Wie würde eine lange Stange ins All transportiert werden?

Kann eine lange Stange oder ein Stangensatz an der Außenseite einer Rakete (wie einer Flaschenrakete) oder an der Nase als externe Nutzlast befestigt werden, ohne die Aerodynamik der Rakete zu beeinträchtigen? Wie würde ein sehr langer dünner Stab von 0,5 km oder mehr normalerweise in die Umlaufbahn transportiert werden?

Dieser Link ist, warum ich frage. Kann ein Satellit Gravitationsgradientenstabilisierung und Solarstabilisierung zusammen nutzen?

Auf der Erde würden wir einen 500 m langen Mast in Teilen von etwa 50 m transportieren und sie dort zusammenbauen, wo der Mast gebraucht wird. Warum sollen wir den langen Stab in einem Stück in den Orbit transportieren?
@Uwe - Aus dem Kopf, vielleicht weil es ein einzelner langer Kristall war, der nicht unterteilt werden konnte?
Wenn die Stange steif genug ist, warum können Sie nicht einige Stabilisierungsflossen und einen Motor daran anbringen? Wenn es hoch genug ist, werfen Sie die Flossen und den Motor ab. Der Pol wäre effektiv eine Festkörperrakete.
@ Richard: Eine Turbinenschaufel kann als einzelner langer Kristall gegossen werden, aber es wäre sehr schwierig, dasselbe mit einem 500 m langen Pol zu tun.
@Uwe - Schwierig ja, aber auch mit aktueller Fertigungstechnik nicht unmöglich. Das Limit ist nicht die Technik, sondern die Kosten
Eine wichtige Sache, die in der Frage fehlt, sind die grundlegenden Anforderungen an die Stange. Wofür wird es verwendet? Welche mechanischen Anforderungen ergeben sich daraus? Diese Anforderungen bestimmen zusammen mit den Eigenschaften der Kandidatenmaterialien Spezifikationen wie Poldurchmesser und Wandstärke, und diese beeinflussen die Wahl der Implementierungsmethode. Beim Entwerfen von Weltraumhardware in einer kostenbeschränkten Umgebung (und welche echte Mission außer JWST ist nicht kostenbeschränkt?) ist es entscheidend, zuerst die Ziele zu definieren und dann die Hardware zu entwerfen.
Dies führt zum Unterschied zwischen einem Missionsziel und einer technologischen Fähigkeit . Der Bau eines durch Schwerkraftgradienten stabilisierten Raumfahrzeugs ist kein Missionsziel, es sei denn, das Ziel besteht lediglich darin, zu demonstrieren, dass die Schwerkraftgradientenstabilisierung tatsächlich wie theoretisch funktioniert. Ein Missionsziel wäre so etwas wie „Erdoberfläche mit 10 m Auflösung abbilden“ oder „Niederfrequente Radioemissionen der Sonne empfangen“. Diese Ziele und ihre Implementierungen bestimmen, wie viel Stördrehmoment entgegengewirkt werden muss, und somit die Gestaltung des "Pols".
@TomSpilker Könnten die Kräfte aus dem Schwerkraftgradienten, dem elektrodynamischen Antrieb und dem Strahlungsdruck ausreichen, um zum Pol zu treiben, ohne den Pol zu beschädigen?

Antworten (8)

Der beste Weg, dies zu tun, könnte darin bestehen, einen "3D-Röhrendruckersatelliten" zu erforschen, zu entwickeln und in eine erdnahe Umlaufbahn zu schicken und ihn mit jeglichem Material in flüssiger, Pulver- oder Filamentform zu füttern, für das keine spezielle Befestigung oder Designänderung erforderlich ist vorhandene Raketen, da es jede Form eines bestimmten Volumens füllen kann.

So entspricht ein 0,5 km langes Rohr mit 10 cm Durchmesser und 1 mm Wandstärke nur etwa 0,155 Kubikmeter Rohmaterial. Das bedeutet, dass der 3D-Drucker-Satellit und die erforderlichen Rohstoffe in einen einzigen Start passen könnten.

All dies hängt natürlich stark von den mechanischen Belastungen ab, denen diese Röhre standhalten soll.

Ich stimme zu, dass die Herstellung im Orbit der einzige praktische Weg ist, dies zu tun. Ein Gerät für die additive Fertigung ("3D-Drucker") im Orbit ist ein praktikabler Ansatz und eine Kapazität, die wir irgendwann brauchen werden. Ein anderer Ansatz ähnelt dem Rinnenextruder (siehe Antwort von @Jim), der eine Materialbahn (von einer Rolle) aufnimmt, sie zu einem Rohr biegt und die Naht verschweißt. Das Schweißen könnte als eine begrenzte Art der additiven Fertigung angesehen werden.

Die Masten der ISS-Solaranlagen werden zusammengeklappt in Kanistern gestartet und durchlaufen einen Ausbringmechanismus, um sie als langes gerades Objekt aufzustellen. Ich sehe keinen technischen Grund, warum ein viel längerer Mast dieses System nicht verwenden könnte.

Einzelheiten finden Sie in dieser Frage und Antwort: Wie fahren die Ausleger der ISS (und anderer Raumfahrzeuge) aus und ein?

Offensichtlich würde dies, um keine Nudel zu sein, einen deutlich größeren Durchmesser benötigen ... Dies wäre eine Nutzlast für Falcon Heavy oder Arianne, keine gewöhnliche kleine Barkasse.
@SF.: Warum? Das OP sagt nur "dünn", nicht wie dünn.
@jamesqf: OP sagt "Stange", aber nicht "Nudel". Es sollte eine weitgehend gerade Form behalten, sich nicht in Schlaufen biegen und Knoten einbinden, wie es eine weniger starre (dünnere) Variante tun würde.
@SF.: Offensichtlich besteht der "Pol" aus einem hochfesten Epoxid (oder ähnlichem). Die beiden Komponenten werden auf einer Spule aufgewickelt in die Umlaufbahn transportiert. Dort wird die Spule abgewickelt, die Komponenten mischen und härten aus, und Sie haben Ihre lange gerade Stange :-)
@jamesqf: Das ist eigentlich eine sehr gute, praktisch umsetzbare Idee. Würde immer noch eine sehr knifflige Technik erfordern (eine Druckkammer, damit das Epoxid nicht abkocht, mit einem versiegelten Loch, um die Stange beim Aushärten abzudrücken), ergibt aber möglicherweise die beste Länge und das beste Verhältnis von Festigkeit zu Gewicht von allen. (obwohl wahrscheinlich nicht sehr langlebig ... UV-Abbau.)
@SF.: Um den UV-Abbau zu bewältigen, können die Komponenten in einer dünnen Metallfolienbeschichtung (wie einem Mylar-Ballon) enthalten sein. Ich überlasse es den Chemikern, ein epoxidartiges Material zu finden, das im Vakuum aushärtet. Oder vielleicht könnte es eine Metalllegierung mit Formgedächtnis sein: en.wikipedia.org/wiki/Shape-memory_alloy

Lange starre Strukturen können als Rohmaterial für die Fertigung im Weltraum transportiert werden, genauso wie durchgehende Regenrinnen hergestellt werden.

Auf den Bildern unten sehen Sie eine Maschine, die aus einer kompakten Blechrolle die starre Regenrinne herstellt.

Das Verfahren ermöglicht einen kompakten Transport, der nur durch die verdichtete Größe und das Gewicht des zur Herstellung der Struktur erforderlichen Materials begrenzt ist. Die Maschine selbst ist klein genug, um von jedem Raumschiff getragen zu werden, das an der Bereitstellung von etwas in der Größe von dem, was Sie beschrieben haben, beteiligt wäre.

Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Die kanadischen Alouette-Satelliten nutzten diese Technik vor 56 Jahren, um 45-Meter-Antennen von einem Satelliten mit einem Durchmesser von 1 Meter einzusetzen .

Dies und der von @qq jkzdt vorgeschlagene additive Fertigungsansatz sind wahrscheinlich die einzigen wirklich praktischen Ansätze für diese Aufgabe.
@TomSpilker eine gute Antwort.
Die kanadischen Alouette-Satelliten nutzten diese Technik vor 56 Jahren, um 45-Meter-Antennen von einem Satelliten mit einem Durchmesser von 1 Meter einzusetzen ... spacenet.on.ca/data/pages/canada-in-space/alouette.html
Der Unterschied zwischen den 2 besteht darin, dass das untere Bild ein Memory-Metall ist, das in seine ursprüngliche Form zurückkehrt, um eine Stange auch einziehbar zu machen, wo eine Maschine verwendet wurde, um die Sturmrinnen dauerhaft zu formen. Welches der 2 Geräte erzeugt eine stabilere Stange?
@Muze Das ist eine neue Frage.

Eine dünne Stange von 0,5 km Länge ist leichter gesagt als getan. Eine Gerüststange (4 m lang, 4 cm Durchmesser) mag starr erscheinen, aber verbinden Sie ein paar aneinander und die resultierende Stange wird flexibel sein. Wenn Sie es an der Außenseite einer Rakete befestigen, beginnt es unter den aerodynamischen Belastungen zu wackeln.

Sie können dem entgegenwirken, indem Sie den Durchmesser vergrößern, aber um eine Stange mit einer Länge von 500 m zu tragen, benötigen Sie einen Durchmesser, der größer ist als die Rakete selbst, und die Stange wird zu schwer.

Das ist ein wichtiger Punkt, man kann eine so lange und schmale Stange auf der Erde nicht senkrecht stabil halten, egal ob eine Rakete darunter ist oder nicht.
Verdammt, ich würde sagen, es würde lange vor dem Start anfangen, bis zum Zusammenbruch zu wackeln! Ich weiß nicht, aus welchem ​​Material man den Stock machen würde, um überhaupt eine solche Länge ohne seitliche Versteifung zu erreichen!
Das ist nicht mein Fachgebiet, also eine möglicherweise dumme Frage: Was wäre, wenn Sie die Stange hinter der Rakete ziehen würden? Ein halbes Kilo Silo dafür unter der Startplattform ausheben, den Mast mit einer Art Schild umgeben, um ihn vor den Abgasen der Rakete zu schützen. Da, wie Sie beschreiben, jedes 500 m lange Material im Wesentlichen ein Seil ist. Das stellst du dir alle vor? Ich könnte mir vorstellen, dass die Sammlung von Kräften sogar dazu beitragen kann, dass es gerade bleibt.
Das ist ein Nichtstarter, weil die Stange vom Auspuff gesprengt wird und weil Sie die erste Stufe irgendwann fallen lassen müssen, ohne die Stange zu verlieren.
Ich wollte die Existenz von 0,5 km langen Seilen bestreiten, aber die Golden Gate Bridge hat eine längste Spannweite von 1,3 km – und das ist ein tragendes Kabel.
@JohnDvorak Laut dieser Referenz goldengatebridge.org/research/factsGGBDesign.php ist jedes Hauptkabel etwa 2,3 km lang ... aber sie werden an Ort und Stelle erstellt ...

Ein 500-m-Stab hätte einen sehr erheblichen Einfluss auf die Aerodynamik der Rakete, da er den Luftstrom über der Rakete stören würde. den Luftwiderstand erhöhen. Vor allem einmal Überschall.

Der Widerstand wäre ungeheuerlich und er müsste die starken Kräfte von Max Q und die hohen Gs des Starts überleben.

Dies lässt uns mit einem etwas unlösbaren Problem und unserem guten alten Freund zurück: der Tyrannei der Raketengleichung:

  • Um Max G/Q zu überleben, muss es verstärkt werden => Es muss schwerer gemacht werden => Es braucht eine größere Rakete.

ODER

  • Um Max G/Q zu überleben, muss es langsamer gestartet werden => Es braucht eine größere Rakete

Jedoch; ein faltbarer/teleskopischer 500-m-Stab sollte plausibel sein.

Ich habe diese Antwort für hinterlassene Kommentare erstellt, die eine Antwort hätten sein können. Wenn es Ihr Kommentar ist, werde ich diesen Teil aus dieser Antwort löschen, wenn Sie eine Antwort daraus machen. Gerne dürfen Sie die Abbildungen TKS verwenden

Aus Kommentaren:

ZippermastGeben Sie hier die Bildbeschreibung ein Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

2) Sie könnten einen Polen namens Haf Keelometer Orlonger schicken, um einen Haf Keelometer Orlonger Pole im Orbit zu haben.

3)

Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

(aus einem Kommentar )

@altendky kannst du das gerne verwenden.
@Keeta Ich habe gesehen, dass komische Antworten gut funktionieren, wenn Sie eine Ablehnung erhalten, löschen Sie sie einfach. Ich denke, es wäre es wert.
Danke. Ich fragte mich, wie viele Upvotes es als Kommentar bekommen würde, bevor jemand Super-Ernst daher kam und es löschte. Ich sah es als 20 Upvotes am Freitag.
@Keeta, Muze: Antworten können komische Elemente enthalten, solange die gesamte Antwort kein Witz ist. Es wird erwartet, dass Antworten das vom Fragesteller aufgeworfene Problem tatsächlich ansprechen. Fragen, die nur Scherzantworten zulassen, sind normalerweise geschlossen: space.stackexchange.com/q/24120/58 space.stackexchange.com/q/3123/58 . Vergleichen Sie diese mit lustigen Fragen, deren Antworten tatsächlich eine sachliche Grundlage haben: space.stackexchange.com/q/13051/58 space.stackexchange.com/questions/3195/…

Diese Antwort unterscheidet sich von der Antwort, die ich aus den Kommentaren gemacht habe, da es meine eigene ist. Eine lange Stange ist ziemlich unmöglich, aber vielleicht könnte ein Bündel Stangen an den Seiten einer Rakete wie einer Flaschenrakete eine Umlaufbahn erreichen. Sicher, es wären einige Änderungen erforderlich, aber es könnte funktionieren?

Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Ich denke, der beste Weg wäre, die "Rakete" oben zu haben und die Stange zu ziehen, aber nicht direkt dahinter - lieber 3+ Raketen in einer Ringkonfiguration, seitlich weit genug voneinander entfernt und so abgewinkelt, dass der Motorauspuff gewinnt. Das Rohr nicht schmelzen, mit einem steifen Mechanismus an der Spitze / Nase, um den Abstand aufrechtzuerhalten - dies setzt voraus, dass das Rohr steif genug ist, um sein eigenes Gewicht durch die Beschleunigung zu tragen, aber die Biegebelastungen sind nicht so schlimm, als ob es wäre von unten geschoben werden, da die Aerodynamik jetzt daran arbeitet, es (meistens) gerade zu halten

Leider wird die Aerodynamik nichts dergleichen tun und mit ziemlicher Sicherheit zerstörerische sympathische Schwingungsfrequenzen verursachen
Vor dem Start soll der Mast senkrecht in einem 500 m hohen Turm der Startbasis oder in einem 500 m tiefen Loch unterhalb der Startrampe platziert werden? Wenn Sie die Stange vor dem Start horizontal platzieren, kann die Stange während der Drehung in die vertikale Ausrichtung brechen. Wenn die Stange während der Drehung nicht bricht, wird ihre Pendelbewegung nach dem vollständigen Abheben vom Boden durch die Lagesteuerung der Rakete schwer zu kontrollieren sein.
Ich denke, die Beschleunigung wird dazu beitragen, alle Arten von Pendel- und Schwingungsresonanzen zu vermeiden, aber ich habe sie auch nicht berechnet - für den Start sollte die Stange vertikal sein, entweder in einem Loch oder auf einer großen Plattform oder einer Kombination davon zwei
Leider schwingt ein Pendel nur unter dem Einfluss der Beschleunigung schneller.
@ user2813274 Sie sollten dann die Berechnungen durchführen. Ich stimme den anderen beiden zu. Beschleunigung würde nicht genug helfen.
@ user2813274 Ich hatte die gleiche Idee. Vereinfachen Sie es jedoch zu einem Gewicht, das an der Rakete hängt, und nehmen Sie an, dass die Rakete in die Umlaufbahn geht, indem sie einem einfachen Viertelkreisbogen mit konstanter Geschwindigkeit folgt. Die Nettokraft steht dann eindeutig immer senkrecht zur Rakete. Wenn die Rakete entlang ihres Bogens beschleunigt, wird diese senkrechte Kraft nur noch zunehmen. Diese Zentripetalbeschleunigung wird normalerweise von den Flossen der Rakete und möglicherweise einem kardanischen Motor bereitgestellt. Die Stange benötigt dieselbe Beschleunigung (in Richtung der Mitte des Bogens, nicht in Richtung der Rakete), um nicht zum Pendel zu werden.
Stellen Sie sich einen steiferen Abschnitt in der Nähe der Rakete vor – wie eine Flaschenrakete, die an einer Schnur hängt.
Wie würde eine lange Stange ins All transportiert werden?
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