Avaruusnauha

Avaruusköydet  ovat pitkiä kiinnikkeitä , joita voidaan käyttää työntövoimaan, liikemäärän vaihtoon, stabilointiin ja asennon hallintaan tai suuren satelliitti/avaruusalusjärjestelmän komponenttien suhteellisen sijainnin ylläpitämiseen hajaantuneilla antureilla. Riippuen tavoitteista ja lentokorkeudesta, avaruuslennot tällä avaruusaluksen propulsiomuodolla katsotaan teoriassa huomattavasti halvemmaksi kuin avaruuslennot pelkillä rakettimoottoreilla .

Perusmenetelmät

Kiinnityssatelliitteja voidaan käyttää moniin eri tarkoituksiin, mukaan lukien ohjauspotkurien, vuoroveden stabiloinnin ja kiertoradan plasmadynamiikan tutkimukset. Viisi suurta menetelmää avaruustekojen käyttämiseen on kehitteillä.

Elektrodynaamisia kaapeleita käytetään pääasiassa vetovoiman tuottamiseen. Nämä ovat johtavia kaapeleita, jotka voivat virran avulla luoda vetoa tai vastusta planeetan magneettikenttää vastaan, aivan kuten sähkömoottori.

Nämä voivat olla joko pyöriviä tai pyörimättömiä kiinnikkeitä, jotka tarttuvat saapuvaan avaruusalukseen ja vapauttavat sen sitten toiselle kiertoradalle eri nopeudella. Momentinvaihtokytkimiä voidaan käyttää kiertoradalla tapahtuvaan ohjaukseen tai osana planeetan pinta-kiertoradalle/kiertoradalta lähtöön avaruuskuljetusjärjestelmää.

Tämä on yleensä johtamaton nauha, joka ylläpitää tarkasti ennalta määrätyn etäisyyden useiden muodostelmassa lentävien avaruusalusten välillä.

Muunnelma aurinkopurjeesta , jossa on sähköisesti varatut nauhat, jotka luovat vauhtia työntämällä aurinkotuulen ioneja pois.

Konsepti esineen ripustamiseksi sidotulle kiertoradalle avaruudessa.

Avaruusköysille on ehdotettu monia sovelluksia, mukaan lukien käyttö avaruushisseinä, skyhookeina ja kiertoradan siirtoihin ilman ponneainetta.

Historia

Konstantin Tsiolkovski ehdotti kerran niin korkeaa tornia, että se ulottui avaruuteen, jotta se pysyisi siellä Maan pyöriessä . Siihen aikaan ei kuitenkaan ollut realistista tapaa rakentaa sitä.

Vuonna 1960 Komsomolskaja Pravda julkaisi Juri Artsutanovin artikkelin , jossa kerrottiin yksityiskohtaisesti ideasta vedettävästä kaapelista, joka ajetaan geosynkronisesta satelliitista maahan ja ylös pitäen kaapelin tasapainossa [1] . Tämä on idea avaruushissistä , eräänlaisesta synkronisesta nauhasta, joka pyörii maan kanssa. Kuitenkin, ottaen huomioon aikakauden materiaaliteknologia, tämäkin oli epäkäytännöllistä maan päällä.

1970-luvulla Jerome Pearson keksi itsenäisesti idean avaruushissistä, jota joskus kutsutaan synkroniseksi sidoksiksi, ja analysoi erityisesti kuun hissiä, joka voisi kulkea pisteiden L1 ja L2 läpi, ja havaittiin, että tämä oli mahdollista jo tuolloin olemassa olevilla materiaaleilla.

Vuonna 1977 Hans Moravec ja myöhemmin Robert Forward tutkivat ei-synkronisten taivaan taivaankoukkujen fysiikkaa, jotka tunnetaan myös pyörivinä taivaanhaukkuina, ja suorittivat yksityiskohtaisia ​​simulaatioita kartiomaisista pyörivistä tereistä, jotka pystyivät nostamaan esineitä pois pinnasta ja sijoittamaan ne Kuuhun , Marsiin , ja muut planeetat, pienellä energiahäviöllä tai jopa nettolisäyksellä.

Vuonna 1979 NASA tutki tämän idean toteutettavuutta ja antoi suunnan kytkettyjen järjestelmien, erityisesti kytkettyjen satelliittien, tutkimukselle.

Vuonna 1990 E. Sarmont ehdotti ei-pyörivää Orbital Skyhookia avaruuskuljetusjärjestelmää varten, jossa on maasta kiertoradalle ja poistumisnopeudet artikkelissa "Orbital Skyhook: Access to Space". Tässä konseptissa suborbitaalinen kantoraketti lentää kohti Skyhookin alapäätä, kun taas korkeammalle kiertoradalle suuntautuva tai sieltä palaava avaruusalus käyttäisi yläpäätä .

NASA ja Boeing harkitsivat vuonna 2000 HASTOL- konseptia , jossa pyörivä hihna kuljetti hyötykuormia hypersonic-lentokoneesta (puolen kiertoradan nopeudella) kiertoradalle [2] .

Tehtävät

Kiinnityssatelliitti on satelliitti, joka on yhdistetty toiseen avaruuteen. Useita satelliitteja on laukaissut testaamaan jakotekniikoita vaihtelevalla menestyksellä.

Tyypit

Kiinnitystyyppejä on monia erilaisia ​​(ja päällekkäisiä).

Pulssinvaihtokaapelit, pyörivät

Pulssinvaihtokytkimet ovat yksi monista avaruuskiinnitysten käyttötavoista. Momentum-vaihtoteereitä on kahta tyyppiä; pyörivä ja pyörimätön. Pyörivä kaapeli luo hallitun voiman järjestelmän lopullisiin massoihin keskipakokiihtyvyyden vuoksi. Kiinnitysjärjestelmän pyöriessä nauhan kummassakin päässä olevat kohteet kokevat jatkuvaa kiihtyvyyttä; Kiihtyvyyden määrä riippuu kaapelin pituudesta ja pyörimisnopeudesta. Liikemäärän vaihto tapahtuu, kun päätykappale vapautetaan pyörimisen aikana. Vauhdin siirtäminen vapautettuun esineeseen aiheuttaa pyörivän nauhan menetyksen ja siten nopeuden ja korkeuden menetyksen. Kuitenkin käyttämällä sähködynaamista propulsiota tai ionipropulsiota järjestelmä voi sitten vahvistaa itseään pienellä tai ei lainkaan reaktiomassan hukkaa.

Orbital Skyhook

Pyörivä ja vuoroveden suhteen stabiloitu skyhook kiertoradalla.

Skyhook on teoreettinen luokka kiertoradalla, joka on suunniteltu nostamaan hyötykuormia suuriin korkeuksiin ja nopeuksiin. Skyhook-ehdotukset sisältävät hankkeita, joissa käytetään hyperääninopeudella pyöriviä terejä nopeiden hyötykuormien tai korkean korkeuden lentokoneiden kiinnittämiseen ja niiden lähettämiseen kiertoradalle.

Elektrodynaaminen kaapeli

Elektrodynaamiset nauhat ovat pitkiä johtavia johtoja, kuten ne, jotka on otettu käyttöön tether-satelliitista ja jotka voivat toimia sähkömagneettisilla periaatteilla generaattoreina muuntamalla kineettisen energiansa sähköenergiaksi tai moottoreina muuntamalla sähköenergiaa kineettiseksi energiaksi. Sähköpotentiaali syntyy johtavan kaapelin kautta, kun se liikkuu maan magneettikentän läpi. Sähködynaamisessa nauhassa käytettävän metallisen johtimen valinta määräytyy monien tekijöiden perusteella. Päätekijät ovat yleensä korkea sähkönjohtavuus ja alhainen tiheys. Toissijaisia ​​tekijöitä sovelluksesta riippuen ovat hinta, lujuus ja sulamispiste.

Dokumentti Orphans of Apollo sähködynaamista kytkentää tekniikaksi, jota oli tarkoitus käyttää venäläisen avaruusaseman Mir pitämiseen kiertoradalla.

Kiinnitys, lentäminen

Tämä on (yleensä) johtamattoman nauhan käyttöä useiden avaruusalusten yhdistämiseen. Vuonna 2011 ehdotettu kokeilu tämän tekniikan tutkimiseksi on Tethered Experiment for Interplanetary Operations on Mars (TEMPO³).

Universal Orbital Support System

Teoreettinen ei-pyörivä sidottu satelliittijärjestelmä, tämä on konsepti avaruustuen tarjoamiseen tähtitieteellisen kohteen yläpuolelle ripustetuille esineille. Kiertoratajärjestelmä on kytkeytyneiden massojen järjestelmä, jossa ylempi tukimassa (A) on asetettu kiertoradalle tietyn taivaankappaleen ympärille siten, että se pystyy ylläpitämään painotetun massan (B) tietyllä korkeudella taivaankappaleen pinnan yläpuolella. mutta pienempi kuin (A).

Teknisiä ongelmia

Gravity-gradienttistabilointi

Kuvaus voimista, jotka auttavat ylläpitämään painovoimagradientin kohdistusta valjasjärjestelmässä.

Pyörimisen lisäksi kaapelit voivat olla myös suoria, koska niiden pituus on pieni painovoimaero.

Pyörimättömällä kiinnitysjärjestelmällä on vakaa suunta, joka on kohdistettu paikallista pystysuoraa (maata tai muuta runkoa) pitkin. Yleensä jokaisessa avaruusaluksessa on painovoiman (esim. Fg1) ja keskipakotason (esim. Fc1) tasapaino, mutta kytkettynä nämä arvot alkavat muuttua suhteessa toisiinsa. Tämä ilmiö johtuu siitä, että ilman kiinnitystä korkealla oleva massa liikkuu hitaammin kuin massa alemmalla. Järjestelmän tulee liikkua samalla nopeudella, joten kaapelin tulee hidastaa alempaa massaa ja kiihdyttää ylempää. Sidotun ylävartalon keskipakovoimaa lisätään, kun taas alakorkeusvoimaa vähennetään. Tämä saa ylävartalon keskipakovoiman ja alavartalon painovoiman hallitsemaan. Tämä voimaero kohdistaa järjestelmän luonnollisesti paikalliseen pystysuoraan, kuten kuvassa näkyy.

Atomihappi

Matalalla Maan kiertoradalla olevat kohteet ovat alttiina huomattavalle eroosioille atomin hapen vaikutuksesta molekyylien suuren kiertoradan törmäysnopeuden ja korkean reaktiivisuuden vuoksi. Tämä voi tuhota nauhan nopeasti.

Mikrometeoriitit ja avaruusromut

Yksinkertaiset yksisäikeiset nauhat ovat herkkiä mikrometeoriiteille ja avaruusjätteille. Sen jälkeen on ehdotettu ja testattu useita järjestelmiä kontaminaatiokestävyyden parantamiseksi:

• US Naval Research Laboratory on onnistuneesti lanseerannut 6 km pitkän, halkaisijaltaan 2-3 mm kaapelin, jossa on Spectra 1000 -ulkovaippakerros ja akryylilankaydin. Tämä satelliitti, Physics and Survivability Experiment (TiPS), laukaistiin kesäkuussa 1996, ja se oli käytössä 10 vuotta ennen kuin se lopulta epäonnistui heinäkuussa 2006.
• Dr. Robert Hoyt on patentoinut suunnitellun pyöreän verkon niin, että leikatun säikeen jännitykset jakautuvat automaattisesti uudelleen revittyjen säikeiden ympärille. Tätä kutsutaan Hoytetheriksi ( englanniksi  Hoytether ). Hoyteserit elävät teoriassa vuosikymmeniä.
• JAXA - tutkijat ovat myös ehdottaneet verkkoyhteyksiä tuleviin tehtäviinsä.

Suuret roskat voivat silti leikata useimpien kiinnitysten läpi, mukaan lukien tässä luetellut parannetut versiot, mutta niitä seurataan tällä hetkellä tutkalla ja niillä on ennustettavat radat. Kiinnityshihnaa voidaan heilutella väistääksesi tunnettuja roskia, tai ohjauspotkureita voidaan käyttää kiertoradan vaihtamiseen törmäyksen välttämiseksi.

Muistiinpanot

1. ↑ Artsutanov Juri . "Avaruudessa - sähköveturissa"  : kaasu .. - " Komsomolskaja Pravda ", 1960. - 31. heinäkuuta. (Venäjän kieli)
2. ↑ Thomas J. Bogar. Hypersonic Airplane Space Tether Orbital Launch System: vaiheen I loppuraportti (linkki ei saatavilla) . NASA Institute for Advanced Concepts (7. tammikuuta 2000). Arkistoitu alkuperäisestä 24. heinäkuuta 2011. (määrätön) 

Bibliografisissa luetteloissa	J9U : 987007563913605171 LCCN : sh2004007603