно другим. Но не получается крючок экономического подчинения. Хотя бы потому, что "огромную дуру вроде Хаббла" на лифте на геостационар вывести куда как проще и дешевле, чем спутник космической разведки (который "огромная дура вроде Хаббла", точнее, это Хаббл "огромная дура вроде спутника разведки") на его реальную орбиту здесь и сейчас.

[borisk]

Кстати, что мешает поставить мелкую пусковую на вершине лифта?

Затащил спутник с разгонным блоком наверх, отпихнул на безопасное расстояние и дал зажигание.

Тогда из лифта получается бесплатный и очень надёжный бустер первой ступени.

Надо только правильно договор на обслуживание лифта написать.

[vitus_wagner]

Вершина лифта у нас находится заметно дальше геостационарной орбиты. Поскольку нужен противовес, который будет натягивать веревку и уравновешивать поднимаемые грузы и опускаемые кабины.

Но вообще спутникам мешает тот факт что весь диапазон интересных орбит ниже лифта. И любая орбита по определению пересекает плоскость экватора. То есть вот эта огромная конструкция ежесуточно минимум дважды пересекает любую орбиту. И вероятность столкновения спутника, не выполняющего активных маневров уклонения, за несколько лет близится к единице.

Просто люди обычно не дооценивают двух факторов

1. Земля не двухмерна, а трехмерна. И экватор на ней одно из самых бессмысленных мест, либо заросшее слабопригодными для жизни джунглями, либо проходящее через океан.

2. Космос большой. И вывод груза на орбиту это наименьшая из проблем при создании полезного космического апаарата. И далеко не главная составляющая его цены.

[borisk]

Значит, они откроют для себя мир экзотических орбит сравнительно рано. Та же орбита «Молнии», или семейство орбит японских спутников навигации - у них тоже очень специфичные требования были ;)

И ещё один вопрос: а можно ли из этого троса делать каркасы для высотных аэростатов? Связка баллонов с некоторой избыточностью на каркасе, возможно даже внутри обтекаемой обшивки.

Поднимается в стратосферу и летит в струйном течении.

[kostya_moskowit]

1. Жители Сингапура смеются над этим утверждением.
2. Космос большой и это препятствие ставит просто новую задачу перед создателями спутников. Я вот не считаю толпу дешевых спутников над планетой логичным решением. Мы еще с ним намучаемся в обозримом будущем. Придумают создатели как обойти проблему. Вариантов решения много. Можно хотя бы поставить систему отклоняющую спутник от троса силовым полем. Или наконец по-полной использовать Луну.
3. Использовать сверхпрочную и легкую нить можно много где на самом деле. В одном новом сериале сверхпрочная нано-нить разрезает стальной корабль. То есть ее можно использовать для разрыва молекулярных связей в промышленности.

[elglin]

> вот эта огромная конструкция ежесуточно минимум дважды пересекает любую орбиту
Или нет.
Вот вам реальный след на поверхности Земли от реального спутника. Как эта траектория будет мешать космолифту, поставленному в Эквадоре? Никак.

1. Так у вас же не Земля, а "землеподобная планета". На экваторе не только леса Амазонки. Даже на земле. Ну а даже если и бессмысленное - дальше что? Космопорт, совмещенный с портом, навроде реального Куру.
2. Космос настолько большой, что срезанные 9-10 км/с характеристической скорости - это прямо-таки подарок судьбы.
А все прочие составляющие цены особо не изменятся.

[borisk]

Ага, это японский навигационный спутник.

[fau74]

Если уж начинать фантазировать... трос можно натянуть не только вертикально. Сетчатая конструкция с опорой на лифты на экваторе и систему противовесов вполне позволит забыть о свободношляющихся спутниках. Арендуешь подвес, вывозишь лифтом полезный груз, спайдеры разносят его по сетке в нужную точку и подвешивают. Можно даже питание и связь стационарно подать. Эдакая протосфера Дайсона.

[vitus_wagner]

Ну над экватором-то понятно. А на чем будет эта сетка держаться хотя бы над широтой Москвы?

[fau74]

На противовесах. Ее, конечно, будет колебать, натяжные элементы не жесткие, ну так орбита тоже не стеклорезом по небесной тверди прорисована.
Можно, конечно, полярные башни добавить (на подшипниках, хе-хе), но боюсь их ждет судьба мачты в шторм. Прецессию-то никто не отменял, а земная кора не настолько твердая.

[vitus_wagner]

Каким образом противовесы удержат сетку в стороне от плоскости вращения?

Полярным башням подшипники не нужны. Земля у нас твердая, вращается как единое целое. И если экваториальные лифты неподвижны относительно Земли, то и протянутые от их вершин к полярным башням тросы - тоже.

В принципе нам ничто не мешает спустить вдоль основного экваториального троса пару тросов подлиннее и растащить их на север и на юг на любое (главное, чтобы симметричное) расстояние. Можно и не до полюса, а где-нибудь на полярном круге их закрепить.

Только вот не будет ли такая конструкция предъявлять существенно более высоких требований к прочности троса, чем сам лифт, и какой мощности потребуется буксир для буксировки этого троса в сторону от экватора?

[fau74]

Несколько симметричных групп противовесов на нужных широтах. Получится не сфера, а набор цилиндров и конусов. А растяжка вдоль оси вращения - за счет полярного крепления.

Требования к прочности троса, конечно, будут выше. Но если никто не летает под ногами и не пытается таранить тросы, то количество тросов может быть довольно большим. Так что технически решаемо, хотя бы по схеме вантового моста. К тому же мы пока не знаем, каким будет техническое решение тросов лифта и каковы окажутся его пределы прочности - там всяко будет какая-то существенная смена технологий производства тросов :)

[vitus_wagner]

И что? Какие силы будут действовать на этот противовес, что не дадут ему под действием равнодействующей силы гравитации и натяжения троса прийти в плоскость экватора?

[fau74]

Точка крепления к сети. Если взять условно 10 противовесов и равномерно раскрепить их к сетке на широте Москвы, то они и крутиться будут на широте Москвы. А сместиться к экватору не даст сама сетка, она непрерывная и фиксирована на полюсах.

[elglin]

Для чего-то околопланетного - первой ступени. А для чего-то более дальнего - первой и второй разом. От геостационара или "загеостационара" до Луны и всего межпланетного ближе, чем от околозема.

[vlad_suh]

Так маленькие и дешёвые спутники нужны потому, что ракета для вывода даже на низкую орбиту - дорогое удовольствие. А до многоразовых ракет - ещё в разы более дорогое.

А если уже есть способ выводить на орбиту грузы в промышленных масштабах, то этого ограничения нет. Можно поднимать большие и тяжёлые спутники, которые смогут работать с орбиты выше лифта. Или вообще, как у старых фантастов, вместо спутников связи будут огромные обитаемые станции связи с персоналом, который там вахтовым методом работает.

[vitus_wagner]

Маленькие и дещшевые спутники нужны потому чтл 1 Они дешевые 2. Они решают задачу хорошо.

А большие и дорогие спутники на геостационарной орбите решают задачу плохо. По принципиальным физическим соображениям ответ от сервера на в другой точке Земли не может быть получен через геостационарную орбиту раньне, чем через послсекунды. Портому что расстояние. которое нужно преодолеть радиосигналу. составляет 4 раза по 36000 км. А при связи через межспутниковый роутинг на низкоорбитальных спутниках расстояние будет не более 50000 км, хотя понадобится несколько ретрансляций. Но ретрансляции делать за микросекунды уже научились.

То же самое касаестя и дистанционного зондирования Земли - много маленькинх спутников на низкой орбите способны делать снимки более высокого разрешения и чаще, чем немного геостационарных.

Соответственно вопрос - зачем тратить деньги на дорогое и хреновое решение, если можно сделать дешевое, обесеечивающее более качественный сервис?

Старые фантасты просто ни хрена не понимаали в том, что такое качественная связь. Они выросли в эпоху бумажной почты и телеграфа. В их времена даже трансатлантический телефонный разговор казался чюдом. А нам сейчас подавай High Frequency Trading и дистанционное управление через полмира.

[vlad_suh]

Так маленькие и дешёвые спутники для низких орбит появились только с развитием микроэлектроники в последние десятилетия.

А в 70 (заявленные в условиях задачи) были большие тяжёлые и дорогие спутники. Которые выводились ещё более дорогими и тяжёлыми ракетами. в 70-х у США было всего 20-30 запусков в год.

Лифт же позволит выводить сколь угодно большие агрегаты и сколь угодно часто. Что позволит, например, сильно сэкономить на разработке и производстве - вмест уникальных и дорогих аппаратов будут серийные. Да они будут менее надёжными и более тяжёлыми, но их можно будет очень легко заменять и обновлять.

[vitus_wagner]

Сколь угодно часто - не позволит. Поскольку время доставки груза на лифте с поверхности Земли на геостационар - не менее недели.

А прогресс в микроэлектронике как раз в 70-е годы начался.

Опять же насчет "скольо угодно большие" есть сомнения. Скорее всего габариты кабины лифта будут ограниченными. И нужно будет налаживать сборку там, наверху.

[az1236]

Маленький и дешевый спутник придется прикрепить к большому баку с вонючкой. Неприятно, конечно, но вроде не конец света.