Петля Лофстрома

[KBOB]

Есть такие Ракетные сани по сути поезд на рельсах с реактивным двигателем.
Рекорд скорости реактивных саней был установлен 30 апреля 2003 года на авиабазе Холломан и составил 10 325 км/ч или 2868 м/с (по другим данным 10 430 км/ч), что составляет 8,5 Маха.

[dmdimon]

Теорема Ирншоу здесь неприменима - т.к. половина магнитов системы взаимно связана некулоновскими силами - наклеена на стенки трубы. А она (теорема) указывает на неустойчивость свободновзвешенной на кулоновских силах системы.

[boez]

Теорема Ирншоу здесь неприменима - т.к. половина магнитов системы взаимно связана некулоновскими силами - наклеена на стенки трубы. А она (теорема) указывает на неустойчивость свободновзвешенной на кулоновских силах системы.

Там обобщения есть - для твердых тел и при наличии дополнительных статических (жестко закрепленных) источников. В общем, не бывает левитирующих кроватей без диамагнетиков/сверхпроводников и без активной коррекции. Ну а на сверхпроводниках считать надо - может проще все же активное регулирование устроить. Все равно ж катушки ставим, для разгона/торможения, возможно они же понадобятся для активной компенсации.демпфирования колебаний системы.

[dmdimon]

то-есть вы мне хотите сказать, что пассивных магнитных подвесов/подшипников не существует?

[Theoristos]

то-есть вы мне хотите сказать, что пассивных магнитных подвесов/подшипников не существует?

Без диамагнетиков (к которым теорема неприменима) и в статике - не существует.

[Иван57]

Теорема Ирншоу здесь неприменима - т.к. половина магнитов системы взаимно связана некулоновскими силами - наклеена на стенки трубы. А она (теорема) указывает на неустойчивость свободновзвешенной на кулоновских силах системы.

Там обобщения есть - для твердых тел и при наличии дополнительных статических (жестко закрепленных) источников. В общем, не бывает левитирующих кроватей без диамагнетиков/сверхпроводников и без активной коррекции. Ну а на сверхпроводниках считать надо - может проще все же активное регулирование устроить. Все равно ж катушки ставим, для разгона/торможения, возможно они же понадобятся для активной компенсации.демпфирования колебаний системы.

Вообще-то у сверхпроводников есть еще одно полезное свойство. Точнее - у криогенных температур, потребных для их работы. Это возможность получения более глубокого вакуума. Что при космических скоростях ротора вещь не лишняя.
И у сверхпроводников есть возможность уменьшить электрические потери и упростить систему управления, что на тысячекилометровом пути не лишне. + возможность использовать сильные магнитные поля. Хотя и не очень дешево. Боюсь свинец тут не поможет, нужно что-то более редкоземельное...

[dmdimon]

то-есть вы мне хотите сказать, что пассивных магнитных подвесов/подшипников не существует?

Без диамагнетиков (к которым теорема неприменима) и в статике - не существует.

вы неправы, если нужно - рисунок завтра дам. Вдобавок у нас динамическая система.

[us2-star]

http://www.testpilot.ru/espace/bibl/tm/1982/6-v-kosmos.html
Остальное - ересь полумер :twisted:
А это в Сколково - http://www.yunitskiy.com/

[Иван57]

http://www.testpilot.ru/espace/bibl/tm/1982/6-v-kosmos.html
Остальное - ересь полумер :twisted:
А это в Сколково - http://www.yunitskiy.com/

Читал как-то выступление Гаева (бывший начальник московского метрополитена).
Он говорил, что стоимость строительства станций метро зависит в основном от объёма ими занимаемого.

Если и в нашем случае стоимость зависит в основном от объема, то получается, что если диаметр метротоннеля 3 м и мы хотим уменьшить стоимость в 1000 раз, до диаметр туннеля надо уменьшить в 30 раз. До 10 см примерно.
Как раз петля Лофстрома.

И что в ней еще хорошо - этот туннель можно делать на специализированном кабельном заводе и развозить по местам в катушках.

Так что не Гагарин, но гирд получается .

[dmdimon]

пассивные магнитные подшипники по умолчанию обладают _осевой_ неустойчивостью, которая в нашем случае - полет вдоль оси трубы. Кроме того, есть такая интересная вещь, как _пассивная_ стабилизация осевой неустойчивости магнитной жидкостью например (хоть это нам и не нужно). И есть еще боее интересная вещь - потенциальная магнитная яма:

[dmdimon]

кстати, картинок нарисую и предложу схему относительно дешевого лифта, строящегося постепенно с поверхности, дешевого в обслуживании и все такое.

http://www.novosti-kosmonavtiki.ru/phpBB2/viewtopic.php?p=899732#899732

[Theoristos]

Без диамагнетиков (к которым теорема неприменима) и в статике - не существует.

вы неправы, если нужно - рисунок завтра дам. Вдобавок у нас динамическая система.[/quote]

Давайте рисунок.

[Theoristos]

пассивные магнитные подшипники по умолчанию обладают _осевой_ неустойчивостью, которая в нашем случае - полет вдоль оси трубы.

Как вы представляете это для системы симметричной по отношению к оси?

И есть еще боее интересная вещь - потенциальная магнитная яма:

Колёсики ни на какие размышления не наводят?

[Shestoper]

Подъем темы из небытия.
Почитал Вику - наверное Лофстром слегка приукрашивает, когда обещает этакую балду всего за 10 ярдов сделать (цена одного авианосца).
Но даже если за 100-200 - оно того стоит.
При электрической мощности 25 ГВт (сравнимо с крупными электростанциями) можно с ускорением 3 g в режиме реального времени разгонять 100-тонные посылки до третьей космической скорости (запуск каждые 10 минут, как отправление электричек - электромагнитную пушку сразу запитываем от электростанции, без промежуточных накопителей).
Понятно я тут не учел КПД электромагнитной пушки, затраты энергии на поддержание скорости троса (вакуум в трубе не идеален, плюс нагрев в зонах изгиба от механических напряжений, понемногу трос будет тормозиться).
Но все равно даже грубые оценки показывают, что система реальна, порядка 10 тысяч тонн груза может выводить за сутки - в год несколько миллионов.
Даже если ежегодное обслуживание системы будет стоить порядка 100 Гигадолларов, цена вывода одного кг составит порядка 30 долларов.

[Штуцер]

Shestoper пишет:
Но все равно даже грубые оценки показывают, что система реальна, порядка 10 тысяч тонн груза может выводить за сутки - в год несколько миллионов.

Херим супертяж, признаем глупой фантазией, начинаем считать тросы и трубы?  
Начать надо с выбора места, где повесить петлю.

[Shestoper]

При такой низкой стоимости выведения основной вклад в стоимость например колонизации Марса даст цена производства (крупносерийного) различного оборудования, пригодного для работы на марсианской поверхности.
Почему размер посылки выбран таким большим, 100 тонн (что увеличит стоимость петли, нужно будет выдерживать значительные сосредоточенные нагрузки от разгоняемых посылок).
Чтобы в эти 100 тонн вписать спускаемый аппарат на ЖРД с долгохранимыми компонентами, способный долететь после выстрела из пушки до другой планеты и мягко положить на неё 20-30 тонн ПН.
Это достаточно удобный по размерности квант ПН.
Если в условиях крупносерийного производства каждая такая посылка обойдется в 100 миллионов $ - получается 100 посылок в сутки потянут на 10 миллиардов.
Нда, придется притормозить, на полную мощность загрузить петлю полезными нагрузками при современных технологиях и экономике ещё не реально.
Но по более скромному варианту петли отправляется в год 40 тысяч тонн. При цене производства ПН в среднем 1000 $ за кг - получим стоимость производства годовой ПН 40 миллиардов. Уже реалистично. А грузопоток все равно достаточный для начала колонизации - порядка 10 железнодорожных составов в космос ежегодного.

[Shestoper]

Нет, есть на нашей планете массовая ПН, стоящая в производстве достаточно дешево - люди.
Петля во-первых может быть использована для запуска туристов. Если цена билета будет измеряться не миллионах долларов, а в тысячах, причем не за краткий баллистический прыжок, а за полноценный орбитальный полет - поток туристов может измеряться в миллионах в год.
Во-вторых петля может стать отличным транспортным средствм.
Её мощно использовать как эстакаду для высокоскоростных поездов на магнитном подвесе, а можно - как пусковую катпульту для гиперзвуковых планеров.
В первом случае поезда будут наподобие этих: http://ru.wikipedia.org/wiki/%C2%E0%EA%F3%F3%EC%ED%FB%E9_%EF%EE%E5%E7%E4
http://gizmod.ru/2012/03/28/pervyj-vakuumnyj-poezd-postroyat-v-kitae
Китайцы оценивают стоимость строительства такой трубы на суше в 3 миллиона за километр (вероятно однопутной).
Я встречал оценки стоимости подобного трансокеанского плавающего тоннеля в 200 миллионов за км - но там предполагалось использовать поезда большого поперечного сечения, оценка для двухпутной дороги, плюс строительство происходит под водой.

Почему бы не заменить подземные и подводные трубы на космические эстакады? Придется постоянно тратить часть мощности на поддержание скорости троссов, удерживающих петлю на весу. Но зато вакуум на высоте 80 км халявный.
К тому же петля может использоваться как для прохождения скоростного поезда, так и для разгона трансокеанского гиперзвукового планера. Который за счет аэродинамического маневра сможет садиться в полосе шириной +/- 2000 км от линии своей орбиты, если аэродинамическое качество у него будет на уровне Шаттла.
Для кругосветного полета такого планера не нужно строить петлю вокруг планеты, достаточно 2-3 тысяч км для разгона.
Но планер будет дороже поезда за счет наличия теплозащиты, крыльев, шасси и системы управления для посадки. Поезд будет разгоняться до гиперзвуковых скоростей уже на высоте 80 км, а низкие участки петли в начале и конце пути будет проходить на скорости 1000-2000 км/ч.

Если подобные системы отберут у авиации существенную часть пассажиропотока, загруженность линии может составлять порядка 100 и более миллионов пассажиров в год. При цене билета 100 долларов это составит 10 миллиардов в год отдачи.
Если строительство петли обойдется в 100 миллиардов и 50% цены билета будет уходить на покрытие стоимости строительства, а 50% на текущую эксплуатацию - система окупится за 20 лет.
Для сравнения, авиабилеты на дальность, сравнимую с длиной петли Лофстрома (например Москва-Париж, 2490 км по прямой) стоят 250-300 долларов.
Так что даже при цене билета 300-400 долларов система будет конкурентоспосбна.
По сравнению с авиацией она имеет гораздо больщую скорость, плюс дает возможность полюбоваться Землей с высотой 80 км (чего лишен тоннельный вакуумный поезд).

Большую часть времени петля сможет работать как земная транспортная система, и только пару часов в сутки заниматься разгоном грузов, запускаемых к другим планетам.
 

[Кубик]

Штуцер пишет:
Херим супертяж, признаем
глупой фантазией, начинаем считать тросы и трубы?
Начать надо с выбора места, где повесить петлю.

"Спиральная Дорога"? (С) И.Ефремов

[Shestoper]

Штуцер пишет:
Херим супертяж, признаем глупой фантазией, начинаем считать тросы и трубы?

Я всегда знал, что рано или поздно на смену ракетам придумают что-то эффективнее, с железной дорогой ракетам по пропускной способности не равняться по определению.
Но под лифт нужны офигенные тросы, ОТС Юницкого слишком масштабно для быстрой реализации - и я думал что все это дела века грядущего, не текущего.
Петля как-то мимо меня прошла. Пару лет назад слышал название, подумал что это нечто из зверинца тросовых систем выведения со всеми их болячками - и прошел мимо.
А совсем недавно вник поглубже - и проникся красотой идеи.

Пока что меня тревожат фиксирующие тросы. Сколько их понадобится и каков будет их суммарный вес - как бы не оказался на порядок больше самой петли.
Система работает так, насколько понимаю - центробежная сила ротора подобрана так, чтобы чуть превосходить вес ротора, оболочки и тросов. Это "чуть" - как раз равно весу пробегающих по петле электричек.
Каждый вагончик тонн по пять, исходя их частоты запуска квантов груза 80 раз в час и годовой производительности 6 миллионов тонн. Отсюда можно грубо прикинуть, с какой силой петля рвется улететь в небеса - чтобы 5-тонные вагончики её не продавливали.
Вот и вопрос, как часто надо втыкать тросы, чтобы они зафиксировали систему.

Чисто если на глаз - думаю что реже чем километров через 10-20 привязывать трос не получится.
Возьмем 10-километровый кусок трубы с компенсированным весом, который рвется в небеса с силой 50 кН - такое я представляю, если труба из прочных материалов.
А вот 100-километровый - уже с трудом.
У подвесных мостов пролеты порядка полутора км, но у них вес не компенсирован и к тросам подвешено тяжеленное дорожное полотно - так что их показатели наверняка на порядок перекроем.
Однако если даже через 20 км к трубе привязано по 2 80-километровых троса - сколько же они будут весить, даже изготовленные из высокомодульного полиэтилена? Сосредоточенная нагрузка здоровенная получается.
Видимо тросы придется делать в виде веера - из одной точки крепления на Земле расходящимся пучком тонких тросов на десятки км длины трубы, с креплением через каждый километр, условно.

[Shestoper]

Исходя из того условия, что ротор петли будет раскручиваться до 12-14 км/c мощностью 500 МВт в течении трех месяцев, можно оценить его линейную плотность - порядка 10 кг на метр длины (при длине 5000 км).
При такой скорости его подъемная сила позволяет поднять ещё примерно такую же массу, как у самого ротора. То есть труба вместе с троссами и ротором будет весить примерно 40 тонн на км длины.
У высокомодульного полиэтилена разрывная длина на порядок больше, чем у стали - 400 км. Так что для высоты 80 км можно применять тросы постоянного сечения. Трос диаметром 12 мм и длиной 80 км будет весить около 8 тонн. Чтобы подъемной силы ротора хватило, пару таких тросов можно цеплять к трубе примерно через каждые 2 км.
В общем выходит каменный цветок, конструкция получается вполне реализуемой на существующих технологиях.

Но если хотим использовать петлю ещё и как трассу высокоскоростной железной дороги и откусить существенную часть авиационного пассажиропотока (перевозить в год десятки миллионов человек)  - конструкцию придется делать примерно на порядок более массивной, чтобы про неё ежеменутно могли проезжать не 5-тонные вагончики (в который больше 10 человек вряд ли всунешь), а полноценные электрички с сотнями пассажиров в каждой и массой порядка 100 и более тонн.
Такую трассу за 30 миллиардов точно не построишь, и вряд ли за 100.
Но помимо массовых пассажирских перевозок, она будет хороша ещё и тем, что  космос сможет отправлять кванты груза, сравнимые по объему и массе с железнодорожным вагоном. Это удобнее - в квант 5 тонн некоторые ПН сложно втиснуть, например реактор с биозащитой.