Un globo que puede flotar al espacio [cerrado]

Escuché que hay materiales que pueden resistir el tipo de imagen de la atmósfera terrestre, como los nanotubos de carbono y el Kevlar. Supuestamente, un puente perfectamente construido de dicho material podría usarse como amarre para un ascensor espacial, aunque existen desafíos en la construcción confiable.

Para navegar creativamente por este problema, mi protagonista comienza poco a poco: quiere hacer volar un globo de ese material lleno de helio o algún gas flotante a través de la atmósfera, con un solo hilo de material resistente al calor adherido.

Mis preguntas son:

  • ¿De qué material podría estar hecho un globo de este tipo que sea lo suficientemente liviano como para flotar cuando se llena con helio?

  • Si el helio no funciona, ¿hay otro gas que lo haga?

  • Si tal globo pudiera construirse de manera factible, ¿podría elevarse con una cuerda liviana de material similar atada? Si un globo no es suficiente, ¿qué hay de muchos?

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Respuestas (2)

Hay un pequeño problema con tu globo de helio; el helio funciona como gas elevador porque es más liviano que el aire, pero no es más liviano que el espacio.

En última instancia, el helio se elevará hacia el cielo hasta un punto en el que la densidad de peso del helio esté más o menos en equilibrio con el aire circundante. Te ahorraré las matemáticas; esto funciona a aproximadamente 32 km sobre el nivel del mar. Por el contrario, una órbita geoestacionaria debe estar a aproximadamente 36 000 km sobre el nivel del mar para ser estable. En última instancia, se llega a menos del 0,1 % de la altura que se necesita con helio porque, cuando se llega a la altura de la órbita geoestacionaria, no hay aire alrededor para que el helio sea más ligero.

Puede llegar un poco más alto calentando el helio, reduciendo así aún más su densidad, pero en última instancia, lo mejor que puede hacer es llegar a la parte superior de la atmósfera.

Por supuesto, podría cambiar a hidrógeno, que tiene un 50% de la densidad del helio y, por lo tanto, duplica el poder de elevación, pero eso solo lo lleva hasta cierto punto.

Entonces, podría intentar calentar el hidrógeno, pero creo que todos sabemos cómo funcionaría.

Al final, necesitas estar rodeado de aire para que te levante un gas que es más ligero que el aire.

Buen punto. ¿Se imagina alguna manera en la que tener cables que se extiendan hasta 32 km beneficiaría el proceso de construcción de un ascensor espacial? ¿La gravedad es menor allá arriba?
@frankbacon322 En teoría hay una ventaja, en el sentido de que los cables que llegan a 36.000 km deben llegar primero a 32 km. Sin duda ayudaría, como en tener un efecto distinto de cero. Pero si alguien me dijera que están construyendo un ascensor espacial y que ya han recorrido 32 km, no me animaría a invertir en su empresa. Cada aspecto de la construcción de un ascensor espacial es más difícil que eso.
Hm... ¿qué hay de la energía solar basada en el espacio desde tal altura?
@frankbacon322 mi primera pregunta sería ¿por qué no generar la energía en el suelo? La energía pesa muy poco (E = mc ^ 2), por lo que subirla al ascensor espacial es mucho más fácil que subir la masa allí. Dado que las celdas solares funcionan perfectamente bien en la Tierra, no estoy seguro de que alguna vez se recupere el costo de energía de transportar la masa de las celdas tan alto en comparación con algunas líneas eléctricas.
También te encuentras con un problema con el globo que sostiene el material que se expande y finalmente explota porque el material simplemente no es lo suficientemente flexible.
@TimBII Pensé que la ventaja de un ascensor espacial sería una reducción en el costo a largo plazo de lanzar un transbordador espacial. Una vez que el elevador está en su lugar, puede usarlo para transportar mercancías, en lugar de quemar una cantidad colosal de combustible cada vez. No sé cómo va a permanecer en el espacio, pero supongo que sería más barato que lanzar transbordadores constantemente. Además, una vez que estás en el espacio, se necesita considerablemente menos combustible para abandonar la Tierra, ya que no necesitas luchar contra la atmósfera y la gravedad al mismo tiempo.
@timbii energy.gov/articles/space-based-solar-power aumentos de eficiencia
@ frankbacon322 Ese artículo habla de devolver la energía, ignorando por completo la necesidad de un ascensor espacial, y las desventajas son enormes... requisitos de tierra, armamento potencial y afectado por el clima.
Aparentemente, los "globos espaciales" o globos meteorológicos son baratos de hacer. Parece que no duran más de 48 horas en el mejor de los casos, pero me pregunto si no hay un experimento divertido que pueda realizar con la recolección de energía, la transmisión de energía y los materiales para tratar de aprovechar mejor la energía solar.
@Shadowzee no, eso es exactamente correcto. Un ascensor espacial básicamente pasa por alto la ecuación del cohete al hacer que la fricción sea el principal generador de elevación. Es la misma razón por la que podemos escalar mucho más alto de lo que podemos saltar. Sin embargo, eso no significa que sea gratis; simplemente significa que las cosas se vuelven más rentables con el tiempo para llevarlas al espacio de lo que eran de otra manera.
Sí, seguro que @shadowzee. Muchos retos :)
spacejournal.ohio.edu/issue18/cast.html Diseño de China (sin globos)
El hidrógeno no tiene el doble de poder de sustentación que el helio, aunque es la mitad de denso que el helio, el poder de sustentación no depende de la densidad absoluta del gas de sustentación, sino de su densidad relativa al aire. Es solo la diferencia entre 1,12 g/L de potencia de elevación y 1,2 g/L de potencia de elevación cuando se cambia de helio a hidrógeno. Incluso una aspiradora pura solo tendría 1,29 g/L de potencia de elevación. No se gana mucho tratando de usar algo que no sea helio.

Probablemente desee seguir con el método propuesto en el artículo que vinculó en los comentarios (energy.gov/articles/space-based-solar-power) en lugar de construir un ascensor espacial si desea generar energía.

En términos de experimentos a pequeña escala, podría usar un dispositivo similar a un globo meteorológico para levantar algo como un satélite cúbico bastante alto y usarlo para probar la transmisión de energía desde la órbita a una estación terrestre. Esto le permitiría realizar pruebas preliminares sin los requisitos más estrictos de los lanzamientos de naves espaciales y sería mucho más económico.

Suponiendo que quisiera ampliar esto, con satélites más grandes y aún conservar el concepto de globo, podría agregar algunos pequeños propulsores de cohetes/combustible a su satélite y lanzarlo a una órbita más alta, lo que le daría una cantidad de tiempo mucho más larga. antes de que se cayera.

En términos de un sistema de energía solar completamente funcional en el espacio, necesitará construir un ascensor espacial a gran escala o quedarse con el costo de 100 o más lanzamientos para ensamblar el sistema en el espacio. No existe una manera fácil de sacar cosas de nuestra atmósfera y la respuesta de TimBII explica por qué los globos no pueden lograrlo.

Mejor haz esos refuerzos grandes. Todavía necesita el delta-V para mantener la órbita terrestre baja, que es de alrededor de 7,8 km/s. En un globo atado a la tierra estás viajando a lo sumo 40000km/24h = 0.463 km/s (en el ecuador).
Un globo que puede flotar al espacio [cerrado]
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