Riesige Planetenringbasen, sind sie realisierbar?

Ja

Es ist möglich, eine Ringbasis um einen Mond oder einen Planeten zu bauen. Nicht vertraut mit der Luna-Basis von Starship Troopers – nicht sicher, wie viele Dinge Sie gerne auf der Basis platzieren. Aber als Basis für eine Basis können 30 x 30 m ausreichen.

Wie zu implementieren

Aktive Stützstrukturen sind die Antwort: Isaac Arthur, Megastructures-Serie behandelt das Konzept aktiver Stützstrukturen in verschiedenen Anwendungen als eines der Schlüsselelemente, die sie ermöglichen.

Grundsätzlich wird das Konzept in Launch Loop als eine Sache verwendet, die es theoretisch möglich macht – eine Art Rotor, der sich mit hoher Geschwindigkeit innerhalb der Struktur bewegt und dessen Zentrifugalkraft der Gravitationskraft der ihn umgebenden Struktur entgegenwirkt.

Der Ring ist derselbe, aber nur wesentlich größer als Konstruktion. Es muss nicht als starre Struktur wirken, die allen Kräften (Schwerkraft, Verwindung und andere Dinge) entgegenwirkt – diesen Kräften muss ein Rotor entgegenwirken.

Der Rotor selbst muss kein einzelner Kern oder eine durchgehende Saite sein. Dies muss verstanden werden, und es kann wichtig sein, es als separate kurze Stücke zu haben, um einige Spannungseffekte zu vernachlässigen, die in dieser Konstruktion Platz haben können, indem diese Teile an verschiedenen Punkten des Rings verlangsamt oder beschleunigt werden.

Wahrscheinlich sollten innerhalb dieser Struktur verschiedene Spuren vorhanden sein, damit diese Teile des Rotors ihre Spuren ändern und in dieser Konstruktion mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten laufen können, um möglichen Resonanzereignissen, ungleichmäßigen Kräften, die auf den Ring einwirken, entgegenzuwirken usw.

Eine etwas einfachere Struktur im Wiki-Artikel Orbitalring , und laut dem Artikel wurde er 1870 von Nikola Tesla vorgeschlagen, also wahrscheinlich der Vater von allen, als Konzept.

Das Problem

Das Hauptproblem ist das gleiche wie bei der Startschleife – Zuverlässigkeit.

Antworten Sie also auf "Was müsste passieren, damit es machbar ist?" Die Technologie sollte es ermöglichen, diese aktiven Stützstrukturen fehlerfrei zu betreiben, ohne ein einziges Problem in der Zeit ihrer Verwendung, insbesondere für eine dauerhafte Struktur wie Planetenringe. Technologie, die in meiner Antwort zum Bewegen der Planeten verwendet wird, ist eine davon; es ermöglicht, dass aktive Stützstrukturen kompakt und ausfallfrei sind. Die Antwort ist hier (der relevante Teil ist Hinweis über Venus-Schrott, Schlangenelefant ).

Ein weiteres Problem ist die Wartung. Es ist himmlisch korreliert mit Zuverlässigkeit, aber auch mit der Fähigkeit, die Folgen äußerer Ereignisse, wie Meteoriteneinschlag oder Trümmer, die auf die Struktur treffen, oder interner, wie Verschleiß der Konstruktion, zu eliminieren). Grundsätzlich wird jede intelligente Angelegenheit, die fortgeschritten genug ist, das Problem lösen. Es müssen keine Nanomaschinen oder grauer Schleim oder Nano-Assembler und dergleichen sein – andere Arten können gut genug sein.

Was ist die niedrigste Technologie, um eine solche zu bauen.

• oder haben wir bereits die Technologie, um eine solche zu bauen
• oder andere Probleme zu lösen, bevor man einen solchen baut.

Es macht wenig Sinn und ist gefährlich, einen solchen Ring zu bauen, wenn die Technologie es nicht erlaubt, ihn zuverlässig zu bauen, wenn die Konstruktion nicht 100% zuverlässig ist. Der einzige Grund, eine nicht zuverlässige Struktur zu bauen, ist die Notwendigkeit, ein vorübergehendes Problem zu lösen, wenn es geeignet ist, durch eine solche Konstruktion gelöst zu werden. Es gibt nicht viele solcher Probleme, aber möglich ist es, in kurzer Zeit (wenige Jahre) eine Flucht für die Menschheit aus dem Gravitationsschacht zu organisieren, da die Struktur als Basis für mehrere 100 km lange Weltraumlifte verwendet werden kann mit einem viel intensiveren Durchsatz pro einzelnem Lift als der übliche Weltraumlift, und Kabel können aus regelmäßigeren Materialien hergestellt werden.

Das Gute an dem Ring ist, dass wir ihn wahrscheinlich mit unseren aktuellen Technologien und Materialien bauen können, die wir kennen und regelmäßig verwenden.

Nicht ganz verwandt, aber einige Beispiele für Weltraumliftmassen für die Erde:

• Ein aus Kevlar hergestellter Weltraumlift (3,2 GPa, 1440 kg/m ³ ) für die Erde wird eine astronomische Masse haben (nicht so astronomisch, aber 0,004 % der Masse der Erde) und in der Lage sein, eine 100-Tonnen-Kapsel anzuheben (vielleicht einmal alle paar Stunden). .

  Eine Art CNT-MMC ( Carbon Nanotube Metal Matrix Composites , nur um es zu definieren, keine guten Daten) mit etwa 15 GPa Zugfestigkeit und 2600 kg/m ³ Dichte – gleiche Nutzlast (100-Tonnen-Kapsel pro paar Stunden) wird vernünftiger sein Masse 254'000'000'000 kg (254 Millionen Tonnen) nicht schlecht.

  Und nur um CNT einzubeziehen, etwa 100 GPa, 2000 kg/m ³ (gleiche Kapseln) Gesamtmasse etwa 44'000'000 kg.

  Kapseln - Fahrzeuge, die entlang des Kabels fahren und wo wir unsere Nutzlast platzieren, sie üben eine zusätzliche Kraft aus, die auf das Kabel wirkt, und ihre Masse bestimmt den Durchmesser des Kabels an der Unterseite und definiert die Dicke des Kabels an allen Stellen. In den obigen Beispielen ist die zusätzliche Kraft ein Gewicht von 100 Tonnen Masse.

Der Ring mag eine Masse von etwa 36.000.000.000.000 kg (36.000 Millionen Tonnen) haben, vielleicht ein paar Mal mehr, aber sagen wir, die Gesamtdichte der Konstruktion beträgt etwa 1000 kg/m ³ .

Es ist viel, aber nicht einmal annähernd astronomische Werte, aber viel. Es entspricht etwa 1000 großen Staudämmen auf der Erde, gemessen an der Masse der für den Bau verwendeten Materialien. Es ist auch viel Platz, aber nicht wirklich viel. Um all diese Tonnen vom Mond in nur einem Jahr zu starten, benötigen wir möglicherweise 3,3 TW Stromerzeugung, was einem 110 × 110 km großen Feld von Sonnenkollektoren (oder gleichwertiger Technologie) auf der Oberfläche des Mondes entspricht. (40 % Wirkungsgrad der Energieerzeugung, Halbzeit Nacht, Halbzeit Tag)

• Sicherlich muss der Start von Materialien von einer Art Massenfahrer (Magnetschwebebahn und so) erfolgen.

Diese Materialien müssen in eine Umlaufbahn um den Körper geschleudert werden. Es gibt ein Problem mit unserer Technologie, wir können das nicht so einfach machen, wenn der Körper keine Atmosphäre hat, also geht es jetzt weiter und weiter darum, den Ring vom Mond um die Erde zu bauen.

• Gutes Zielen, Lufterfassung, Umlaufbahn 1000 × 100 km, Delta etwa 250 m / s, um es kreisförmig zu machen (siehe diese Antwort für Hoffman-Übertragungsformeln). Es gibt auch andere Möglichkeiten, dies zu tun, z. B. https://en.wikipedia.org/wiki/Electrodynamic_tether , aber die Atmosphäre ist nützlich.

• Es ist möglich, eine solche Konstruktion aus einem luftlosen Körper zu bauen, wenn alle erforderlichen Materialien vorhanden sind (der Mond hat es), ist es nur schwieriger, den Ring um einen anderen luftlosen Körper aus dem Körper zu bauen.

Stücke können 1 km lang sein, so dass es möglich ist, die Konstruktion in 1 km langen Stücken in die Umlaufbahn um die Erde zu schicken. Etwa 46.000 Brocken später könnten wir einen Ring aus unabhängigen Teilen haben, der die Erde umkreist. Das KSP-Spiel wird diese Situation wahrscheinlich mit 0,001 FPS berechnen, aber im Allgemeinen, wenn jedes Teil ION-Laufwerke, Energiequellen hat (und sie sollten für die zukünftige Verwendung – Sonnenkollektoren oder andere Möglichkeiten zur Umwandlung von Sonnenenergie oder anderen Energiequellen) haben – können sie das Paar in einem einzigen umlaufenden Ring, relativ einfach.

Low-Tech-Lösung endet fast dort, nicht ganz, aber ungefähr dort. Um es zu implementieren, müssen wir verwenden:

1. SpaceX, BFR – zur Einrichtung einer Mondbasis.
2. Automatisierung, um aus dort verfügbaren Materialien eine große Energiequelle auf dem Mond, ein großes Energiespeichersystem auf dem Mond zu machen.
3. Bauen Sie einen ziemlich großen Massentreiber für das Projekt, der in der Lage ist, 1 km große Teile der Konstruktion (im Grunde 1 km langer Zug) zu starten.
4. den VASIMR -Antrieb für den Zweck des Projekts zu perfektionieren und ihn in Massenmontage auf dem Mond zu montieren.
5. Entwickeln Sie das Ringprojekt im Detail und definieren Sie, was Sie eigentlich damit machen möchten. (Es gibt verschiedene Ziele und verschiedene Konstruktionsarten, um sie zu erreichen – Sie müssen sich das nicht als eine einzige große Röhre um einen anderen Raumkörper vorstellen).
6. Massenproduktion und Masseneinführung von Teilen (ca. 100 pro Tag)
7. Verbinde den Ring.

Jetzt die Leckereien und der lustige Teil

Der Ring hat möglicherweise keinen Rotor wie eine Startschlaufe, sondern kann stattdessen der Rotor selbst mit einer äußeren Hülle sein. Die Hülle kann dieselbe Winkelgeschwindigkeit wie die Erde haben, da ihr Ziel darin besteht, (wie in der Hyper Loop-Projektidee) diesen Zug in dieser Höhe von der Atmosphäre zu isolieren.

Der Ring kann die Größe seiner Umlaufbahn ändern und ihn von einer äquatorialen Umlaufbahn von 1000 × 1000 km auf eine äquatoriale Umlaufbahn von 100 × 100 km verkleinern. Es wird ein Hyper Loop-Zug sein, aber irgendwie kopfüber in der Luft schwebend in 100 km Höhe über der Erdoberfläche, mit einer Geschwindigkeit des Zuges darin von etwa 8 km/s.

Der Druck in dieser Höhe beträgt etwa 1/128000 von 100 kPa. Wenn also die äußere Hülle irgendwie beschädigt wird (Leck oder so), passiert nichts Super Aufregendes und es bleibt genügend Zeit für die Reparatur.

• Die Umlaufbahn sollte wahrscheinlich etwas höher sein, 120 km oder so, hoch genug über 80 km, wo böse Dinge passieren http://www.spaceacademy.net.au/spacelink/blackout.htm

Das Gute an der Konstruktion ist: Es muss nicht als ganze Konstruktion die Umlaufbahn wechseln, es kann nur einige Teile davon näher an der Erde sein.

Verrücktes Bild, von mir gemacht, aber besser ein schlechtes Bild als 1000 Worte:

Das Gute am Ring ist, dass er im Vergleich zum herkömmlichen Weltraumlift mehrere Hebepunkte haben kann, und diese Hebepunkte können im Vergleich zum herkömmlichen Weltraumlift in der gleichen Zeit mehr heben.

120 km Glasfaser + Aluminium-Matrix-Kabel (1,7 GPa, 2600 kg/m ³ ) werden etwa 9000 Tonnen wiegen, zum Heben von 1000 Tonnen Nutzlast + Raupe mit Sicherheitsfaktor 1,3, und eine Verjüngung von 1:3 haben.

Fazit

Wir sind ziemlich nah dran, einen solchen Ring zu bauen, aber wir werden es wahrscheinlich nicht tun, bis wir eine zuverlässige Technologie haben, ihn zu bauen.

Aus dem gleichen Grund, aus dem Ringworld instabil ist, nein.

Da sich die Station im Grunde in einer Ebene befindet, driftet sie auch nur ein wenig von der Mitte weg und wird sich nicht selbst korrigieren. Dies wäre dasselbe, ob die Station starr oder halbstarr wäre.

Aber...

Wenn Sie die Station mit Aufzügen zur Oberfläche entwerfen, wäre sie stabil. In jeder Höhe (kleiner als GEO), sofern diese fiktive Struktur tragfähig ist. Diese Struktur würde sich jedoch in keiner Höhe in einer "Umlaufbahn" befinden.

Aber...

Wenn Sie eine Reihe nicht verbundener Stationen hintereinander platzieren und auf derselben Höhe umkreisen, hätten Sie etwas, das der Idee nahe kommt.

Der erste Teil ist einfach. Auf Planetenringen kann man keine Raumstation bauen . Ringe bestehen nur aus Staub, und zwar aus ziemlich spärlichem Staub. Darauf kann man einfach nicht aufbauen. Die Frage des Baus eines künstlichen Rings ist etwas komplizierter.

Aus den Forschungen und Schätzungen von dot_Spot können wir untersuchen, was es bedeutet, einen Torus von 6400 km Länge und 500 m Durchmesser herzustellen (offensichtlich ist dies der "kleine" Durchmesser, nicht der riesige, der um den Mond/Planeten geht). Das überstreicht ein Volumen von 3 * 10^15 Kubikmeter Raum. Wenn wir davon ausgehen, dass 50 % davon leerer Raum ist, durch den Menschen gehen können, sind das 1,5 * 10 ^ 15 Kubikmeter Material.

Nehmen wir an, das gesamte Material ist Titan, das ausgewählt wurde, weil es nicht sehr dicht ist. Das sind 1,5 * 10^17 kg Materie! Ein Saturn V kann etwa 50.000 kg Nutzlast heben, also würden etwa 2.842.000.000.000 Saturn V-Raketen benötigt, um so viel Masse zu heben!

Natürlich würde es die Schwierigkeit verringern, so viel Masse zu starten, wenn man es von einem Mond aus machen würde. Das Ernten von Asteroiden würde auch helfen. Aber wenn Sie über die Machbarkeit nachdenken, zeigt das, wie schwierig es tatsächlich ist, einen solchen Ring herzustellen.

Mit aktueller Technik nicht möglich

Ein Ring oder eine ringähnliche Struktur müsste nicht nur den Gravitationsbelastungen des Objekts standhalten, das es umgibt, sondern auch der von nahen Himmelsobjekten. Da eine solche Struktur wahrscheinlich irgendwann gestört wird, muss sie auch in der Lage sein, sich selbst anzupassen und den für solche Anpassungen erforderlichen Kräften standzuhalten.

Eine solche Struktur, die um etwas wie unseren Mond herum gebaut wurde, müsste sorgfältig ausbalanciert werden, damit die effektive Masse des Rings an allen Punkten des Umfangs ungefähr gleich ist. Es müsste auch das Ziehen der Erde, das Hinzufügen von Masse beim Andocken von Schiffen oder das Aufnehmen von Verbrauchsmaterialien, die Verringerung der Masse beim Abdocken von Schiffen, Motorenabgase und das Abladen von Abfällen sowie zufällige Änderungen wie Meteoriteneinschläge kompensieren.

Obwohl diese technischen Meisterleistungen theoretisch und mathematisch möglich sind, liegen sie derzeit außerhalb des aktuellen Produktions-, Herstellungs- und allgemein verfügbaren Technologieniveaus unserer derzeitigen Gesellschaften.