¿Puedes proteger un elevador espacial de la basura espacial?

La idea de un ascensor que llegue al cosmos cercano es muy tentadora cuando se trata de pensar en formas de salir del planeta. Una gran desventaja de esta idea es que una torre larga y delgada en la atmósfera parece un candidato muy probable para ser dañado por basura espacial, asteroides, etc.

Mi pregunta es, ¿existe una forma realmente efectiva de proteger un ascensor espacial de los elementos del espacio y cualquier otro daño que pueda sufrir?

Mi mente se desvió hacia ideas como escudos en órbita, o posiblemente torretas automatizadas en el exterior de las estructuras establecidas para apuntar y destruir proyectiles. Me encantaría aquí otras ideas.

Supongo que es más o menos lo mismo. Simplemente me concentré en una estructura porque se extiende desde el suelo hasta el espacio, que parece más vulnerable.
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Creo que la mejor manera sería no protegerlo de los resultados de una colisión (aunque me pregunto si tuvo algún efecto, dado lo fuerte que tendría que ser la correa de un ascensor espacial), sino eliminar los escombros de las órbitas. Si podemos hacer ascensores, seguramente podremos tener recolección de basura espacial.
¿Rodearlo de cabras espaciales?
@PlasmaHH Eso espero. Ya hemos tenido intentos de hacerlo.
¿Tal dispositivo se llamaría 'aspiradora'?
@JustinThyme Acabo de entender eso. solo me tomo 2 dias -_-

Respuestas (12)

Láseres.

No es necesario que destruyas los escombros, solo empújalos un poco hacia afuera . La gran mayoría de la basura espacial se rastrea, como han mencionado otros, por lo que sabrá qué es una amenaza mucho antes de que realmente llegue. Golpea los escombros con un láser para alterar ligeramente su trayectoria y podrás evitar colisiones.

Debido a que puede rastrear la mayoría de los escombros, incluso puede comenzar este proceso con mucha anticipación. Los escombros pasarán rápidamente, pero deberías poder golpear cualquier cosa peligrosa varias veces a medida que pasa con cada órbita .

Incluso puede usar este sistema siempre que no esté protegiendo directamente el elevador para volver a ingresar lentamente a los desechos espaciales a medida que pasa. Simplemente disminuya la velocidad de lo que sea que pase y eventualmente las cosas comenzarán a caer fuera de órbita. ¡Limpia el espacio y protege el ascensor, todo a la vez!

En cuanto a las cosas que no se rastrean, deberá poder detectarlas con anticipación, por lo que será necesario algún tipo de equipo de detección, pero ya lo necesitará para la orientación láser. Afortunadamente, las cosas que no se rastrean son cosas muy pequeñas, por lo que será más fácil quitarlas del camino y no necesitarás un aviso con tanta anticipación.


Profundizando más!

Afortunadamente para cualquiera que quiera un análisis científico exhaustivo de esta opción, no soy muy original y ¡se ha estudiado la reentrada láser de basura espacial! Un documento DOI en particular: 10.1016/j.asr.2012.02.003 profundiza bastante, y citaré algunos de sus hallazgos más importantes aquí.

Primero, ¿qué tan grande es el problema de la basura espacial?

Hay alrededor de norte 1 = 2 , 200 objetos grandes (diámetro ≥ 100 cm, masa del orden de 1 tonelada) en LEO, y norte 2 = 190 k objetos pequeños (diámetro ≥ 1 cm). El flujo para los pequeños en la región de densidad máxima es de aproximadamente R 2 = 1.4 mi 4 metro 2 y mi a r 1 ... [Aplicando estas cifras], la probabilidad de que un objeto grande impacte contra un objeto grande es una vez en T 11 = 134 años, mientras que la posibilidad de que un objeto pequeño impacte contra un objeto grande es una vez en T 21 = 3 años.

Una variable parece cambiar de nombre en algún momento de sus cálculos, así que no estoy seguro de cómo se traduce esto en un objeto estacionario, pero nos da una escala de tiempo.

Entonces, si no hacemos nada, tendremos una pequeña huelga cada pocos años. ¡Pero no hagamos nada! ¡Usemos algunos láseres!

En primer lugar, ¿cómo funcionan los láseres para sacar de órbita los escombros? Básicamente, el láser golpea la superficie y sobrecalienta rápidamente el material, vaporizándolo. Sin embargo, este vapor aún se encuentra en el camino del láser, por lo que continúa siendo golpeado por el rayo láser, donde se sobrecalienta un poco más y se convierte en plasma. El plasma se descomprime rápidamente, alejando el objeto y formando esencialmente un pequeño chorro en la superficie del objeto. Después de un tiempo, agregar más energía al sistema es contraproducente, por lo que los autores de este artículo sugieren un láser pulsado, en lugar de uno continuo.

Los autores asumen un período de τ = 5 norte s para el pulso láser, y usando este número, encuentre que necesitan aplicar 53   k j / metro 2 al objeto para acelerar de manera óptima un objetivo de aluminio.

En un caso práctico donde D mi F F = 10 metro , si T = 80 % , T mi F F = 0.5 . Para entregar 53 k j / metro 2 a un objetivo en 1000 k metro rango, el producto W D mi F F 2 debe ser por lo menos
 993 k j metro 2 , la energía del pulso láser debe ser 7.3 k j , y el diámetro del espejo D 
debe ser 
 13 metro .

¡Esto significa que los láseres ni siquiera tienen que estar en el espacio! ¡Con la tecnología más actual, puedes implementar un sistema de ellos en la superficie y salir de órbita desde allí!

Los autores encuentran que cualquier objeto con una masa inferior a 1 kg puede volver a entrar en una sola pasada. Los objetos más grandes (su ejemplo dio una masa de 1 tonelada) tardarían varios años en volver a entrar, pero, si recuerda la frecuencia de las interacciones entre objetos grandes, la posibilidad de una colisión catastrófica es muy pequeña, y podemos empujar estos objetos muy fácilmente. fuera del camino en una sola pasada.

Esa cantidad mínima es correcta, pero solo cuando se planifican múltiples órbitas antes de cualquier posible colisión. Para cosas pequeñas que no se rastrean, simplemente cambiar la velocidad en fracciones de un porcentaje solo unos segundos antes de un impacto que le gustaría evitar no sería suficiente.
La basura espacial (pequeños desechos en la región de las escamas de pintura) es un gran problema para cualquier nave espacial. Actualmente no tenemos forma de rastrear este tipo de escombros, pero cuando choca con un satélite es capaz de destruir por completo una superficie, aunque apenas pese nada. - El problema es tan grande que cuando se descubrió muchas organizaciones (tanto la unión soviética como la defensa de los EE. UU.) trabajaron en la prevención de la basura espacial. (Sin esa decisión en los años 70 no podríamos ir al espacio hoy en día).
@ paul23 Creo que es un poco exagerado. Una pieza de acero de 1 mm ^ 3 en la órbita terrestre baja produce solo 250 J de energía y 0.03144 segundos de Newton , por lo que no es nada enorme. La correa debería poder resistir tal golpe (tal vez no repetidamente, lo admito). La protección contra tal golpe sería un revestimiento muy delgado alrededor de la correa. A estas velocidades, ambas superficies se comportan como líquidos y los desechos se destruirán.
Accidentalmente se olvidó de eliminar el 1/2 del cálculo del impulso, ¡así que está errado por un factor de 2! Aunque todavía muy pequeño
también los espejos lograrían lo mismo en un nivel más bajo de tecnología (pero como OP mencionó escudos y cosas, estoy seguro de que los láseres no serían un problema).
No se menciona la tecnología de dicho ascensor espacial, pero la cantidad de peso adicional que representan estos láseres (y los generadores que les proporcionan energía) puede superar (juego de palabras) sus beneficios. Todas las historias de ascensores espaciales que conozco comienzan con la limpieza de la órbita de basura antes de desplegar el ascensor.

Es probable que esto no sea un problema:

  1. Los ascensores espaciales no son realmente torres, son ataduras. Una serie de cables fuertes pero relativamente delgados hechos de un material súper fuerte que se extiende mucho más allá de la órbita geoestacionaria (para tener algo de tensión).
  2. Space Junk no son solo piezas de metal aleatorias que flotan por todas partes. Tenemos zonas y órbitas que son seguras y otras que no lo son en absoluto. Hacemos un seguimiento de estas piezas. Y para cuando tengamos la tecnología y la disposición para hacer un ascensor espacial, probablemente tendremos una flota de camiones de basura espaciales recogiendo toda esa basura, triturándola y arrojándola a la atmósfera.
He leído algunas buenas historias cortas últimamente (no recuerdo los títulos, estaba visitando a un amigo de la familia y estaban en una colección) y se trataba de recolectores de basura y señalé que la basura en órbita cubre una región muy grande, mucho más grande que la superficie de la Tierra y alimentar una nave en órbita es costoso, por lo que combinar la órbita y la velocidad para obtenerlo es realmente complicado. Piense en recolectar basura en los océanos y luego duplicar el área (con dimensión adicional).
"Tenemos zonas y órbitas que son seguras", pero un ascensor espacial no está realmente en órbita, el cable está estacionario. Una carretera es bastante segura cuando viajas en un automóvil que va a la misma velocidad y dirección que todos los demás, pero plantar un gran poste justo en el medio es otra historia. En mi humilde opinión, ese es un gran problema que casi siempre se pasa por alto cuando se habla de ascensores espaciales.
@Keelhaul Por zonas seguras quiero decir que hay regiones alrededor de la Tierra que tienen concentraciones de basura relativamente más bajas. Además, los ascensores espaciales no son "postes estacionarios" en absoluto. En teoría, las partes más peligrosas de un ascensor espacial serían desde LEO hasta GEO. Pero incluso en esta región, la probabilidad de encontrar un objeto es extremadamente baja porque la densidad en esta región es inferior a e^-9 en promedio. Incluso la ISS tiene que corregir su rumbo una vez al año para evitar acercarse a un gran trozo de chatarra. Los camiones basura espaciales siguen siendo una buena opción para el resto.
Coincidentemente, acabo de ver un documental de televisión sobre varias ideas de "entrar en el espacio". Dijeron allí que dentro de 90 días la correa sufriría una colisión letal porque se está extendiendo en un área tan amplia del espacio que no hay zonas libres de escombros. Además, no puede corregir el rumbo como muchos otros vehículos espaciales que se apartan del camino de la basura espacial rastreada.
@ user3770822 los ascensores espaciales SON postes estacionarios (más como ataduras, pero aún estacionarios en relación con la superficie de la Tierra), excepto por el movimiento ocasional. Además, tendría que estar situado en el ecuador, donde la concentración de basura espacial es máxima. Y nuevamente, la comparación con la ISS y su corrección de rumbo ocasional es discutible: la ISS está "volando con la corriente". Tu atadura está parada en medio de ella. Piense en ello como si estuviera parado en el centro de un campo de batalla: la densidad de las balas voladoras es ridículamente baja, pero es casi seguro que lo alcanzarán bastante rápido.
@Keelhaul Las ataduras espaciales en LEO viajan a aproximadamente 0,5 km/s en la dirección de rotación de la Tierra. Esto es malo porque el resto del material se movería a unos 7 km/s. Pero esto baja a medida que subimos. Y eventualmente su ascensor espacial tendría la misma velocidad angular que la basura espacial. Ahora bien, esto significa que estamos en la zona más peligrosa de la LEO, que es a lo que nos enfrentamos con los bots de basura y los láseres. Además, no es necesario tener ascensores espaciales en el ecuador. Puedes ponerlos donde quieras, solo tienes que alargar la correa.
@ user3770822 Bueno, quise decir estacionario en relación con la superficie ... aún así, 0,5 km / s sigue siendo en gran medida insuficiente en relación con los 7 km / s. E incluso mientras se reduce el riesgo al subir, todavía tiene que cubrir los cientos/miles de kilómetros de cable donde el impacto más pequeño podría significar una falla catastrófica. Los robots de basura y los láseres pueden estar bien, pero no puedes contar absolutamente con la corrección del rumbo o la pura suerte.
@Keelhaul "Además, tendría que colocarse en el ecuador, donde la concentración de basura espacial es máxima", no es cierto ... Dado que la mayoría de los cohetes se lanzaron desde Florida y Rusia, la mayoría de la basura espacial está en un oblicuo órbita que cruza el ecuador una vez cada 45 minutos más o menos.
@Trevor suponiendo que nunca realicen una corrección de rumbo para volver a una órbita ecuatorial ... Honestamente, no sé con qué frecuencia se hace esto, pero probablemente sea suficiente. De cualquier manera, la densidad de basura espacial en el ecuador será más alta que en cualquier otro lugar porque se garantiza que cualquier órbita la cruzará dos veces, no así cuanto más te alejes del ecuador.
@bendl sí, estoy de acuerdo, pero la idea de que es principalmente un disco de basura en el ecuador es un concepto erróneo. Sin embargo, es más probable que quedarse en el ecuador sea una mala idea.
@bendl Hasta donde yo sé, con mi conocimiento limitado de las operaciones satelitales, son prácticamente solo los satélites geosincrónicos que tienen órbitas ecuatoriales, y viajan a la misma velocidad que la correa a esa altura.

Un escudo magnético sería la forma más eficaz de proteger un ascensor espacial de fragmentos de desechos espaciales y radiación cósmica.

Un campo magnético de CC haría que las partículas de alta energía se curvaran y doblaran alrededor de la fuente del campo, protegiendo tanto a los ocupantes como a la carga.

Un campo magnético de CA "energizaría" los materiales inductivos y los "repelería" de la fuente del campo. (Ver Corrientes de Foucault).

Un gran imán superconductor proporcionaría una forma económica de producir el campo magnético. También cumpliría un segundo propósito, el transporte de energía hacia y desde la estación terrestre y la plataforma orbital del ascensor espacial.

Una central eléctrica ubicada en la base del Space Elevator proporcionaría suficiente energía para la nave orbital, el Space Elevator Elevator y el sistema de enfriamiento de imanes superconductores. De hecho, el campo en sí podría usarse para aumentar la integridad estructural del Space Tether.

La atadura en sí tendría que tener "bisagras" para permitir el balanceo, o de lo contrario la fatiga estructural daría como resultado la composición del material de la atadura. Debido a la ley de Newton de las fuerzas opuestas, el campo magnético de la cuerda actuaría sobre una pieza de basura espacial que se aleja, y también sobre la basura espacial. Sin embargo, una pieza de basura espacial que tenga una masa mayor que la propia atadura podría causar una situación de emergencia, especialmente si la atadura no puede apartarse a tiempo.

El libro de ciencia ficción "Web between Worlds" habla un poco sobre este tema.

Pensé que se resolvió hace mucho tiempo que si los "cables" fueran conductores, ¿generarían energía ellos mismos actuando como un termopar gigante? ¿Y un campo electromagnético alrededor de la estación no interferiría severamente con la comunicación y los instrumentos? Creo que los imanes tienen el mejor potencial, pero ¿quizás en una configuración principal/posterior? Los materiales recolectados pueden agregar masa al lastre/extremo de la cuerda y proporcionar una pequeña cantidad de material de construcción.
Demasiado perezoso para entrar en matemáticas yo mismo, pero me pregunto cómo afectaría esto el uso de una fuente espacial. Posiblemente ya tendría un campo magnético y ya desviaría las partículas de alta energía.
Creo que esto es mucho menos práctico de lo que te imaginas. La correa debería estar hecha de un material ultraligero y fuerte que no es un material superconductor. Necesitaría un sistema de enfriamiento gigante y una gran cantidad de energía para mantenerlo funcionando las 24 horas del día, los 7 días de la semana a lo largo de una gran parte del ascensor. Además, los desechos espaciales viajan aproximadamente 10 veces más rápido que una bala, la cantidad de energía que necesitarías invertir para desviarlos sería una locura, y eso suponiendo que el material no se derrita y pierda su conductividad en el movimiento que golpea el campo.

Sí, la opción más sencilla es utilizar algún tipo de protección física en áreas de concentración de basura espacial. Esto se suma a la masa total de la correa, pero seguramente vale la pena.

Algún tipo de armadura compuesta sería ideal, una combinación de protección de separación para romper grandes pedazos de escombros, una capa amortiguadora para ralentizarlos y luego una nanomalla de carbono para limpiar cualquier cosa que aún se esté moviendo.

Necesitaría reemplazarse regularmente y agregaría una gran cantidad de peso a la correa, pero si puede construir un ascensor espacial, debería ser capaz de construir una armadura compuesta de alta resistencia y baja masa.

El principio básico sería que la armadura debe ser capaz de proteger la correa solo de la basura espacial que no puede rastrear, la basura espacial que puede rastrear podría eliminarse o redirigirse por otros medios.

También le gustaría incorporar redundancia en el diseño, por ejemplo, tener 4 amarres en lugar de 1, con la pérdida de 1 amarre sin causar una falla catastrófica

También tenga en cuenta que, en caso de que se rompa la correa, nada que esté "por encima" de la ruptura caerá a tierra, por lo que todo el costoso equipo de elevación, el puerto espacial, etc. en la parte superior del ascensor estarán a salvo de un reingreso no planificado. Sin embargo , las simulaciones muestran que el contrapeso probablemente abandonaría la órbita terrestre... lo que sería un inconveniente para cualquiera que no quiera ir al espacio exterior. Como tal, otra precaución sensata sería equipar el 'contrapeso' con suficiente combustible para impulsarse de nuevo a una órbita estable. No he calculado si esto sería factible, pero conseguir el combustible allí no sería un problema, ¡después de todo tienes un ascensor espacial! Con toda probabilidad, el puerto espacial en la parte superior se utiliza para abastecer de combustible a las naves para el viaje posterior de todos modos.

Algo que no se menciona en ninguna de las otras respuestas, que creo que debería ser sobre este tema, es la diferencia entre las colisiones entre la basura espacial y algo en órbita frente a un objetivo fijo como un ascensor espacial.

Si alguna vez has visto un gráfico de una órbita sobre el suelo, la trayectoria del suelo parece una sinusoide centrada en el ecuador. Algunas trayectorias terrestres son diferentes para las órbitas polares o geoestacionarias, pero lo único que comparten es que cruzan el ecuador en algún punto y, debido a la precesión, eventualmente su órbita cruzará todos los puntos del ecuador.

ingrese la descripción de la imagen aquí

Entonces, ¿por qué nos preocupa? Para las colisiones orbitales, le preocupa que la órbita de lo que sea que le interese se cruce con las órbitas de los escombros, muchas órbitas nunca cruzarán la órbita de nuestro objetivo y pueden ignorarse y otras solo se cruzarán con poca frecuencia, y muchos de estos objetos se están moviendo en la misma dirección, por lo que las velocidades de impacto relativas se reducirán.

Un ascensor espacial tradicional debe estar ubicado en o cerca del ecuador, por lo que si se le da tiempo suficiente, cada elemento en una órbita inferior a la geoestacionaria se cruzará en algún punto con nuestro ascensor espacial, no se trata de encontrar los elementos raros en curso de colisión, literalmente todo. lo golpeará, eventualmente. En cuanto a la velocidad relativa, nuestro ascensor espacial está estacionario, por lo que cada impacto es a velocidad orbital, aquí no hay golpes de refilón (en el lado positivo, no hay colisiones frontales de velocidad orbital 2x)

Entonces, dado que todo es una preocupación, tener un ascensor espacial requerirá un programa muy intensivo para rastrear todo en órbita (dentro de ciertos límites de tamaño). No solo mapearlo, sino también realizar un seguimiento activo de los cambios y calcular las próximas colisiones potenciales con el ascensor y tomar las medidas adecuadas. Ahí tienes tres opciones; mueva el elemento a una órbita diferente que no colisione con el elevador por un tiempo, mueva el elevador fuera del camino o absorba la colisión.

Mueve el Colisionador

Hay varias formas de hacerlo:

  • Si se trata de un satélite, estación o vehículo en funcionamiento con control de maniobra, necesitaría ajustar activamente su órbita ligeramente para evitar la colisión, y debido a que todas las órbitas eventualmente se cruzarán con el cable, todo en órbita baja a media ahora tiene necesidad adicional de propulsor de mantenimiento de estación. para evitar las colisiones periódicas.

  • Para elementos más grandes que no funcionan y escombros, querrá que los remolcadores satelitales de eliminación de basura o reabastecimiento de combustible se acoplen al elemento y lo retiren de la órbita o lo vuelvan a colocar en la primera categoría. Esto será costoso, pero debería ser un costo único, ya que finalmente eliminará la mayor parte de la basura grande (si comienza a sacar de órbita activamente los satélites al final de su vida útil).

  • Para desechos más pequeños, la ablación con láser hace que parte del elemento hierva para empujar el elemento a una órbita diferente que perderá su elevador o saldrá de órbita. Esto proporcionaría cantidades muy pequeñas de delta-V y, por lo tanto, deberá apuntar a los elementos mucho antes de la posible colisión.

  • Es poco probable que hacer estallar el elemento por completo no sea muy efectivo, solo dejará pequeños fragmentos de escombros que ahora se mueven en muchas órbitas ligeramente diferentes, lo que ahora requiere más seguimiento y evitación de colisiones.

  • Y si no fuera lo suficientemente difícil, sacar elementos de órbita (nuestro método normal de limpieza de chatarra) tiene algunos peligros nuevos. Estas salidas de órbita son inherentemente impredecibles debido a las complicadas interacciones con la atmósfera. Por lo general, termina con una gran ruta predicha, que debe asegurarse de que nunca cruce su ascensor.

mover el ascensor

Para que sepa dónde estarán los escombros, solo asegúrese de que el elevador esté en otro lugar:

  • Los ascensores espaciales no son estructuras rígidas monolíticas, son más como cuerdas realmente largas. A medida que mueve el material hacia arriba y hacia abajo en el cable, desarrollará oscilaciones en el cable, que puede controlar en función de la cantidad y la rapidez con que mueva el material hacia arriba y hacia abajo. Como mínimo, querrá monitorear estas vibraciones para evitar una acumulación peligrosa de movimiento armónico. También puede controlar el movimiento para mover el área de interés unos pocos kilómetros fuera del camino de una posible colisión.

  • Algunas propuestas han defendido un sitio de suelo móvil anclado a una estructura tipo plataforma petrolera flotante (la mayor parte del ecuador es océano, y en un ascensor espacial, los últimos kilómetros de una montaña en realidad no ayudan mucho). También podría tener el extremo superior o las secciones intermedias provistas de propulsores para permitir el movimiento activo de las secciones del cable. Estos movimientos tendrían límites y causarían vibraciones a lo largo del cable, pero podrían empujar una sección lo suficiente como para evitar una colisión (solo asegúrese de que su vibración no mueva otra sección hacia una colisión).

toma el golpe

A veces no puedes moverlos, no puedes esquivarlos y tienes que recibir el golpe, pero hay formas de asegurarte de que no sea un golpe catastrófico.

  • La redundancia es tu amiga. Una cuerda no está hecha de una gran cuerda, está hecha de muchas, de manera similar, su elevador espacial debe estar compuesto de múltiples cables redundantes interconectados con una distancia de separación entre ellos, por lo que se necesitaría una colisión evitable muy grande para cortar todo el cables, y las roturas de cables múltiples pueden ser soportadas por secciones adyacentes.

  • Espesor de diseño y factores de seguridad, estos son métodos de diseño de ingeniería estándar. Si algo se va a degradar a una velocidad x y necesita durar y tiempo, lo hace lo suficientemente grueso para que sobreviva hasta que pueda recibir mantenimiento o ser reemplazado. De manera similar, cuando ha calculado qué grosor debe tener algo para no romperse, lo hace más grueso por algún factor de seguridad.

  • Blindaje, proporcione al cable un revestimiento exterior, similar a un Whipple Shield . Estos escudos se romperían y absorberían los impactos de los micrometeoroides y escombros más pequeños.

  • Reparación activa, el cable debe tener escaladores robóticos activos que suban y bajen constantemente reparando y reemplazando las secciones dañadas. Es probable que necesite este tipo de tecnología incluso para construir el ascensor espacial en primer lugar, solo tiene sentido mantenerlo en su lugar para el mantenimiento. En un nivel más teórico, podrías usar materiales activos usando nanotecnología que detecten y reparen el daño.

El método actual popular entre los investigadores para proteger un ascensor espacial es "menearlo".

La estación base debe poder mover la base de la correa para amortiguar las oscilaciones de la correa (y estirarla previamente antes de agregar una carga útil): se usaría el mismo mecanismo para configurar una onda que viaja por la atarlo para que no esté donde están los escombros cuando pasen.

Se utilizarían vehículos especializados en reparación de correas para reparar daños causados ​​por escombros indetectables.

El JBIS vol. 69, núm. El número 6/7 se dedicó a los ascensores espaciales y podría ser un buen lugar para comenzar la investigación, si está interesado. £ 15.00 si no puede encontrarlo en una biblioteca local

¿El menear no crearía un efecto de latigazo cervical al final del ascensor?
@MiguelBartelsman si no hubiera un contrapeso relativamente masivo, posiblemente.

No es una cuestión de si puedes, es una cuestión de si quieres que tu ascensor funcione durante un período de tiempo prolongado.

Ahora, ¿cómo hacer eso realmente?...

Cualquier cosa que adjuntemos directamente a la estructura, como grandes escudos o cualquier cosa, probablemente haría que nuestra estructura fuera totalmente inviable, agregar tanto peso y volumen realmente dificultaría nuestra capacidad para construir, mantener y usar nuestro ascensor.

No queremos usar armas o misiles para disparar escombros fuera del camino, porque las colisiones/explosiones resultantes crearían aún más escombros con los que tendríamos que lidiar.

Podríamos usar campos magnéticos como ya se sugirió, pero probablemente causarían una interferencia masiva con las comunicaciones y las computadoras a bordo de las naves que salen del elevador...

Nuestra atadura probablemente tendrá que ser muy flexible por dos razones:

  1. Nuestro ancla en el lado del espacio podría intentar maniobrar la correa para doblarla y evitar grandes colisiones.
  2. Pero no todos los objetos son rastreables/evitables. Son muy pequeños. Entonces, para estas colisiones inevitables, nuestra correa debe poder sobrevivir. La mejor manera es absorber la mayor cantidad de energía posible, como una red de fútbol absorbe un gol dulce.

Pero aun así sufriremos algún daño de vez en cuando. Por lo tanto, nuestra atadura debe construirse de manera que pueda repararse/sanarse de estos pequeños cortes sin reconstruirse por completo.

A medida que el vecindario se vuelve más concurrido (¡como definitivamente sucederá con nuestro fácil acceso al espacio en nuestro ascensor!), necesitaremos algo más que solo evitar y absorber. Necesitamos satélites capaces de interceptar desechos espaciales y sacarlos de órbita de manera segura. Actualmente, dicho satélite sería ilegal, ya que podría convertirse fácilmente en un arma. Sería trivial apuntar a otros países que operan satélites y sacarlos de órbita, negándoles así el acceso al espacio. Tener armas (o cualquier cosa que pueda armarse) en el espacio es un gran no para el derecho internacional en este momento. Pero en el momento en que seamos capaces de construir ascensores espaciales, la necesidad de recolectores de basura será tan grande que estoy seguro de que se podría llegar a algún tipo de acuerdo para su funcionamiento.

Así que, en definitiva, protege tu ascensor de tres formas:

  1. Inclínate para evitar las cosas grandes.
  2. Ser lo suficientemente flexible, fuerte y reparable para manejar colisiones menores.
  3. Use satélites de recolección de basura para limpiar el vecindario de la mayor cantidad de escombros posible.
ser lo suficientemente flexible para absorber el impacto como una red de fútbol significa que se estiraría bajo tensión, lo cual es malo para una correa, que está constantemente bajo tensión.

Sugiero que el mayor problema con una atadura espacial es que cada centímetro es un punto potencial de falla catastrófica.

La solución es... hacer que la estructura tenga redundancias. Las secciones de altitud orbital deberían ser una estructura similar a una malla de diámetro mucho más ancho, o muchos cables más delgados en lugar de uno grande. Estos podrían unirse a intervalos regulares para permitir que las secciones dañadas se separen y reemplacen sin reemplazar literalmente cientos de millas de cable.

La primera regla de la ingeniería de seguridad es asumir que todas las medidas preventivas eventualmente fallarán y el sistema deberá resistir el desastre mismo.

En el caso de que un trozo de escombro golpee la correa a varios kilómetros por segundo o más, es mejor que corte parte del cable que todo.

Para hacer frente a los problemas de peso, podrías hacer que las secciones inferiores tengan físicamente menos hilos.

El peso superior adicional en realidad sería algo bueno, ya que permitiría acortar sustancialmente la longitud total de la correa, ya que actúa como un contrapeso (una función que generalmente desempeña un asteroide capturado o simplemente extiende el cable mucho más de lo necesario)

Pro: el ascensor espacial segmentado es más fácil de reparar y más fácil de construir, así como más resistente a los desastres.

Contras: es probable que los segmentos sean más débiles que un cable contiguo.

Querría combinar esto con otras medidas, como la eliminación/captura/destrucción preventiva de escombros, o empujar el ascensor para que no estorbe. pero ser capaz de reemplazar segmentos parciales de cable in situ reduciría mucho los riesgos de posibles desastres.

¡Bienvenido a WorldBuilding! Si tiene un momento, realice el recorrido y visite el centro de ayuda para obtener más información sobre el sitio. ¡Que te diviertas!
@ Ruadhan2300 - buen pensamiento; No sé por qué generalmente asumimos solo un cable principal. Una complicación es que las secciones tendrían que permitir que la cápsula del escalador se eleve más allá de las juntas, ya que el ascensor tardaría una semana en subir si tuviera una velocidad limitada (150 km/h a una órbita geosíncrona de 35.786 km son 9,5 días), por lo que las secciones regulares del tipo de telesilla no van a trabajar. Si el escalador es capaz de cambiar los cables, esto podría funcionar alternando secciones de medio círculo. Pero cada anillo o medio anillo tendrá grandes fuerzas de viento, por lo que el estrés y la torsión se convierten en un problema.

Puede protegerlo bastante bien con un sistema de orientación automática basado en torretas. Sin embargo, supongo que quieres algo más complejo.
¡ASI QUE! ¿Qué tal una estructura secundaria, independiente? Uno que es como una campana de panal y absorbe todo el impacto y te permite recolectar dichos escombros.

La base contiene los motores y las piezas de mando que le permiten permanecer en órbita. Creo que la estructura podría servir como una especie de base para el ascensor.

La desventaja con este enfoque es que requiere mantenimiento constante reemplazando estructuras ya dañadas, también el proceso de cosecha puede exceder fácilmente los costos y volverse económicamente inviable.
Requiere un mantenimiento constante, sin embargo, los materiales serán baratos. Debe recordar que la configuración es en el futuro. El nivel tecnológico está más allá de nosotros.
Los costos no son materiales, pero el personal que necesita es un enjambre de drones, técnicos, ingenieros, sensores que mueven partes por cientos de millas cuadradas.
En su primer comentario dijo "el proceso de cosecha puede superar fácilmente los costos y se vuelve económicamente inviable" Ahora cambió a "Los costos no son materiales" Muy bien. Sin embargo, responde a lo que se preguntó: "¿Existe una forma verdaderamente efectiva de proteger un ascensor espacial de los elementos del espacio y cualquier otro daño que pueda sufrir?"

Estoy pensando que esto no es un problema.

Si tiene la tecnología para construir materiales superligeros y superfuertes, necesitaría construir un ascensor espacial práctico, haciendo que dichos materiales sean lo suficientemente fuertes para sobrevivir, o curarse a sí mismos, después de un golpe con basura espacial, o escapar de por cierto, podría ser un tema secundario y trivial.

los materiales lo suficientemente fuertes como para soportar su propio peso están casi al alcance de la mano. ser capaz de sobrevivir a los ataques a velocidades orbitales es mucho más difícil.
@JCRM Hay mucho más que solo poder soportar su propio peso cuando algo tiene más de 35,786 km de altura o largo... y gira. Sin mencionar la tarea casi imposible de colocarlo en su lugar en primer lugar.
Ser capaz de soportar su propio peso es la mayor parte del problema. Ponerlo en su lugar no es trivial, pero poner las cosas en órbita geoestacionaria es algo que hemos estado haciendo durante mucho tiempo, y bajar la correa desde allí necesita un pequeño delta v en la punta y un contrapeso.
@JCRM no puedes simplemente bajar algo de la órbita. No funciona de esa manera. A medida que el extremo bajado se acerca a la tierra, también debe reducir la velocidad para que tenga la velocidad correcta para su nueva altura. De hecho... cada punto del cable tiene una velocidad diferente. Si no lo hace, el cable avanzará por delante del satélite en una curva, regresará al espacio y nunca llegará al suelo.
@JCRM tampoco olvide que los satélites geosíncronos también giran en dos ejes. Se configuran en un giro controlado una vez al día para que siempre miren hacia el planeta. Qué pasa cuando extiendes los brazos cuando estás girando... el giro disminuye. Buena suerte controlando eso y equilibrándolo mientras mantiene todas las fuerzas en línea cuando intenta extender un "cable" de 35,000 km de largo. Especialmente cuando no tienes nada sólido a lo que aferrarte.
sí, como dije, necesitará un poco de delta v a medida que se baja de la órbita, pero se está bajando, sin sufrir un reingreso típico: está colgado de la base geoestacionaria, equilibrado por el contrapeso. El control de la velocidad de los puntos finales, para mantener la geosincronía, tensará automáticamente la correa y la estirará en una línea recta perpendicular a la órbita.
@JCRM "necesitará un pequeño delta v" es una gran subestimación.
aproximadamente 2,5 km/s, repartidos en el tiempo que desee. En comparación con los 9 km/s necesarios para el lanzamiento a LEO necesarios en minutos, no es mucho
@JCRM está bien, si crees que 9000 km/h no es mucho... pero de nuevo... la velocidad debe ser diferente en todo el cable, no solo al final, y esas fuerzas se transfieren a través del cable y sacan el satélite de orbita. La extensión más allá de la órbita tiene los mismos problemas y debe acelerarse para mantener la linealidad. Todo es extremadamente inestable. Y no me hagas empezar con lo que sucede cuando tratas de mantener un cable recto que está en una atmósfera alta.
2,5 km/s no es mucho en comparación con 9k para el lanzamiento. New Dawn tenía 13 km/s y eso con una carga útil. La cuerda será jalada relativamente recta por la mecánica orbital. Colgar un cable en la atmósfera no es trivial, pero ¿por qué no envía un artículo a una revista revisada por pares si cree que es imposible?

Comencemos por admitir la derrota y supongamos que no existe una forma práctica de evitar que la chatarra espacial rompa accidentalmente la correa de un elevador espacial. Una vez que la correa está en su posición operativa, podemos esperar una falla catastrófica de la correa una vez cada N días, en promedio, para cualquier valor de N que nos proporcione nuestro análisis.

Entonces, ¿estamos condenados? No, porque siempre podemos colocar varias ataduras una cerca de la otra. Existe la posibilidad de que cualquiera de ellos sea cortado, pero las posibilidades de que todos sean cortados al mismo tiempo son mucho menores; presumiblemente, cualquier basura espacial lo suficientemente grande como para cortarlos a todos a la vez también es lo suficientemente grande como para ser fácilmente destruido. seguido y evitado.

Para facilitar la reparación de una correa cortada, puede hacer que las correas se interconecten a intervalos, de modo que una correa cortada permanezca mayormente en su lugar en lugar de caer a la Tierra (o al espacio).

Limpie el espacio y proteja el cable

Las partículas espaciales golpean demasiado fuerte

El mayor problema con el cable del ascensor espacial es que no va a velocidad orbital. Eso significa que cualquier cosa que lo golpee irá a velocidad orbital en relación con el cable.

Para algunas comparaciones básicas de energía cinética, un objeto de 200 g golpeará el cable con la fuerza del cañón principal de un tanque de batalla y un objeto de 20 g golpeará con la fuerza de un automóvil de 2 toneladas a 70 mph. Cada gramo de objeto equivale a unos 10 g de TNT.

Obviamente, el daño acumulado incluso por los golpes más pequeños hará que el ascensor no sea viable.

Las partículas grandes deben ser eliminadas.

Simplemente no puede recibir demasiados golpes de los autos de velocidad de la autopista. Afortunadamente, partículas como estas están bien catalogadas. El estándar para partículas espaciales detectadas es de 10 cm. Una esfera de 10 cm con la densidad del plástico es de unos 4 g; con la densidad del acero es de unos 35g. Las partículas de este tamaño deben eliminarse. De acuerdo con un artículo en el Vanderbilt Journal of Law (relacionado con reclamos de responsabilidad espacial, ¡me sorprendió encontrar información en una revista de derecho también!), la Fuerza Aérea está rastreando 21,000 objetos de 10 cm o más, y más de diez veces más. muchas de más de 1 cm.

La eliminación activa de desechos es una técnica que funcionará a largo plazo. Un documento de trabajo de la NASA de 2007 calcula que el factor de reducción efectivo de 200 años para eliminar una pieza de desechos espaciales es 36; eso significa que eliminar una pieza de escombros ahora elimina 36 piezas de escombros futuros (debido a las colisiones que provocan la proliferación de escombros, es decir, el síndrome de Kessler). El estudio también mostró que en lugar de un aumento exponencial de los desechos espaciales a lo largo del tiempo (nuevamente, el síndrome de Kessler), los desechos podrían limitarse a un aumento lineal eliminando solo 5 piezas de basura espacial por año, siempre que estas fueran las 5 piezas más grandes. .

Dado que la colisión en el espacio de objetos grandes simplemente no ocurre en este momento, con un crecimiento lineal de desechos espaciales, un ascensor espacial estaría a salvo de grandes impactos durante mucho tiempo. Dado que se rastrean las partículas de 10 cm y más, en un futuro con ascensor espacial se rastrearían con mayor precisión, y la advertencia avanzada podría permitir contramedidas para evitar colisiones.

Métodos de eliminación

En general, hay dos clases de remoción : desorbitación y absorción.

Los objetos más grandes tienen más sentido para salir de órbita. Si solo va a eliminar 5 objetos al año, puede construir un remolcador espacial para empujar suavemente estos objetos a una órbita que los envíe a la atmósfera para que se quemen. Si va a eliminar objetos más pequeños, entonces un láser para empujarlos a la atmósfera también funcionaría bien. Un láser no funcionaría bien en algo del tamaño de un satélite completo, habría demasiado peligro de que el láser generara sus propios desechos.

Para objetos más pequeños en el rango de 10 cm e inferior, puede atraparlos con aerogeles . Un remolcador espacial arrastraría un gran bloque de aerogel por el espacio. Los objetos pequeños impactarían y serían absorbidos por el gel. Esto no es muy rentable y requiere mucho barrido con el tiempo, pero cuando los riesgos son la pérdida de un ascensor espacial, que seguramente cuesta cientos de miles de millones, si no más, entonces valdría la pena.

Todavía necesitas blindar el cable

Nunca podrá barrer todos los objetos más pequeños, incluso con un ejército de remolcadores de aerogel. El espacio es tan grande. Entonces, la última línea de defensa sería blindar el propio cable.

Toda la estructura, incluido el espacio por el que suben y bajan las cabinas de los ascensores, debe estar protegida por una protección contra latigazos . Esto es solo un parachoques para absorber impactos y romper las partículas impactantes en plasma. Como tiene un ascensor espacial, los costos de llevar materiales al espacio para reparar el escudo no son tan altos, por lo que realmente no tiene que ser mucho más que papel de aluminio. Materiales más avanzados como la fibra cerámica podrían estar disponibles y usarse para este escudo.

Conclusión

  • Controle estrictamente la cantidad de satélites en el espacio, eliminando los obsoletos con remolcadores espaciales empujándolos hacia la atmósfera.
  • Explosión de partículas más pequeñas a la atmósfera con láseres
  • Barrer las partículas más pequeñas con aerogeles
  • Armar el cable con un protector de látigo

¡Felicitaciones, ahora tiene un ascensor espacial seguro y en funcionamiento!