Wie hoch müsste ein Weltraumaufzug auf dem Mars sein?

Abhängig vom genauen Design Ihres Weltraumaufzugs streben Sie eine Station auf oder über der geostationären (technisch Areostationären) Umlaufbahn an, die 20.428 km über der Marsoberfläche liegt. Es muss mindestens genug Kabel und möglicherweise ein Gegengewicht über dem areostationären Orbit vorhanden sein, um sicherzustellen, dass das Kabel stabil bleibt, aber theoretisch können Sie es im geostationären Orbit abdecken, wenn Sie bereit sind, ein ausreichend schweres Gegengewicht anzubringen.

Das ist jedoch ein technischer Albtraum, und Sie müssen das Gegengewicht mit ziemlicher Sicherheit weiter ausfahren, da ein schwereres Gegengewicht mehr Belastungen und mehr Schwierigkeiten bedeutet, Material überhaupt dorthin zu bringen. Wenn Sie eine Baustation in eine geostationäre Umlaufbahn bringen und dann Kabel von beiden Seiten herausführen, um sicherzustellen, dass die Station während des Baus an Ort und Stelle bleibt (wie von Jerome Pearson vorgeschlagen), benötigen Sie außen mehr Kabel, aber noch einmal, wenn Sie Fügen Sie ein schwereres Gegengewicht hinzu, dann benötigen Sie weniger Kabel.

Wenn wir davon ausgehen, dass es 1:1 ist, dann kommt man auf eine Höhe von ~40000 km.

Phobos umkreist diese Struktur bei 9000 km, Deimos bei 23000 km. Leider können Sie nicht viel gegen den Breitengrad des Aufzugs tun: Er erfordert die Rotation des Planeten, um zu funktionieren (tatsächlich können Sie zeigen, dass aufsteigende Autos dem Planeten wirklich Umlaufbahnimpuls stehlen und absteigende ihn zurückgeben). . Das ist jedoch kein Killer: Sie können den Aufzug so konstruieren, dass er keinen der beiden Monde direkt trifft (sie sind sehr klein im Vergleich zu dem Raumbereich, in dem Sie möglicherweise bauen können), aber Sie müssen ihre Gravitation berücksichtigen Effekte, was viel komplexer ist und dem System ständig Energie für Korrekturen entziehen wird. Wenn Sie bereit sind, genug Energie aufzuwenden, können Sie den gesamten Aufzug hin und her oszillieren lassen.

Dies könnte Sie interessieren . Technisch gesehen ist es eine Diskussion über die Verwendung zeitgenössischer Materialien zum Bau eines Marsaufzugs, aber eine der Antworten schlägt ein anderes System vor, das Weltraumaufzüge auf Deimos und Phobos verwendet, um Fluchtgeschwindigkeit zu erreichen, aber eine Rakete nur bis zum innersten Mond bringt.

Ein Weltraumaufzug funktioniert, indem er einen Satelliten in einer geostationären (na ja, auf dem Mars ist er areostationäre^^) Umlaufbahn mit einer Bodenstation verbindet. Der Satellit muss geo(areo)stationär sein, damit er sich immer über demselben Punkt des Planeten befindet - sonst würde er am Verbindungskabel ziehen und es im Laufe der Zeit um den Planeten wickeln oder den Boden benötigen, um ihn in Position gegen seine Umlaufbahn zu halten Tendenzen (die schnell das Kabel zerstören, den Satelliten aus der Umlaufbahn bringen oder die Bodenstation herausreißen würden ... nicht gut ^^)

Für Ihre angemessene Höhe müssen wir also wissen, wie hoch eine areostationäre Umlaufbahn ist - zum Glück kann uns Wikipedia dabei helfen: Es sind 20.428 km.

Auch zu Ihrer zweiten Frage: Der einzige Ort, an dem ein Weltraumaufzug vernünftig platziert werden kann, ist ON (nicht einmal "in der Nähe") des Äquators. Denn nur über dem Äquator kann man eine geo(areo)stationäre Umlaufbahn haben. Ich bin mir nicht sicher, wie weit dieser Berg entfernt ist, vielleicht wäre es machbar - aber Sie können den Aufzug definitiv nicht an einem beliebigen Ort auf dem Planeten platzieren, um Phobos zu vermeiden.

Ich bin mir nicht sicher, ob es am Äquator einen Punkt gibt, den Phobos nicht überqueren, wenn es einen gibt - das wäre der beste Ort, um Ihren Aufzug zu platzieren :)

Ansonsten... Nun, Phobos müssen aus dem Weg sein. Vielleicht wurde es in Ihrer Zukunft von etwas anderem getroffen und bereits entfernt? Oder vielleicht haben Ihre Ingenieure, da Sie sowieso ein Gegengewicht am oberen Ende des Kabels haben möchten, Phobos in eine areostationäre Umlaufbahn geschoben und verwenden es dafür? (eine ziemliche Leistung, aber Sie haben nicht angegeben, von wie Hightech wir hier sprechen ^^)

Sie könnten die Bohnenranke aufgeben und einen Skyhook versuchen, der von Phobos herabhängt. Es könnte eine Art Startsystem geben, um Schiffe von der Oberfläche zu starten, um sich mit dem Skyhook zu treffen, wenn er vorbeikommt, und dann den Skyhook nach Phobos und darüber hinaus hochgezogen werden (oder die Nutzlast auf Aufzugskabinen übertragen wird, um den Skyhook hinaufzufahren). Daher werden die Schiffe viel weniger Treibstoff verbrauchen, wenn sie in die Marsumlaufbahn kommen als sonst.

Wie wäre es statt eines auf der Marsoberfläche verankerten Weltraumaufzugs mit einer Modifikation des Oberflächen-Luft-Rückgewinnungssystems von Fulton? https://en.wikipedia.org/wiki/Fulton_surface-to-air_recovery_system

Hängen Sie ein Kabel an Phobos und greifen Sie nach dem Ende, wenn es vorbeigeht. Es ist kein echter Weltraumaufzug, da die Fracht an den Rand der Marsatmosphäre gelangen muss, bevor sie mitfahren kann.

Weltraumfahrstuhl

Um die anderen Antworten zu verdeutlichen, muss das Gegengewicht über der Höhe der aerostationären Umlaufbahn liegen. Dadurch versucht es, den Rest des Kabels nach oben und weg vom Mars zu ziehen. Grundsätzlich gibt es zwei Ansätze, wobei eine Kombination durchaus möglich ist.

1. Bringen Sie das Gegengewicht knapp außerhalb der stationären Ebene an. Dabei handelt es sich um ein großes stationäres Gegengewicht. Das Gegengewicht würde sich in der Nähe der areostationären Ebene von 20.428 km (20.414 km über Pavonis Mons) befinden.

2. Führen Sie das Kabel etwa doppelt so weit wie nötig. Dadurch wird das halbe Kabel zum Gegengewicht. Das Kabel wäre also länger als 40.000 km. Die Leute würden das Kabel jedoch auf der areostationären Ebene belassen. Der Rest des Kabels ist nur Gegengewicht.

In jedem Fall muss sich das Gegengewicht außerhalb der stationären Ebene befinden. Aber es muss nicht weit draußen sein. Es kann in einen Klumpen gezogen oder ausgezogen werden. Die Mathematik funktioniert so oder so.

Es wäre wahrscheinlich einfacher, Phobos zu bewegen, als den Aufzug zu bewegen. Das Verschieben von Phobos ist ein technisches Problem. Wir sind uns der Theorie hinter der Bewegung der Basis eines Weltraumaufzugs nicht wirklich sicher.

Ich bin mir nicht sicher, ob Pavonis Mons Ihnen genug hilft, um es wert zu sein. Wirklich, wenn Sie ein 20.415 km langes Kabel bewältigen können, sollten Sie auch 20.430 km bewältigen können.

Weltraumkatapult

Sie sollten auch wissen, dass ein Weltraumaufzug auf einer Welt ohne Atmosphäre nicht viel bringt. Vielleicht bist du mit einem Weltraumkatapult besser dran . Natürlich könnten Sie auch planen, dem Mars eine Atmosphäre zu geben, was dann ein Weltraumkatapult unmöglich machen würde. Das grundlegende Problem ist, dass das Hinzufügen des atmosphärischen Widerstands (der mit der Geschwindigkeit zunimmt) zur Schwerkraft die am Boden erforderlichen Geschwindigkeiten unhaltbar macht. Aber ohne Atmosphäre muss man einfach die Distanz aufdrehen, damit die Beschleunigung funktioniert.

Ein weiteres Problem mit einer Atmosphäre ist, dass sie die Menge an Sonnenlicht verdünnt, die den Boden erreicht, sodass Sie weniger Energie haben. Keine so große Sache mit einem Aufzug, der seine Energie aus dem Weltraum beziehen kann. Kann ein Problem mit einem Katapult sein, das vollständig am Boden liegt.

Einem Weltraumkatapult wird erheblich geholfen, indem der Abstand über dem Boden, aus dem es ausgelöst wird, vergrößert wird. Sie können es also in Pavonis Mons beenden. Wahrscheinlich nicht ganz oben, aber über dem normalen Bodenniveau.

Bauen Sie den Aufzug, indem Sie während der Bauzeit Kabel von Deimos und Phobos nach unten verlängern und während des Bauprozesses Exzentrizität zu ihrer Umlaufbahn hinzufügen ... Sie müssen den endgültigen Ankerpunkt nicht direkt über dem Äquator haben, wenn es einen sekundären Anker gibt. Punkt gleich und gegenüber dem primären Punkt auf der anderen Seite des Äquators, der ebenfalls an Phobos befestigt ist (der vermutlich auf eine oststationäre Umlaufbahn gehoben wurde, während das anfängliche Halteseil abgesenkt wurde).

Mehrere mögliche Lösungen. Erstens brauchen Sie, wie andere sagten, das Kabel, um vom Planeten in die aerostationäre Umlaufbahn zu führen, ~ 20.000 km, und ein Gegengewicht dahinter. Dieses Gegengewicht kann einfach ein Kabel sein (nicht genau die gleiche Masse wie das Hauptkabel, weil Sie die Kraft aufheben möchten und die Nettogravitation nicht konstant ist, aber ungefähr in der gleichen Größenordnung) oder es kann ein Asteroid sein. Deimos befindet sich in der Nähe der aerostationären Umlaufbahn (~23.000 km), ist aber zu schwer für ein Gegengewicht. Vielleicht kannst du es atomisieren, um einen großen Teil davon als Gewicht zu verwenden;)

Was Phobos betrifft: Er umkreist den Mars in einer Entfernung von ~9000 km, etwa 3 Marsradien. Eine mögliche Lösung besteht darin, die Autos das Kabel auf und ab zu synchronisieren, um es zu verformen (wie die Saiten einer Gitarre), sodass das Kabel immer dann entfernt ist, wenn Phobos abstürzen. Dies erfordert eine sorgfältig kontrollierte Choreografie, ist aber möglicherweise machbar. Das hat AC Clarke in The Fountains of Paradise getan. Eine andere Lösung besteht darin, kein Äquatorialkabel zu verwenden, sondern ein Y-förmiges. Es ist schwieriger zu bauen, aber ich habe Vorschläge dafür gesehen. Eine der Seiten des Y ist im Norden verankert (vielleicht 45-60º Breite) und die andere im Süden. Dann kann Phobos durch das Y passieren. Ich bin mir nicht ganz sicher, ob das funktionieren würde, weil das Y nicht gerade wäre, sondern eher wie ein ≻- (gekrümmt). Die beiden unteren Kabel müssen sich jenseits von Phobos, aber weit unterhalb der aerostationären Umlaufbahn, vereinen. Und zuletzt...

Und wenn Sie das Kabel als Gegengewicht verwenden, haben Sie einen weiteren Vorteil: Da sich das gesamte Kabel mit der Winkelgeschwindigkeit der aerostationären Umlaufbahn bewegt, befinden Sie sich unterhalb dieser Umlaufbahn mit suborbitaler Geschwindigkeit, und wenn Sie sich vom Kabel lösen, fallen Sie zum Mars. Aber wenn Sie sich über dieser Umlaufbahn befinden, sind Sie schneller als aerostationär: Wenn Sie weit genug entfernt sind, haben Sie Geschwindigkeit, um das Marssystem oder sogar das Sonnensystem zu verlassen, ohne Treibstoff zu verbrauchen (stellen Sie sich das wie eine Schleuder vor).

Dies mag ein kleiner Punkt sein, aber er scheint zu wichtig, um ihn in einem Kommentar zu hinterlassen:

Wenn es vom Äquator entfernt verankert wird, nähert sich das Kabel der Äquatorebene als Asymptote.

Es sind drei Kräfte zu berücksichtigen (im rotierenden Rahmen):

• Zentrifugalkraft, weg von der Rotationsachse;
• Schwerkraft, in Richtung des Zentrums des Planeten;
• Spannung, zum Anker.

Befindet sich der Anker nicht auf dem Äquator, haben diese beiden letzten jeweils eine Komponente parallel zur Rotationsachse, die einander gegenüberliegen.

Dadurch wird das Kabel länger und teurer, aber es ist eine Möglichkeit, Phobos zu vermeiden.

Ein solches Kabel ist nicht gerade: es hängt durch. Es gibt eine maximale Breite für den Anker, bei der das Kabel flach auf dem Boden aufliegt; Ich weiß nicht, wie ich das berechnen soll.

(Wie massiv können Kabel und Gegengewicht sein, ohne dass die Rotation des Planeten messbar wackelt?)