Ascensor de espacio cortado

Si se cortara el extremo inferior de un ascensor espacial, ¿cómo se vería el evento desde el suelo? ¿Cómo se verían los movimientos y durante qué período de tiempo?

Supongo que es un ascensor espacial "estándar": situado <= 20 grados del ecuador; construcción de nanohilos de diamante; “parte superior” del ascensor en órbita geoestacionaria; peso atado a 62,000 millas sobre la superficie de la Tierra.

¿Tendría el ascensor suficiente tensión para actuar como una goma elástica rota?
Es más rígido y resistente que cualquier material conocido, incluidos los nanotubos de carbono. Si lo desea, aquí están los números, que, lo admito libremente, están un poco más allá de mi propia comprensión: rigidez = 850 GPa; fuerza = 26,4 nN; extensión = 14,9%; rigidez a la flexión = 5,35 × 10–28 N·m2; tenacidad = 4,1 × 107 N·m/kg.
¿ Alguna vez has oído hablar de Tiphares ?
¿No necesitaría un ascensor espacial extenderse más allá de la órbita geoestacionaria? Tengo entendido que necesitaría su centro de masa allí, de lo contrario, la masa debajo del geoestacionario lo derribaría. La masa sobre el geoestacionario se movería a una velocidad angular más alta, proporcionando tensión al elevador.
@Baldrickk Sí, necesita extenderse más allá de GEO. Compare, por ejemplo , space.stackexchange.com/a/5165/415 .
Tengo entendido que la parte superior del ascensor estaría en una órbita geosincrónica (22 000 millas del suelo) con la "cuerda" a 40 000 millas más allá.
@DanPiponi - ¡Genial! ¿Es posible interpolar la velocidad a la que ocurre el evento (nuevamente, desde la base, con una vista de la base) de alguna manera? (Además, el enlace al sitio "principal" me dará un poco de información para analizar).

Respuestas (4)

http://www.spaceward.org/elevator-whatif

Donde se rompe es bastante importante.

En primer lugar, si la correa se rompe, todo lo que esté por encima del punto de ruptura "caerá" hacia arriba, escapando al espacio. Dado que la mayoría de los entornos peligrosos están cerca de la parte inferior de la cuerda, solo un poco colapsará hacia la Tierra.

Un ascensor espacial debe ser bastante ligero por necesidad.

La correa nominal (20 toneladas) del elevador espacial pesa alrededor de 10 gramos (un tercio de onza) por metro, por lo que en cualquier kilómetro cuadrado, la cantidad de material será minúscula.

Sin embargo, definitivamente no querrás escalarlo cuando suceda.

Finalmente, habrá 4-5 escaladores en la cuerda. Mientras que los superiores pueden permanecer en órbita, el resto comenzará a caer hacia la Tierra. Los escaladores tripulados, por supuesto, tendrán la capacidad de aterrizar suavemente, y el escalador de carga podría simplemente amerizar.

Por encima de la ruptura, el contrapeso "caería" lejos de la tierra a una órbita más alta.

Probablemente no sería terriblemente espectacular con una rotura cerca del suelo.

Si desea algo que probablemente falle de una manera realmente espectacular y devastadora (al mismo tiempo que tiene la ventaja sobre un ascensor espacial de que en realidad podríamos construir uno con materiales conocidos), entonces es posible que desee buscar una fuente espacial:

https://en.wikipedia.org/wiki/Space_fountain

Decidí tratar de calcular la energía involucrada si hubiera una ruptura muy arriba y la mayor parte del ascensor cayera a tierra:

En teoría, un ascensor espacial podría pesar entre 20 y 750 toneladas.

No puedo hacer los cálculos para el caso real en el que la masa se extiende por toda su longitud, pero me equivocaré del lado de "más desastroso" y haré los cálculos para que toda la masa esté más arriba cerca de geo.

Velocidad en Geo = 3,07 km/s.

(energía cinética de 750 toneladas a 3,07 km/s) = 3,206×10^12 J (julios)

que es aproximadamente el 95% de la energía máxima de combustible de un Airbus A330-300 (97.530 litros de Jet A-1) o 1/20 de una bomba de niño pequeño.

La energía potencial de 750 toneladas que caen desde 35000 km es mayor, pero solo en el rango de 0,05 megatones y la mayor parte se perdería por la fricción con la atmósfera.

Imagínese esparcir 0,05 megatones de TNT a lo largo de una línea de 20.000 km de largo (todavía errando en el lado de "más desastre"), eso le da 2,5 toneladas de TNT por km o, dicho de otro modo, 2,5 kg de TNT por metro.

Imagine un cartucho de dinamita de unos 5,6 cm de espesor y 20.000 km de largo. Esa es la energía total del ascensor espacial que cae.

En realidad, no querrías que eso te golpeara, pero si estuvieras a 50 yardas de la línea, probablemente estarías bien. Nuevamente, eso es incluso pretender que no hay pérdida de energía en la atmósfera a medida que cae.

Un ascensor espacial que cae no sería genial, pero más en la línea de "es malo ser golpeado por cosas que te caen encima" en lugar de "todos los que están cerca están muy muertos".

Entonces, ¿la correa no haría un gran daño a lo que está en órbita?
Si se corta en el suelo, ¿no desaparecería, desde el punto de vista de la gente en el suelo, mientras despega hacia el espacio? La atadura espacial simplemente se iría a una órbita más alta ya que la tensión con el suelo es lo que la mantiene en su lugar, ¿verdad? Supongo que si la cuerda es lo suficientemente grande en una órbita geosincrónica estable y el ascensor en sí no está bajo tensión, entonces el ascensor simplemente se arrastraría a través de la atmósfera superior.
@PatJ si golpea algo, lo dañaría, pero intente arrojar una canica de Europa a una cuerda que flota en el océano Índico. Es una atadura larga pero aún tiene una pequeña sección transversal. Tendrías un poco de mala suerte si golpeara la ISS o algo así.
No estoy seguro de que entraría en una órbita más alta. ¿La fricción del aire a lo largo de la línea de la cuerda no disminuiría la velocidad orbital de tal manera que eventualmente la parte superior del ascensor caería? ¿Además, la parte superior de la línea aceleraría y aumentaría la energía de liberación en un efecto de látigo?
"un niño bomba" me hace pensar en un pañal indescriptiblemente sucio...
¿No se "caerían" los ascensores conectados a la correa con la correa?
De hecho, el punto de vista es desde el suelo. ¿No entraría en juego el momento angular, así como, quizás, las oscilaciones "lentas"?
No puedo recordar la fuente, pero recuerdo a alguien teorizando que prácticamente cualquier tipo de atadura encontraría suficientes otros factores como la resistencia del aire durante su colapso para que el daño al suelo fuera insignificante. No estoy seguro de cuán preciso es eso, pero tiene sentido intuitivamente. Después de todo, un cable largo tendrá mucha superficie en relación con su masa, por lo que su velocidad terminal sería limitada.
@FrankCedeno La fricción del aire está ahí incluso cuando la correa está "estacionaria", no cambiaría solo porque se cortó. El contrapeso proporciona suficiente fuerza para equilibrar esto, de lo contrario, el ascensor no funcionaría en primer lugar. Y si bien experimentaría un poco más de fricción a medida que la correa se mueve, en realidad no sería importante: no estamos hablando de algo que lleva días o semanas; terminaría en menos de una hora, y solo una pequeña porción de la atadura se encuentra en una atmósfera densa (~5-100 km en comparación con la longitud total de más de 30 000 km ).
@Luaan, para empezar, no hay tanta fricción de aire. La atmósfera gira principalmente a la misma velocidad que el suelo. De lo contrario, tendríamos vientos a lo largo del ecuador con velocidad supersónica a medida que la corteza gira por debajo de la atmósfera. Así que no hay más de la cizalladura del viento normal en la cuerda. Aparte de eso, la mayor parte de la parte inferior de la atadura que no está dentro de la atmósfera interna probablemente se quemaría al volver a entrar, la parte superior se alejaría y no se volvería a ver.
@Adwaenyth Supongo que todo se alejaría (a una órbita estable, eso sí, a menos que el contrapeso estuviera realmente lejos de la Tierra, diseñado para lanzar sondas extrasolares o algo así). Sin embargo, no me gustaría ser el tipo que tendría que desenredar las decenas de miles de ataduras en órbita... :RE
@Ozymandias si el descanso está cerca del suelo, entonces no realmente. Solo el 0,2% del cable está en la atmósfera y esa es la parte más delgada y liviana. El contrapeso debe estar un poco más allá de GEO para mantener la tensión, por lo que desde un punto de vista en el suelo, el cable probablemente desaparecería hacia arriba. Podría aletear, pero hacerlo mientras se dirige rápidamente hacia arriba para que no haga mucho en el suelo. Sin embargo, es malo para cualquiera que lo suba.

En el libro Green Mars de Kim Stanley Robinson (creo) manejó esto con mucho detalle. El contrapeso se cortó explosivamente y salió volando, entrando en una órbita solar. El planeta gira, dibujando el cable en una espiral. Al principio, el cable toca el suelo con bastante suavidad, pero pronto se azota contra el suelo a un ritmo cada vez más rápido. La onda de choque de la primera vuelta alrededor del mundo causó algunos daños, pero la segunda vuelta cae a velocidades hipersónicas, matando todo a unos pocos kilómetros al norte y al sur de la línea de impacto.

No sé si esto es representativo de lo que sucedería o si es una licencia artística. Pero sus libros están bien investigados y contienen mucha ciencia dura, así que asumo que ha sido bien pensado.

editar lo siento, me perdí la parte donde el OP dijo que se estaba cortando el extremo del suelo.

Agregue esas altas velocidades, ¿la fricción del aire no solo rasgará / quemará la correa antes de que toque tierra?
En teoría, un ascensor espacial podría pesar entre 20 y 750 toneladas. No puedo hacer los cálculos para el caso real, así que erremos por el lado de "más desastroso" y hagamos los cálculos para geo. (energía cinética de 750 toneladas a 3,07 km/s) = 3,206 × 10 ^ 12 J (julios) = alrededor del 95% de la energía máxima de combustible de un Airbus A330-300 (97.530 litros de Jet A-1) o 1/20 de un niño bomba. La energía potencial de 750 toneladas que caen desde 35000 km es mayor, pero solo en el rango de 0,05 megatones y la mayor parte se perdería por la fricción con la atmósfera.
Ese fue principalmente un ejemplo de lo que sucedería si se cortara en la parte superior. Si se cortara en la parte inferior, sería una historia diferente.
Creo que Kim Stanley Robinsons puede no estar en lo cierto sobre el poder de los impactos. Imagínese esparciendo 0,05 megatones de TNT a lo largo de una línea de 20.000 km de largo (todavía errando a favor de los km), eso le da 2,5 toneladas de TNT por km o, dicho de otro modo, 2,5 kg de TNT por metro. En realidad, no querrías que eso te golpeara, pero si estuvieras a 50 yardas de la línea, probablemente estarías bien. Nuevamente, eso es incluso pretender que no hay pérdida de energía en la atmósfera a medida que cae.
@Murphy Creo que el ascensor de KSR era muy grueso y pesado. IIRC donde había aterrizado suavemente, tuvieron que cavar pasos subterráneos porque era demasiado grande para pasar por encima.
La mayor parte de la energía se disiparía a través de la fricción atmosférica y, sin duda, la mayor parte de ella se disiparía bastante por encima del suelo. En el suelo, es posible que solo escuche un estampido sónico y un poco más tarde (suponiendo que no se haya quemado por completo al volver a entrar) la cuerda permanece flotando suavemente hacia el suelo.
@Durandal Dos puntos que podrían hacerlo plausible, el cable tendría una sección transversal relativamente estrecha, por lo que la fricción se minimizaría y los nanotubos de carbono tienen una temperatura de ignición muy alta.
@ AndyD273 La sección transversal en sí no importa, lo que importa es el coeficiente balístico resultante (que es una función de la masa y la superficie ). A menos que asuma una atadura irrealmente densa (lo cual no hace, ya que dice CNT). Y la temperatura de ignición es una pista falsa: no necesita quemarse para disipar la energía a través de la fricción y la presión del ariete. Para que sea plausible, debe suponer que la correa no se rompe ni se quema en ninguna parte , luego el tirón de la rotación de los planetas agrega energía continuamente. ¿Podría ser inventado? Sí, pero no estoy convencido :)
Esto no parece responder a la pregunta "Si se cortó el extremo inferior de un ascensor espacial".
@DaaaahWhoosh ¿Eh? Está directamente sobre el tema. ¿Qué tiene de malo? En el libro KSR, esto es exactamente lo que sucedió cuando se cortó la conexión a tierra.
@SRM En el libro de KSR, el ascensor se cortó en la parte superior; el escenario exactamente opuesto.
mi error, me perdí el OP especificando que era el extremo inferior.
@Dan, ¿cómo es eso relevante? La cosa se desamarró en la base como resultado de separarse de Clarke. El corte en la parte superior precipitó el corte en la parte inferior. Para mí, es un punto absurdo de pedantería rechazar esta respuesta por esos motivos.
@SRM La correa está bajo tensión en el contrapeso y el planeta. Cuando cortas el contrapeso, esta tensión impulsa la correa hacia el planeta. Cuando cortas el planeta, la tensión impulsa la correa hacia el contrapeso. Los dos escenarios son literalmente polos opuestos :) Compararlos es como decir que saltar es realmente lo mismo que caer.
@Luaan Supongo que puedo ver tu punto. Desde mi perspectiva, quitar el contrapeso en la parte superior fue el mecanismo para lograr el corte en la parte inferior.
"El planeta gira, dibujando el cable en una espiral. Al principio, el cable toca el suelo con bastante suavidad": ¿durante cuántos días sigue cayendo ese cable antes de tocar el suelo por primera vez?

Dibujos animados xkcd obligatorios .

Tenga en cuenta que el ascensor espacial no necesita una gran tensión ni anclajes al suelo. Wikipedia indica que los diseños modernos requieren barcazas flotantes: apenas un peso sustancial al final. Si lo corta cerca del suelo, revolotearía pero no se rompería.

Este es el diseño correcto a prueba de fallas .

Incluso hay ganchos de cielo que no llegan al suelo en absoluto. Así que esto no es un problema.

Puede haber poca tensión en el extremo del suelo (pero todavía es importante para que quede tenso; no querrás que se mueva mientras pasan los escaladores), pero hay mucha tensión en las decenas de miles de kilómetros de longitud del atar. Entonces, incluso un diseño a prueba de fallas como el suyo se rompería, simplemente no se rompería violentamente a nivel del suelo. También tenga en cuenta que el hecho de que sea una "barcaza flotante" no significa que sea ligera : estamos hablando de una barcaza que también es un puerto de aguas profundas, más como una plataforma petrolera que como un barco. Fácilmente podría pesar un millón de toneladas.

Digamos que hubo una explosión en la base terrestre y se cortó la correa. Teóricamente, simplemente colgaría allí. El ascensor más simple ni siquiera tiene que estar conectado, simplemente podría colgar allí, a un par de metros del suelo.

Sin embargo, la mayoría de los diseños incluyen el contrapeso antes mencionado para compensar las grandes masas de escalada. Debido al contrapeso, una rotura a nivel del suelo haría que todo el sistema saliera disparado de la tierra. A menos que el contrapeso fuera enorme y estuviera sujeto a una tensión tremenda (lo que dudo), no podría abandonar la órbita. Todo se movería a una órbita ligeramente más alta y luego se estabilizaría. Debido a que esta nueva órbita no sería geoestacionaria, es posible que el fondo se estrelle contra una montaña. Pero de lo contrario, sería mayormente inofensivo, los escaladores en la ruta podrían completar su viaje (hacia arriba) y no sentir nada. YO' Me gustaría pensar que los ingenieros estarían al tanto de esta posibilidad y tendrían la capacidad de deshacerse de parte del contrapeso y, con suerte, tener algo de empuje disponible para permitirles reposicionarlos y volver a colocarlos. Incluso si se deja solo, la resistencia atmosférica debería hacer que todo el sistema regrese a una órbita casi geoestacionaria (arriesgándose a que esa terrible montaña golpee nuevamente). Si la parte inferior de la atadura está fuera de la atmósfera, obviamente, la resistencia no es un problema.

A diferencia de la novela de Kim Stanley Robinson, una ruptura cerca del nivel del suelo es el mejor de los casos.

Definitivamente no "simplemente colgaría allí", especialmente en un planeta con atmósfera. La tensión es una parte necesaria del concepto, y el contrapeso está ahí para mantener la tensión (aunque, por supuesto, para una mayor capacidad de carga, querrás un contrapeso más grande o uno más alejado). Si tuviera una cuerda que no fue diseñada para ninguna carga, podría flotar lentamente con el viento, pero eso ya supone que la dirección del viento es la misma en todas las capas de la atmósfera, lo cual simplemente no es cierto. Pero lo que es más importante, la tensión de la correa se liberaría, lo que provocaría la vibración.
Agregando a lo que dijo Luaan: si no hubiera tensión y trataras de escalarla, entonces en lugar de levantarte tú mismo, estarías tirando de la estación espacial hacia abajo. No es bueno.
Ascensor de espacio cortado
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