Користувач:SemenjukSergiy/Космическая привязь
Космічні прив'язі — довгі канати, котрі можна використати для руху, обміну імпульсами, стабілізації і управління орієнтацією, або для підтримання взаємного розташування компонентів великої системи спутниковых космічний кораблів з разбросанными датчиками. У залежності від цілей і висоти польоту космічний політ з використанням цієї форми движителя космічного корабля теоретично вважає значно менее дорогим, ніж космічний політ з використанням ракетних двигунів.
Основні методи[ред. | ред. код]
Тросові супутники можуть бути використані для різних цілей, включаючи дослідження тягових рушіїв, приливної стабілізації і орбітальної динаміки плазми. П'ять основних методів використання космічних привязей знаходяться в розробці.
- Електродинамічні канати[en]
Електродинамічні канати в основному використовують для створення тяги. Це проводящі канати, котрі з допомогою струму можуть генерувати тягу або спротив, відштовхуючись від планетарного магнітного поля, майже так ж, як це робить електродвигун.
- Импульсно-обмінні канати[en]
Це можуть бути або оберталися прив'язі, або невращающейся прив'язі, які захоплюють прибуває космічний корабель і потім випускають його на іншу орбіту з іншою швидкістю. Троси обміну імпульсом можуть використовуватися для орбітального маневрування або як частина космічної транспортної системи з планетарної поверхнею на орбіту / на орбіту до швидкості вильоту.
- Прив’язана формація, летюча[en]
Зазвичай це непровідний канат, який точно підтримує задану відстань між декількома космічними апаратами, що летять в строю.
- Електричне вітрило
Варіант сонячного вітрила з електрично зарядженими прив'язі, який створює імпульс, відштовхуючись від іонів сонячного вітру.
- Універсальна система орбітальної підтримки[en]
Концепція для підвішування об'єкта на прив'язний орбіті в космосі.
Було запропоновано багато застосувань для космічних привязей, включаючи розгортання в якості космічних ліфтів, як Скайхукі і для виконання орбітальних передач без використання ракетного палива.
Історія[ред. | ред. код]
Костянтин Ціолковський одного разу запропонував вежу, настільки високу, що вона досягла космосу, так що вона буде утримуватися там обертанням Землі . Однак в той час не було реалістичного способу його побудувати.
У 1960 році в « Комсомольской правде » була опублікована стаття Юрія Арцутанова з докладним викладом ідеї растягивающего троса, який повинен бути прокладений від геосинхронной супутника вниз до землі і вгору, тримаючи кабель збалансованим [1] . Це ідея космічного ліфта, тип синхронної прив'язі, яка обертається разом з землею. Однак, з огляду на технології матеріалів того часу, це теж було непрактично на Землі.
У 1970-х роках Джером Пірсон [en] самостійно придумав ідею космічного ліфта, іноді званого синхронним тросом, і, зокрема, проаналізував місячний ліфт, який може проходити через точки L1 і L2, і було виявлено, що це вже можливо з матеріалами, існуючими на той момент.
У 1977 році Ханс Моравек і пізніше Роберт Форвард досліджували фізику несинхронних небесних скайхуків, також відомих як обертові небесні скайхукі, і виконали детальне моделювання конічних обертових прив'язей, які могли відривати об'єкти від поверхні і поміщати їх на Місяць, Марс та інші планети, з невеликими втратами або навіть чистим приростом енергії.
У 1979 році НАСА вивчило здійсненність цієї ідеї і дало напрям на вивчення прив'язних систем, особливо прив'язаних супутників.
У 1990 році Е. Сармонт запропонував не обертається Орбітальний Скайхук для космічної транспортної системи зі швидкістю польоту від Землі до орбіти і швидкості його виходу в статті «Орбітальний Скайхук: доступ до космосу». У цій концепції суборбітальний ракета-носій буде летіти до нижнього кінця Скайхукі, в той час як космічний корабель, що прямує на більш високу орбіту або повертається з більш високою орбіти, буде використовувати верхній кінець.
У 2000 році НАСА і Боїнг розглянули концепцію HASTOL, в якій обертається трос доставляв корисні вантажі з гіперзвукового літака (на половині орбітальної швидкості) на орбіту [2] .
Місії[ред. | ред. код]
Канатний супутник - це супутник, пов'язаний з іншим космічним канатом. Був запущений ряд супутників для тестування технологій прив'язі, з різним ступенем успіху.
Типи[ред. | ред. код]
Існує багато різних (і частково збігаються) типів прив'язей.
Імпульсно-обмінні канати, що обертаються[ред. | ред. код]
Обмінно-імпульсні канати - одне з багатьох застосувань космічних прив'язей. Тетери обміну імпульсами бувають двох типів: обертовий і необертовий. Обертовий канат створить контрольовану силу на кінцевих масах системи завдяки відцентровому прискоренню. Поки система прив'язі обертається, об'єкти на будь-якому кінці прив'язі будуть відчувати постійне прискорення; Величина прискорення залежить від довжини троса і швидкості обертання. Обмін імпульсом відбувається, коли торцеве тіло вивільняється під час обертання. Передача імпульсу звільненому об'єкту призведе до того, що обертовий канат втратить енергію і, отже, втратить швидкість і висоту. Однак, використовуючи електродинамічне тягове зусилля або іонну тягу, система може потім заново посилити себе з невеликою витратою або без витрат витрачається реакційної маси.
Orbital Skyhook[ред. | ред. код]
Обертовий і припливно стабілізований скайхук на орбіті.
Скайхук - це теоретичний клас рухомих по орбіті прив'язних канатів, призначених для підйому корисних навантажень на великі висоти і швидкості. Пропозиції для Скайхукі включають проекти, в яких використовуються прив'язні троси, що обертаються з гіперзвукової швидкістю, для захоплення високошвидкісних корисних вантажів або висотних літаків і виведення їх на орбіту.
Електродинамічний канат[ред. | ред. код]
Електродинамічні канати - це довгі провідні дроти, наприклад, розгорнуті зі супутника-троса, які можуть працювати на електромагнітних принципах як генераторів шляхом перетворення їх кінетичної енергії в електричну енергію або в якості двигунів, перетворюючи електричну енергію в кінетичну енергію. Електричний потенціал генерується через провідний канат при його русі через магнітне поле Землі. Вибір металевого провідника для використання в електродинамічному тросі визначається безліччю факторів. До основних факторів зазвичай ставляться висока електропровідність і низька щільність. Вторинні фактори, в залежності від застосування, включають вартість, міцність і температуру плавлення.
У документальному фільмі «Сироти Аполлона» була описана електродинамічна прив'язь як технологія, яка повинна була використовуватися для утримання російської космічної станції «Мир» на орбіті.
Прив'язна формація, літаюча[ред. | ред. код]
Це використання (зазвичай) непровідного троса для з'єднання декількох космічних апаратів. Запропонований в 2011 році експеримент з вивчення цієї техніки - це прив'язаний експеримент для міжпланетних операцій на Марсі (TEMPO³).
Універсальна система орбітальної підтримки[ред. | ред. код]
Теоретичний тип необертової прив'язної супутникової системи, це концепція для забезпечення космічної підтримки речей, підвішених над астрономічним об'єктом. Орбітальна система являє собою систему пов'язаних мас, в якій верхня опорна маса (А) розміщена на орбіті навколо даного небесного тіла, так що вона може підтримувати зважену масу (В) на певній висоті над поверхнею небесного тіла, але нижче ніж (А).
Технічні труднощі[ред. | ред. код]
Гравітаційно-градієнтна стабілізація[ред. | ред. код]
Опис сил, що сприяють підтриманню вирівнювання градієнта сили тяжіння в системі прив'язі.
Крім обертових, троси можуть бути також прямими за рахунок невеликого відмінності сили тяжіння по їх довжині.
Система необертових канатів має стійку орієнтацію, яка вирівняна уздовж локальної вертикалі (землі або іншого тіла). Зазвичай кожен космічний апарат має баланс гравітаційного (наприклад, Fg1) і відцентрового (наприклад, Fc1), але при зв'язуванні прив'яззю ці значення починають змінюватися відносно один одного. Це явище відбувається тому, що без прив'язі маса на великій висоті буде рухатися повільніше, ніж маса на більш низькій висоті. Система повинна рухатися з однією швидкістю, тому трос повинен уповільнити нижню масу і прискорити верхню. Відцентрова сила прив'язаною верхній частині тіла збільшується, в той час як сила меншої висоти зменшується. Це призводить до того, що відцентрова сила верхній частині тіла і гравітаційна сила нижньої частини тіла є домінуючими. Ця різниця в силі природним чином вирівнює систему по локальній вертикалі, як показано на малюнку.
Атомарний кисень[ред. | ред. код]
Об'єкти на низькій навколоземній орбіті піддаються помітній ерозії від атомарного кисню через високу орбітальної швидкості удару молекул, а також їх високу реакційну здатність. Це може швидко зруйнувати прив'язь.
Мікрометеорити і космічне сміття[ред. | ред. код]
Прості одноланцюгові прив'язі схильні до мікрометеоритів і космічного сміття. З тих пір було запропоновано і протестовано кілька систем для поліпшення стійкості до забруднення:
- Військово-морська науково-дослідна лабораторія США успішно запустила канат довжиною 6 км і діаметром 2-3 мм із зовнішнім шаром обплетення Spectra 1000 і серцевиною з акрилової пряжі. Цей супутник, експеримент з фізики і живучості (TiPS), був запущений в червні 1996 року і залишався в експлуатації протягом 10 років, а в липні 2006 року остаточно вийшов з ладу.
- Доктор Роберт Хойт [en] запатентував спроектовану круглу мережу, так що деформації зрізаної нитки будуть автоматично перерозподілятися навколо відірваною нитки. Це називається Хойтезер ( англ. Hoytether Хойтезери теоретично живуть десятиліттями.
- Дослідники з JAXA також запропонували мережеві прив'язі для своїх майбутніх місій.
Великі шматки сміття і раніше можуть розрізати більшість привязей, включаючи вдосконалені версії, перераховані тут, але в даний час вони відслідковуються на радарі і мають передбачувані орбіти. Трос можна ворушити, щоб ухилитися від відомих шматків сміття, або використовувати двигуни для зміни орбіти, уникаючи зіткнення.
Примітки[ред. | ред. код]
- ↑ Арцутанов Юрий. . — «Комсомольская правда», 1960. — Число 31. — Июль.
- ↑ Thomas J. Bogar (7 січня 2000). Hypersonic Airplane Space Tether Orbital Launch System: Phase I Final Report (PDF). NASA Institute for Advanced Concepts. Research Grant No. 07600-018. Архів оригіналу (PDF) за 24 липня 2011.
[[Категорія:Космічні технології]]