Bases de anillos planetarios gigantes, ¿son factibles?

Sí

Es posible construir una base de anillo alrededor de una luna o un planeta. No estoy familiarizado con la Base Luna de Starship Troopers, no estoy seguro de cuántas cosas te gusta colocar en la base. Pero como base para una base 30×30 m puede ser suficiente.

Como implementar

Las estructuras de soporte activas son la respuesta: Isaac Arthur, la serie Megastructures cubre el concepto de estructuras de soporte activas en diferentes aplicaciones, como uno de los elementos clave que las hacen posibles.

Básicamente, el concepto se usa en Launch loop como algo que lo hace teóricamente posible: algún tipo de rotor que se mueve dentro de la estructura a alta velocidad y su fuerza centrífuga contrarresta la fuerza gravitatoria de la estructura que la rodea.

El anillo es el mismo, pero significativamente más grande como construcción. No tiene que actuar como una estructura rígida que contrarreste todas las fuerzas (gravedad, deformación y otras cosas), esas fuerzas deben ser contrarrestadas por un rotor.

El rotor en sí no tiene que ser un solo núcleo o una cadena continua. Esto debe entenderse y tenerlo como piezas cortas separadas puede ser importante para ignorar algunos efectos de estrés que pueden tener un lugar en esta construcción, al desacelerar o acelerar esas piezas en diferentes puntos del anillo.

Probablemente debería haber diferentes pistas dentro de esta estructura, por lo que esas piezas del rotor pueden cambiar de pista y poder correr dentro de esta construcción a diferentes velocidades, para contrarrestar posibles eventos de resonancia, fuerzas desiguales que actúan sobre el anillo, etc.

Una estructura un poco más simple en el artículo wiki Anillo orbital , y según el artículo, fue propuesto por Nikola Tesla en 1870, por lo que probablemente sea el padre de todos ellos, como concepto.

El problema

El problema principal es el mismo que con el ciclo de lanzamiento: la confiabilidad.

Por lo tanto, responda "¿Qué tendría que suceder para que sea factible?" La tecnología debería permitir el funcionamiento de esas estructuras de soporte activas sin problemas, sin un solo problema en el momento de su uso, especialmente para una estructura permanente como los anillos planetarios. La tecnología que se usa en mi respuesta sobre el movimiento de los planetas es una de esas; permite que las estructuras de soporte activo sean compactas y sin fallas. La respuesta está aquí (la parte relevante es Nota sobre chatarra de Venus, elefante serpiente ).

Otro problema es el mantenimiento. Tiene una correlación celestial con la confiabilidad, pero también con la capacidad de eliminar los resultados de eventos externos, como el impacto de meteoritos o escombros que golpean la estructura, o internos, como el desgaste de la construcción). Básicamente, cualquier asunto inteligente, lo suficientemente avanzado, resolverá el problema. No tienen que ser nanomáquinas, sustancia pegajosa gris o nanoensambladores y cosas por el estilo; otros tipos pueden ser lo suficientemente buenos.

¿Cuál es la tecnología más baja para construir uno de esos?

• o ya tenemos la tecnología para construir uno de esos
• u otros problemas a resolver antes de construir uno de esos.

No tiene mucho sentido y es peligroso construir un anillo de este tipo si la tecnología no permite construirlo de manera confiable si la construcción no es 100% confiable. La única razón para construir una estructura no confiable es la necesidad de resolver un problema temporal si es adecuado para ser resuelto por dicha construcción. No hay muchos problemas de este tipo, pero uno posible es organizar un escape para la humanidad del pozo de gravedad en poco tiempo (unos pocos años), ya que la estructura puede usarse como base para múltiples ascensores espaciales de 100 km de largo. puede tener un rendimiento mucho más intensivo por ascensor individual que el ascensor espacial habitual, y los cables pueden fabricarse con materiales más regulares.

Lo bueno del anillo es que probablemente podamos construirlo con nuestras tecnologías y materiales actuales que conocemos y usamos regularmente.

No completamente relacionado, pero algunos ejemplos de masas de elevación espacial para la tierra:

• Un elevador espacial fabricado con kevlar (3,2 GPa, 1440 kg/m ³ ) para la tierra tendrá una masa astronómica (no tan astronómica pero 0,004 % de la masa de la tierra) y podrá levantar una cápsula de 100 toneladas (quizás una vez cada pocas horas) .

  Algún tipo de CNT-MMC ( compuestos de matriz metálica de nanotubos de carbono solo para definir, no hay buenos datos allí) con algo así como una resistencia a la tracción de 15 GPa y una densidad de 2600 kg / m ³ : la misma carga útil (cápsula de 100 toneladas por pocas horas) tendrá más razonable masa 254'000'000'000 kg (254 millones de toneladas) no está mal.

  Y solo para incluir CNT, algo así como 100 GPa, 2000 kg/m ³ (mismas cápsulas) masa total de unos 44'000'000 kg.

  Cápsulas: vehículos que viajan a lo largo del cable y donde colocamos nuestra carga útil, aplican una fuerza adicional que actúa sobre el cable, y su masa determina el diámetro del cable en la parte inferior y define el grosor del cable en todos los puntos. En los ejemplos anteriores, la fuerza adicional es un peso de 100 toneladas métricas de masa.

El Anillo puede tener una masa de unos 36'000'000'000'000 kg (36'000 millones de toneladas), tal vez un par de veces más, pero digamos que la densidad total de la construcción es de unos 1000 kg/m ³ .

Es mucho, pero ni siquiera cerca de los valores astronómicos, pero mucho. Es equivalente a alrededor de 1000 grandes represas en la Tierra por la masa de materiales utilizados para la construcción. Es mucho para el espacio también, pero no tanto. Para lanzar todas esas toneladas métricas desde la Luna en solo un año, es posible que necesitemos 3,3 TW de generación de energía, que es un campo de 110 × 110 km de paneles solares (o tecnología equivalente) en la superficie de la Luna. (40% de eficiencia de uso de generación de energía, medio tiempo noche, medio tiempo día)

• Claro, el lanzamiento de materiales debe realizarse mediante algún tipo de controlador de masa (maglev y demás).

Esos materiales tienen que ser lanzados en alguna órbita alrededor del cuerpo. Hay un problema con nuestra tecnología, no podemos hacer eso fácilmente si el cuerpo no tiene la atmósfera, así que de ahora en adelante se trata de construir el Anillo desde la Luna alrededor de la Tierra.

• Buena puntería, captura de aire, toma una órbita de 1000 × 100 km, delta de aproximadamente 250 m / s para hacerlo circular (ver esta respuesta para las fórmulas de transferencia de Hoffman). También hay otras formas de hacerlo, por ejemplo , https://en.wikipedia.org/wiki/Electrodynamic_tether , pero es útil tener la atmósfera.

• Es posible construir tal construcción a partir de un cuerpo sin aire, si tiene todos los materiales necesarios (la luna los tiene) es más difícil construir el anillo alrededor de otro cuerpo sin aire del cuerpo.

Los trozos pueden tener 1 km de largo, por lo que es posible lanzar la construcción en trozos de 1 km en la órbita alrededor de la tierra. En aproximadamente 46000 fragmentos más tarde, podemos tener un anillo de partes independientes que orbitan alrededor de la Tierra. El juego KSP probablemente calculará esta situación a 0.001 FPS pero, en general, si cada parte tiene unidades de ION, fuentes de energía (y deberían tener para uso futuro: paneles solares u otras formas de convertir energía solar u otras fuentes de energía), pueden pareja en un solo anillo en órbita , relativamente fácil.

La solución de baja tecnología termina casi allí, no del todo, pero casi allí. Para implementarlo tenemos que usar:

1. SpaceX, BFR: para establecer una base lunar.
2. automatización para hacer una gran fuente de energía en la Luna, un gran sistema de almacenamiento de energía en la Luna a partir de los materiales disponibles allí.
3. Construya un conductor de masa bastante grande para el proyecto capaz de lanzar trozos de 1 km de la construcción (básicamente un tren de 1 km de largo).
4. perfeccionar la unidad VASIMR para el propósito del proyecto, ensamblarla en masa en la luna.
5. Desarrolle el proyecto del anillo en detalle y defina lo que realmente le gusta hacer con él. (Hay diferentes objetivos y diferentes tipos de construcción para lograrlos; no es necesario imaginarlo como un solo tubo grande alrededor de otro cuerpo espacial).
6. Piezas de producción y lanzamiento en masa (alrededor de 100 por día)
7. Conecte el anillo.

Ahora las golosinas y la parte divertida.

Es posible que el anillo no tenga un rotor como un bucle de lanzamiento, sino que puede ser el propio rotor con una carcasa externa. El caparazón puede tener la misma velocidad angular que la Tierra, ya que su objetivo es aislar (como en la idea del proyecto Hyper Loop) este tren de la atmósfera a esa altitud.

El anillo puede cambiar el tamaño de su órbita y reducirla a una órbita ecuatorial de 100 × 100 km desde una ecuatorial de 1000 × 1000 km. Será un tren Hyper Loop pero un poco boca abajo flotando en el aire a 100 km de altura sobre la superficie de la tierra, con una velocidad del tren en su interior de aproximadamente 8 km/s.

La presión a esa altura es de aproximadamente 1/128000 de 100 kPa, por lo tanto, si de alguna manera la carcasa externa se corrompe (fuga o algo así), no sucederá nada súper emocionante y habrá tiempo de sobra para la reparación.

• La órbita debería ser probablemente un poco más alta, unos 120 km, lo suficientemente alta por encima de los 80 km, donde empiezan a suceder cosas desagradables http://www.spaceacademy.net.au/spacelink/blackout.htm

Lo bueno de la construcción es que no tiene que cambiar de órbita como construcción completa, puede tener solo algunas partes más cerca de la Tierra.

Imagen loca, hecha por mí, pero mejor una mala imagen que miles de palabras:

Lo bueno de tener el Ring es que, en comparación con el ascensor espacial convencional, puede tener múltiples puntos de elevación, y esos puntos de elevación pueden levantar más por la misma cantidad de tiempo en comparación con el ascensor espacial convencional.

120 km de fibra de vidrio + cable matriz de aluminio (1,7 GPa, 2600 kg/m ³ ) pesarán unas 9000 toneladas métricas, para levantar cargas útiles de 1000 toneladas + oruga con factor de seguridad 1,3, y tendrán una conicidad de 1:3.

Conclusión

Estamos bastante cerca de poder construir un anillo de este tipo, pero probablemente no lo haremos hasta que tengamos una tecnología confiable para construirlo.

Por la misma razón que Ringworld es inestable, no.

Debido a que la estación está básicamente en un plano, si se desvía del centro aunque sea un poco, seguirá desviándose del centro y no se corregirá automáticamente. Esto sería lo mismo si la estación fuera rígida o semirrígida.

Pero...

Si diseña la estación con ascensores a la superficie, sería estable. A cualquier altura (menos de GEO), siempre que esta estructura ficticia soporte carga. Esta estructura no estaría en "órbita", sin embargo, a ninguna altura.

Pero...

Si colocara una serie de estaciones no conectadas en secuencia, orbitando a la misma altura, tendría algo parecido a la idea.

La primera parte es fácil. No se puede construir una estación espacial en anillos planetarios. Los anillos están hechos de polvo, y polvo bastante escaso. Simplemente no puedes construir sobre ellos. La cuestión de construir un anillo artificial es un poco más complicada.

A partir de la investigación y las estimaciones de dot_Spot, podemos explorar lo que significa hacer un toroide de 6400 km de largo y 500 m de diámetro (obviamente, este es el diámetro "pequeño", no el enorme que gira alrededor de la luna/planeta). Eso barre un volumen de 3 * 10^15 metros cúbicos de espacio. Si asumimos que el 50% de eso es espacio vacío para que la gente camine, eso es 1.5 * 10^15 metros cúbicos de material.

Digamos que todo ese material es titanio, elegido porque no es muy denso. ¡Eso es 1,5 * 10^17 kg de materia! ¡Un Saturno V puede levantar alrededor de 50 000 kg de carga útil, por lo que se necesitarían alrededor de 2 842 000 000 000 cohetes Saturno V para levantar tanta masa!

Por supuesto, hacerlo desde una luna disminuiría la dificultad de lanzar tanta masa. La recolección de asteroides también ayudaría. Pero si está pensando en la viabilidad, eso demuestra lo difícil que es en realidad hacer un anillo de este tipo.

No es posible con la tecnología actual

Un anillo o una estructura similar a un anillo tendría que resistir las tensiones gravitatorias no solo del objeto que rodea, sino también de los objetos celestes cercanos. Como es probable que dicha estructura se vea perturbada en algún momento, también deberá poder autoajustarse y resistir las fuerzas requeridas para dichos ajustes.

Tal estructura construida alrededor de algo como nuestra luna tendría que ser cuidadosamente balanceada para que la masa efectiva del anillo sea aproximadamente la misma en todos los puntos alrededor de la circunferencia. También tendría que compensar el tirón de la tierra, la adición de masa al atracar barcos o tomar consumibles, la reducción de masa al desatracar barcos, el escape del motor y la descarga de desechos, así como cambios aleatorios como impactos de meteoritos.

Estas proezas de la ingeniería, si bien teórica y matemáticamente son posibles, se encuentran actualmente fuera del nivel actual de producción, fabricación y tecnología generalmente disponible de nuestras sociedades actuales.