Stellen Sie sich eine sehr lange Brücke (Visbi-Brücke – benannt nach dem Designer) über eine riesige Schlucht – eigentlich fast eine weite tiefe Schlucht – vor, die Sie auf einer erdähnlichen Welt verwenden. Mein Konzept ist, dass ein Teil der Unterstützung der Brücke eine Art Ballon-ähnliche Leichter-als-Luft-Technologie sein würde. Die Enden der Brücke würden eine Aufhängung mit Pfeilern und Kabeln verwenden. Zur Mitte hin würde die Brücke zusätzliche Unterstützung benötigen
1. Ich frage mich, ob dies machbar wäre, wenn man von einer etwas fortschrittlicheren Materialtechnologie ausgeht, als wir sie derzeit haben? Gravitation und Wetter wären unserer Erde ähnlich.
2. Wie lang könnte eine solche Brücke sein? 1 Meile? 2 Meilen? 5 Meilen? Gehen Sie von fortschrittlichen Materialien aus, die heute zumindest denkbar sind.
3. Wäre dieses Konzept im Gegensatz zur Flucht sinnvoll? Mit anderen Worten, es hätte mehr Kapazität für die verbrauchte Energie.
4.Gibt es andere Technologien, die realistischerweise sehr lange Brückenspannen ermöglichen würden?
Auf dieser Welt kommt die Technologie dem nahe, was wir haben. Die Zivilisation auf dieser Welt ist weniger energieintensiv als unsere, nicht autobasiert und dünner besiedelt. Ich schließe Anti-Schwerkraft-Technologie oder Energiebrücken usw. aus. Diese Brücke müsste keine enormen Lasten tragen, hauptsächlich Menschen in irgendeiner Art von Fahrzeugen und wertvolle/leichte Fracht. Bei ungünstigen Wetter- und Windverhältnissen übernehme ich Vorkehrungen für die Schließung der Brücke und/oder die Umgestaltung des Brückenbauwerks.
Aus technischer Sicht ähnelt eine LTA-Brücke einer Pontonbrücke . Sie hätten im Grunde eine durchgehende Reihe von Ballons (oder mehrere Linien, wenn Sie bereit sind, mehr für eine erhöhte Redundanz zu zahlen), die mit dem Traggas Ihrer Wahl aufgeblasen sind. Gruppen von Ballons würden Brückensegmente tragen, und jedes Segment würde mit einer Reihe von Ankerkabeln am Boden befestigt.
Bei ungewöhnlich schwerem Wetter (z. B. einem Jahrhunderthurrikan) kann die Brücke "gelandet" werden, indem die Segmente getrennt, etwas Hebegas freigesetzt und die Teile mithilfe der Halteseile auf den Boden geführt werden. Sie würden dies nur als letzten Ausweg tun, da das erneute Starten der Brücke fast so viel Arbeit ist wie der erste Zusammenbau. Die Landung kann in weniger als einem Tag erfolgen, da jedes Stück einzeln gelandet werden kann, aber der Neustart muss Segment für Segment erfolgen, von den Enden bis zur Mitte, damit alles ausgerichtet ist.
Ja, es ist machbar. Sie müssen vermeiden, eine solche Brücke in Gebieten zu bauen, die von Unwettern betroffen sind (wobei "schwer" von der verfügbaren Technologie abhängt, z. B. wenn Sie riesige Kevlar-Stoffbahnen herstellen können, können Sie weitaus schlimmere Stürme bewältigen als wenn Sie es sind mit gasdichten Seiden- und Hanfseilen).
Wie bei einer Pontonbrücke gibt es im Wesentlichen keine Begrenzung für die Länge der Brücke: Jedes Segment ist selbsttragend und selbststabilisierend, und die Verbindung zu den angrenzenden Segmenten dient nur dazu, die Ausrichtung aufrechtzuerhalten.
Man kann eine Brücke und ein Flugzeug nicht wirklich vergleichen. Eine LTA-Brücke hat im Vorfeld hohe Energiekosten, aber sobald sie installiert ist, entfallen die Energiekosten hauptsächlich auf den Ersatz von Hebegas, das durch Leckagen oder absichtliche Freisetzungen verloren gegangen ist. Andererseits hat ein Flugzeug hohe Energiekosten pro Fahrt.
Eine Hängebrücke kann zwischen Türmen mindestens 2000 Meter lang sein; die Anflugspannen können diese leicht verdreifachen. Wenn Sie bereit sind, eine massive Stützstruktur zu bauen, kann eine Bock- oder Viaduktbrücke eine praktisch unbegrenzte Entfernung überbrücken.
Ein wesentliches Problem beim Aufhängen einer Brücke an Ballons ist, wie die Verkehrslast getragen wird.
Nehmen wir an, Ihre Brücke befindet sich unter ihrem eigenen Gewicht im Gleichgewicht. Wenn Sie die Fahrzeuge hinzufügen, die über die Brücke fahren, wird die Gasmenge in Ihren Ballons nicht zunehmen, daher bieten sie keinen zusätzlichen Auftrieb. Daher muss das Gewicht des Fahrzeugs/der Fahrzeuge ausschließlich auf herkömmliche Weise, dh durch Biegung des Brückendecks, getragen werden. Bei einer sehr großen Spannweite bräuchte man eine sehr steife Brücke, um keine übermäßige Durchbiegung zu bekommen.
Beachten Sie, dass dieses Problem nicht bei Brücken im Pontonstil auftritt (was, wie Mark betonte, wahrscheinlich die nächste ist, die eine echte Brücke Ihrer "Ballonbrücke" nähert). Denn wenn Sie Fahrzeuge über die Pontonstützen schieben, erhöht sich die vertikale Reaktion an den Stützen, dh der Kontaktdruck zwischen Ponton und Wasser steigt.
Am besten halten Sie sich an herkömmliche Brückenstile, verwenden aber fortschrittliche Materialien. Die aktuellen Rekorde für Brückenspannweiten liegen bei (ungefähr) 1 km für Schrägseile und 2 km für Aufhängungen. Die Hauptbeschränkung für die Vergrößerung dieser Spannweiten ist das Gewicht der Kabel – jedes Kabel muss sein eigenes Gewicht sowie einen Teil des Gewichts des Brückendecks und des Fahrzeugverkehrs tragen. Die Kabel auf den derzeit längsten Brücken tragen hauptsächlich ihr eigenes Gewicht. Sie könnten dies lösen, indem Sie die Kabel aus etwas Leichterem als Stahl herstellen, z. B. Kohlenstoffnanoröhren. Dies wird derzeit offensichtlich wegen der übermäßigen Kosten von Kohlenstoffnanoröhrchen nicht getan, wenn eine so große Menge benötigt würde.
Luft ist unglaublich leicht. Es ist schwer, sich Materialien vorzustellen, die tatsächlich leichter als Luft und ausreichend sind, um den Auftrieb unter Last aufrechtzuerhalten.
Es könnte jedoch möglich sein, Ballons als Hebevorrichtung zu verwenden. Das Gas ist ein Gegenstand einiger Meinungsverschiedenheiten. Helium hat eine Auftriebskraft von 1 Gramm pro Liter , was nicht sehr viel ist. Wasserstoff ist etwa 8 % besser, aber er ist sehr leicht entzündlich, weshalb Luftschiffe ihn nicht mehr verwenden. Hindenburg suchen. Methan kann auch verwendet werden und entweicht nicht so leicht aus Ballons, aber es ist ein viel schlechteres Traggas. Also los mit Helium.
Sagen wir auch, dass wir nettes fortschrittliches Graphen verwenden, um diese Brücke zu bauen; Obwohl derzeit noch nicht weit genug entwickelt, um dies zu tun, könnte dies bald der Fall sein. Graphen hat eine Masse von 0,77 mg pro Quadratmeter oder 21,36 Milligramm pro Kubikmeter.
Wir bauen eine Brücke. Wie viel Material braucht das? Unter der Annahme einer Spannweite von 1 km, einer Breite von 10 m und einer durchschnittlichen Tiefe von nur 50 cm (was für Ihre Bedürfnisse ausreichen sollte), ergibt sich:
Allein zum Anheben der Brücke benötigt man also 106,8 Liter Helium. Sie benötigen zusätzliches Helium, das dem Gewicht des Fahrzeugs in Gramm entspricht, wenn ein Fahrzeug (oder eine Person für diese Angelegenheit) überquert. Nehmen wir an, Ihr schwerstes Fahrzeug wiegt 1 Tonne. Das sind zusätzliche 1.000.000 Liter Helium...
Kurz gesagt, Sie werden viel Helium brauchen . Es ist ziemlich unpraktisch.
Es gibt einen großartigen Artikel vom MIT:
Darin beschreiben die Autoren die mögliche Anwendung von leichten Zellgittern aus einer kristallartigen Anordnung von Streben:
Es ist sicherlich nicht "leichter als Luft", aber es gibt viel leeren Raum und es ist realistisch erreichbar.
Die Brücke könnte mit einem solarbetriebenen Montagegerät im Gantry-Stil so lang wie möglich sein:
Oder mit den hier gezeigten zweibeinigen Robotern:
Die Zellen (?dreieckige Bipyramiden?) müssten vermutlich zuerst in großen Mengen hergestellt werden, bevor sie beim Zusammenbau verwendet werden.
Wie andere bereits erwähnt haben, ähnelt Ihre Idee schwimmenden Brücken. Seattle hat einige der größten:
Sie werden über abgewinkelte Ankerkabel auf dem Meeres- (oder See-) Boden stabil gehalten.
Auf einer sehr einfachen Ebene könnte man also eine schwimmende Luftbrücke genauso behandeln wie eine schwimmende Wasserbrücke, indem man Ankerkabel an der darunter liegenden Oberfläche befestigt.
Es gibt jedoch einige wesentliche Unterschiede:
Ich bin kein Ingenieur, aber vielleicht könnten einige dieser Bedenken durch ein anderes Rezept für die Atmosphäre gelöst werden. Vielleicht ist die Atmosphäre auf diesem Planeten viel dichter als auf der Erde, was diese Ideen etwas praktischer macht.
Marks ausgezeichnete Antwort deckt das meiste davon ab, es gibt jedoch eine letzte Sache, die es übersehen hat.
Aus Luftballons tritt Traggas aus, zum Beispiel sind Heliumballons wenige Tage nach einer Party bereits geschrumpft.
Ganz gleich, was Sie versuchen, es wird nach und nach Hebegas aus den Pontons entweichen, so dass ein Teil des Wartungsplans für die Brücke darin besteht, dass die Leute hindurchgehen und sie wieder auffüllen. Die Lebensfähigkeit der Brücke hängt in hohem Maße von der Verfügbarkeit des Hebegases ab und davon, wie schnell (oder langsam) das Lecken erfolgen kann.
Wie wäre es mit Drachen?
Sie würden horizontale Abspannseile benötigen, um der seitlichen Komponente der Kraft entgegenzuwirken, und eine Computersteuerung der Winkel der Drachen relativ zum Wind - vielleicht könnten Sie einen stetigen katabatischen Wind annehmen , der von der Schlucht geführt wird. Der Wind ist in größerer Höhe stärker. Wenn der Wind konstant genug und stark genug war, könnten Sie vielleicht die Brücke selbst als Auftriebskörper verwenden.
Wie in Kommentaren und anderen Antworten besprochen, gibt es mehrere Probleme:
- Das Hinzufügen von Auftriebsballons zu einer Brücke würde die Gewichtsbelastung verringern, nichts zur Verringerung der Windlast beitragen (tatsächlich würde es sie verschlimmern.)
- Liftgas würde mit der Zeit austreten.
Hier ist meine Lösung
Die schwimmneutrale Seilbahn / Skilift!
Dies ist im Grunde wie eine normale Seilbahn / Skilift, nur dass das Gewicht der Kabinen / Stühle durch einen schwimmfähigen Ballon reduziert wird. Dadurch können die Spannweiten deutlich größer werden. Bei starkem Wind müssen alle Autos zu den Basisstationen geschleppt werden, um Schäden zu vermeiden.
Ein Problem besteht darin, sicherzustellen, dass die Autos tatsächlich neutral schwimmfähig sind, bevor sie losgelassen werden, da sonst ein unbeladenes Auto genauso stark am Kabel hochziehen würde wie ein überladenes herunterziehen würde. Das Variieren der Menge an sperrigem Liftgas erscheint unbequem, daher würde es wahrscheinlich mit Ballastgewichten durchgeführt werden.
Wenn schließlich eine Zwischenstütze auf halbem Weg über die Spannweite benötigt würde, wie in meinen Kommentaren zu der Frage erwähnt, könnten Sie einen A-Rahmen aus 2 Kabeln herstellen, die links und rechts von der Fahrtrichtung am Boden der Schlucht befestigt und gehalten werden Spannung durch einen Ballon. Es ist unwahrscheinlich, aber denkbar, dass dies auf einigen Welten (dh solchen mit einer sehr dichten Atmosphäre) wirtschaftlicher wäre als ein Stahlmast.
jamesqf
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