Институт прикладной математики им. М.В.Келдыша РАН Некоторые задачи механики равномерно нагруженного космического лифта Садов Ю.А., Нуралиева, А.Б., Ставицкий. - презентация

1 Институт прикладной математики им. М.В.Келдыша РАН Некоторые задачи механики равномерно нагруженного космического лифта Садов Ю.А., Нуралиева, А.Б., Ставицкий А.

2 Космический лифт. Функциональные свойства 1.Транспортная магистраль между поверхностью Земли и ближним космосом, обеспечивающая: a)уменьшение затрат энергии на доставку груза на орбиту за счет использования энергии вращения Земли; b)отсутствие расхода рабочего тела; c)исключение загрязнения атмосферы и засорения космического пространства; d)возможность рекуперации энергии, получаемой при уменьшении потенциальной энергии груза; 2.Постоянная база для развертывания научной и производственной деятельности в космосе 3.Использование для земных нужд ресурсов ближнего космоса.

3 Космический лифт. Механические и конструктивные свойства 1.Сверхпрочный несущий трос переменного по длине сечения длиной > км. 2.Разрывная длина материала троса > 1000 км. 3.Достаточно большой грузопоток (> 100 кг/сутки на орбите), желательно, двусторонний. 4.Транспортирующая система в виде опорной конструкции и транспортных вагонеток (кабин). 5.Беспроводная или локальная энергетическая система. 6.Наличие жестких каркасных элементов для организации постоянных производственных мест.

4 Легкий Космический лифт (B. Edwards) 1.Тонкая лента из сверхпрочного материала, совмещающая несущую и опорную функцию. 2.Транспортная система в виде единственной кабины, ползущей по несущей ленте. 3.Передача энергии к кабине по лазерному лучу. 4.Возможность развития системы путем усиления несущей ленты. 5.Исключена возможность встречных грузопотоков. 6.Исключена возможность рекуперации энергии

5 Равномерно нагруженный Космический лифт 1.Несущий трос из гиперболоидальных секций, образованных круговыми шпангоутами, связанными сверхпрочными нитями. 2.Продольная механическая структура из опорных тросов, образующих две лифтовые шахты, и силовых электрических кабелей. 3.Локальные источники энергии в виде солнечных батарей. 4.Жесткие поперечные каркасные элементы, базирующиеся на шпангоутах. 5.Устройства контроля и управления конструкцией.

6 Основные преимущества предлагаемой схемы 1.Конструктивное разделение двух главных функций КЛ, несущей и опорной, с квазиоболочечным выполнением несущей компоненты и с секционированием опорной. 2.Использование КЛ для полномасштабных транспортных операций, а также, как платформы для разнообразной научной и производственной деятельности. 3.Размещение на КЛ источников энергии в виде солнечных батарей. 4.Передача энергии по проводам между отдельными частями КЛ и между лифтом и Землей. 5.Рекуперация энергии в процессе транспортных операций. 6.Упрощение текущего контроля состояния конструкции, возможность оперативного устранения дефектов и ремонта небольших повреждений. 7.Возможность управления изгибными и крутильными движениями КЛ за счет дифференцированного управления натяжением отдельных волокон.

7 Ориентировочные характеристики нагруженного лифта 1.Линейная плотность распределенной нагрузки 1 кг/м 2.Полная масса распределенной нагрузки 100 Кт 3.Полная масса лифта 500 Кт 4.Масса полезной нагрузки 20 Кт 5.Длина троса 100 Мм 6.Диаметр троса 3 м 7.Длина секции 100 м 8.Средний грузопоток 6 т/сутки 9.Потребляемая мощность (без рекуперации) 100 МВт

8 Реализация указанной концепции потребует многих усилий и больших затрат. Нужно будет осуществить научный поиск в ряде направлений, разработать новые технологии. Поэтому разумным путем достижения конечной цели может быть предлагаемый в статье (Avnot Mark S. The space elevator in the context of current space exploration policy. // Space policy, v. 22, iss. 2, May 2006, p ) подход последовательного продвижения к ней в рамках общей стратегии космических исследований с организацией широкого международного взаимодействия.

9 Некоторые динамические свойства модели КЛ с прямым равномерно нагруженным тросом 1.КЛ рассматривается как одномерная равнонапряженная нить, несущая постоянную по длине массовую нагрузку. Тогда натяжение нити: U(z) - гравитационно-центробежный потенциал, L b разрывная длина, a – дополнительная нагрузка. 2.Колебания троса устойчивы, как в плоскости экватора, так и в по нормали к ней 3.Малые колебания троса имеют период от 3 до 7 суток и поэтому не попадают в резонанс с возмущениями от Луны и Солнца. 4.Возмущения от Луны и Солнца малы (изменение амплитуды ~ 10 км). Возмущения больше для относительно короткого троса (40 Мм). 5.Влияние давления солнечного излучения мало.

10 Конец. Спасибо за внимание.