Ayuda a arreglar el elevador My Space - Cable de acero sin ahusar

Creo que he cometido un error en alguna parte de mi diseño de un ascensor espacial de cable de acero no cónico que baja a la Tierra. Estaba construyendo esto como una referencia de diseño para descubrir cuánto más fuertes debían ser los materiales "más fuertes" para hacer uno, y he cometido un error, estoy bastante seguro.

Algunas unidades:

  • Constante Gravitacional (G) : 6.67 × 10 11
  • Masa de la Tierra (M) : 5.97 × 10 24 kg
  • Período de rotación de la Tierra: 24 horas
  • Densidad del cable de acero ( ρ ) : 7.560 k gramo metro 3
  • Carga útil: 22.400 toneladas = 22,4 millones de kg

Algunas fórmulas:

  • Velocidad de rotación ( ω ) : 2 π 24 h r d a y × 60 metro i norte h r × 60 s mi C metro i norte = 0.0000727, para la Tierra
  • Altura de la estación intermedia del elevador espacial (d): GRAMO METRO ω 2 3 = 42,233 km, para la Tierra
  • Altura (sobre el suelo) del elevador espacial (h): d R mi a r t h = 35.970 km, para la Tierra
  • Tengo entendido que, si se usa un contrapeso lo suficientemente pesado, no se requiere mucho más cable que (h) para el recorrido completo del cable.
  • Relación de la resistencia del cable (S) al área de la sección transversal del cable (A), densidad del cable ( ρ ), carga útil (P), longitud del cable (h) y gravedad (g ~ 9,8, para tierra): S A = ( PAG + A h ρ ) gramo S = ( PAG + A h ρ ) gramo A

Cuando pongo todos estos valores para un cable de 6 cm de diámetro, obtengo una fuerza de cable de 85,8 GPa (gigapascales).

Esto está dentro del límite del acero moderno (alrededor de 200 GPa).

La cantidad de cable de acero requerida sería de 1,85 millones de toneladas.

Si bien el método de construcción aún está más allá de la tecnología, tenía la impresión de que los materiales también lo estaban. ¿Dónde he cometido mi error?

Parece que es una suposición común. Encontré un artículo que cuestiona la suposición, pero aún no lo he leído: academicsmine.mst.edu/cgi/…
¿Me estoy perdiendo de algo? No veo el peso del cable en la carga, y eso es lo que impide los ascensores en la Tierra. (Y tenga en cuenta que no puede simplemente mirar la masa y la gravedad, ya que la gravedad varía de 1 g en la superficie a 0 g en geosync).

Respuestas (2)

El error evidente es el fantástico valor de la resistencia a la tracción del acero.

La resistencia a la tracción del acero es de aproximadamente 2500 MPa como máximo, OK, supongamos de manera súper optimista 5000 MPa. No tengo ni idea de dónde se puede conseguir acero con una resistencia a la tracción de 200.000 MPa.

Ignorando la carga útil, su fórmula se reduce a S = h ρ gramo .

enchufando h = 39.970.000 metros, ρ = 7500 kg/m³, y gramo = 9,81 m/s² obtengo S = 2.940.793 MPa o 2941 GPa, unas 600 veces mayor que la resistencia a la tracción más optimista de cualquier tipo de acero.

Debo haber perdido un cero en alguna parte. Gracias por el control de cordura.
¡Lo encontré! No estaba convirtiendo la longitud del cable de kilómetros a metros en el último cálculo. Gracias de nuevo.

Rehaciendo su última ecuación, obtuve una cifra de 2745 GPa ( enlace alfa de wolframio ), que es bastante más alta que su número. No estoy seguro de dónde provienen los 85,8 GPa mencionados

Dicho esto, creo que también necesitas un contrapeso. En este momento, el centro de masa de su sistema está bastante lejos de la órbita geoestacionaria porque la masa del cable es mucho mayor que la masa de la estación orbital. Como resultado, no tendría una posición estable en relación con el punto de anclaje en la Tierra.

Incluir la masa actual del cable en la masa de carga útil para representar el contrapeso aumenta el resultado de su ecuación a 9164 GPA, que es aún mayor. ( enlace alfa de wolframio )

Me había perdido una conversión de unidad en mi cálculo final. ¡Gracias! Gran pregunta sobre el contrapeso. Solo estoy tratando de pensarlo: en un caso ideal, no hay tensión ni compresión en el lado de la Tierra. En esa configuración, el peso total del cable y la carga útil (pero no el contrapeso) se expresará como tensión en el lado del contrapeso. ¿Es eso incorrecto?