¿Bucle de cubo entre la Tierra y la Luna?

Por favor, no me muerdas la cabeza. Si esto es tan estúpido que merece ser aplastado, me complace eliminar la pregunta. Principalmente me gustaría saber si alguien alguna vez sugirió esto (busqué).

Supongamos que tiene un trozo largo de cuerda... quiero decir realmente largo, 500 mil millas de hecho, y lo convierte en un lazo y ata cubos a intervalos a lo largo de su longitud.

Luego tienes un par de ejes fijos, uno en la Tierra y otro en la Luna, y comienzas a tirar de la cuerda: si quisieras bajar cosas (personas, máquinas, mercancías, etc.) de la Luna simultáneamente con cosas arriba de la Tierra, ¿no equilibrarías de hecho los efectos de los pozos de gravedad (tanto de la Tierra como de la Luna)?

Estoy seguro de que alguien va a señalar las tensiones bastante grandes que se experimentarían a lo largo de este trozo de "cuerda" cuando se llevara a cabo el tirón*. Naturalmente, estoy sugiriendo que, en lugar de cuerdas, debería estar hecho de alguna tecnología adecuada del siglo XXII: tal vez además de ser milagroso, el material constituyente también tendría que gastar energía de alguna manera (presumiblemente usando paneles solares) para poder funcionar.

Comparado con la idea del ascensor espacial, está bien, es un poco más largo. Pero la idea del ascensor espacial se enfrenta al reto de que, hasta la altura de la órbita geoestacionaria, toda la estructura tiene que estar sostenida desde abajo, en el fondo del pozo de gravedad de la Tierra. Las especificaciones de ingeniería del material de esta cuerda serían un desafío diferente.

NB: soy consciente de que, en términos prácticos, los cohetes son, de hecho, una solución bastante barata y alegre para sacar o meter cosas en el pozo de gravedad de la Tierra, especialmente si puedes hacerlos reutilizables. Sin embargo, la conversación sobre la construcción de un ascensor espacial, pistolas espaciales o "ataduras orbitales", etc., continúa.

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El comentario de Jcaron acerca de que la Luna no es geoestacionaria me hizo pensar: por supuesto, el problema aquí es principalmente el giro de la Tierra, en lugar de la órbita de la Luna. Esto también indica que, a diferencia de un ascensor espacial, no querrá tener su plataforma de amarre marítimo en ningún lugar cerca del ecuador. En cambio, querría que estuviera lo más cerca posible de uno de los polos: mi conocimiento de la trigonometría involucrada aquí es un poco escaso: la viabilidad dependería de factores como la inclinación de la Tierra, el hecho de que la órbita de la Luna es, desafortunadamente, inclinado 5 grados con respecto a la eclíptica de la Tierraplano (no ecuatorial), etc. Con la inclinación en la posición "incorrecta" completamente en relación con la posición de la Luna una vez al mes, dudo que pueda ubicar la plataforma realmente estacionaria, EN el Polo Norte o Sur.

En cambio, esta plataforma probablemente tendría que viajar a una velocidad constante de varios cientos de kilómetros por hora, a lo largo de una línea de latitud cercana a la del círculo polar antártico, donde hay menos tierra que con el círculo polar ártico, haciendo un circuito cada 24 h (longitud técnicamente desafiantes 16.000 km = ¡unos 670 km/h!). Aunque allí hay poca tierra, está el molesto negocio del hielo. mucho hielo Esto puede desaparecer en un futuro próximo, por supuesto.

Otra posibilidad es colocar la conexión de la Tierra en el Polo Sur, dejarla estacionaria, pero desconectarla durante quizás la mitad de los días de un mes determinado, cuando una línea entre el punto de conexión de la Tierra y la Luna atravesaría la masa de la Tierra. ... pero ... en ese momento del mes, el Polo Norte sería viable ... así que, sí, tiene DOS puntos de amarre estacionarios polares, y cambia el extremo terrestre del bucle entre ellos cada dos semanas - problema resuelto !

Afortunadamente, la humanidad siempre ha disfrutado de un desafío.

Editar 2

He pensado un poco en esto desde que publiqué esto. Lo más importante a tener en cuenta es que cada enlace debe ser "inteligente". Como primera hipótesis, cada enlace podría tener 10 m de longitud (requiriendo aproximadamente 80 millones de ellos) y el bucle se movería a una velocidad de 100 m/s. Según mis cálculos, esto significa que llevaría unos 45 días transportar algo hacia o desde la Luna. Los "torniquetes" en cada punto de amarre pueden tener aproximadamente 1 km de diámetro.

Cada enlace contiene dos cosas cruciales: una matriz solar, que se despliega solo fuera de la atmósfera de la Tierra, y un conjunto de engranajes. Los engranajes son alimentados por la matriz. Los engranajes tienen dos funciones, sin las cuales este bucle espacial nunca podría funcionar.

En primer lugar, los engranajes son los encargados de impulsar el bucle: a lo largo del bucle, en el espacio, el hilo "arriba" roza contra el hilo "abajo", y los engranajes son, por lo tanto, responsables del accionamiento mecánico del bucle. Sobre este tema, podría valer la pena preguntarse qué fuerzas conspirarían realmente para desacelerar el bucle una vez que se haya puesto en marcha. ¿Fricción entre los eslabones? Creo que la cantidad de energía necesaria resultaría ser bastante mínima, de hecho, en relación con la energía solar potencial capturada a lo largo de 2 x casi 400 000 km de enlaces.

En segundo lugar, y más controvertido, los engranajes serían los encargados de contrarrestar la gravedad terrestre cerca de la Tierra. En el Polo Sur/Norte, donde tenemos nuestro punto de anclaje a la Tierra, el bucle se extiende hacia el horizonte, horizontalmente. Esto está determinado por la naturaleza de la órbita de la Luna y el eje de la Tierra en relación con ella, y no hay forma de evitarlo. A diferencia de un ascensor espacial, no estamos explotando la fuerza centrífuga de ninguna manera. Entonces, una pregunta legítima es: "¿por qué el bucle no se cae?".

La respuesta no tiene nada que ver con la tensión (puede existir cierta tensión dinámica e invariable entre los eslabones adyacentes, pero no lo suficiente como para "tensar" la cadena: el movimiento de la cadena sería el resultado de los engranajes accionados, pero sobre todo del impulso ), sino que el bucle está utilizando la inmensa cantidad de energía eléctrica generada constantemente por los paneles solares a lo largo de su longitud para aplicar una "fuerza de curvatura" dinámica, para "curvar" el bucle alejándolo de la Tierra en el punto gravitacionalmente más difícil de el lazo, es decir, el punto de conexión a tierra. Esto significa que, a medida que se dirige hacia o desde la Tierra, en las proximidades de la Tierra, a 100 m/s, cada enlace aplica una fuerza no despreciable a sus enlaces adyacentes, utilizando su engranaje, para actuar contra el efecto de la Tierra y neutralizarlo. gravedad.

En el punto de amarre lunar no hay problemas de este tipo: en primer lugar, porque la unión del lazo al punto de amarre lunar es vertical, pero también porque la gravedad es mucho menor.

Dado que los paneles solares no se despliegan en la atmósfera de la Tierra, es necesario que la energía se transfiera desde los enlaces que se encuentran actualmente en el espacio.

Además del costo, la mayor objeción a esta idea podría ser estética: ¿realmente querríamos mirar hacia el cielo nocturno y ver una cadena antiestética que se extiende entre la Tierra y la Luna?

* Tal vez también encuentre que la Luna está siendo sacada de la órbita debido a las tensiones involucradas, pero siempre podría "corregir" esto disparando propulsores estacionados en la Luna (la humanidad podría querer hacer esto de todos modos en el futuro, ya que la Luna actualmente se está alejando de la Tierra, por supuesto).

Estoy seguro de que notó que la luna tiene una estúpida tendencia a no permanecer sobre el mismo lugar en la Tierra (es decir, no está en una órbita geoestacionaria). Eso solo puede hacer las cosas un poco más difíciles.
Los ascensores espaciales no se sostienen desde abajo. La estructura está en tensión. El centro de masa de un ascensor espacial está por encima del radio de la órbita sincrónica y tira de la estructura inferior hacia arriba porque el CoM se mueve más rápido que la velocidad de la órbita circular para la órbita efectiva en la que el cable lo mantiene.
@jcaron Sí, buen punto. ¿Qué tal si el punto de amarre de la Tierra (lo mismo podría no aplicarse al punto de amarre de la Luna, por supuesto, porque siempre vemos la misma cara de la Luna) viaja en alguna plataforma marítima y luego se suspende en el aire para cruzar la tierra (mantenido a un necesario) mínimo) sin molestar demasiado a la gente debajo. No creo que sea estrictamente necesario que el apego real sea un requisito (es decir, no creo que la cuerda deba estar tensa, o más bien, tal vez podría arreglar su propia tensión)...
@notovny Estoy corregido y suenas como un experto. Está un poco fuera de tema, pero la órbita de Geosync es, creo, 35,000 km. ¿A qué altura planean construir un ascensor espacial?
@mikerodent Se prevé un ascensor espacial con una longitud de entre 40 000 y 100 000 km, según el diseño. Los más cortos tienen una gran masa en la parte superior (como un asteroide capturado). Para diseños más largos, puede llegar a la Luna simplemente bajando de la parte superior del ascensor en el momento adecuado. Estás por encima de la órbita geoestacionaria y te mueves demasiado rápido para estar en esa órbita, por lo que te "expulsan" y, si lo haces bien, golpeas la luna (bastante fuerte). El problema esencial es encontrar un material lo suficientemente fuerte para hacer el cable.
"... ¿No equilibrarías de hecho los efectos de los pozos de gravedad (tanto de la Tierra como de la Luna)?" Sí, lo has hecho bien. Si los cubos estuvieran repartidos de manera uniforme y todos tuvieran la misma masa, entonces las fuerzas en el "lado superior" cancelarían las del "lado inferior" y podría simplemente darle un tirón para que todo se moviera, con todas las imposibilidades materiales y otras impracticabilidades entendidas.
@uhoh, Re, "... dale un tirón..." La noticia de ese "tirón" no puede viajar más rápido que la velocidad del sonido en la cuerda. Sé que tendría que estar hecho de algo más exótico que el acero, pero fue fácil buscar la velocidad del sonido en el acero, algo cercano a los 6 km/seg. A esa velocidad, el "remolcador" tardaría más de treinta horas en hacer el viaje de ida y vuelta y poner todo en marcha.
@SolomonSlow Nunca había pensado en eso, ¡buen punto! Esperemos que esté cubierto por "... con todas las imposibilidades materiales y otras impracticabilidades entendidas". Supongamos que la forma en que ese "tirón" minimiza la cantidad de fuerza también minimiza la cantidad de tiempo que esa fuerza aumenta, y una vez que se mueven, la mantienen en movimiento. Todo esto me recuerda la forma en que la locomotora de un tren con una larga fila de vagones pesados ​​primero retrocede para dejar pequeños espacios entre las abrazaderas de cada vagón, de modo que cuando comienza a moverse hacia adelante, la carga aumenta durante un segundo o más. dos.
En mi forma de ver esto, la transmisión del "tirón" podría ser más rápida que la velocidad del sonido, ¡de hecho, más rápida que la velocidad de la luz! El punto es que estos enlaces no serían partes pasivas de material, sino "inteligentes" y también alimentados: todos los enlaces en los 800,000 km del bucle podrían configurarse para contraerse simultáneamente (en relación con sus vecinos inmediatos) en un tiempo T arbitrario. En la práctica , si la cosa funciona continuamente, no habría "transmisión" de ningún tirón: la tensión entre eslabones adyacentes sería en cambio permanente.
@uhoh, me paré al lado de la vía cuando un tren de vagones de carbón completamente cargados de una milla de largo comenzó a moverse. ¡Caballero! qué sonido tan increíble fue ese.
@SolomonSlow maravilloso! He oído hablar de él, pero nunca escuché el sonido yo mismo, ¡ qué suerte! :-)

Respuestas (3)

Además de la respuesta de Mark Foskey relacionada con la fuerza inverosímil requerida para esto, hay una serie de otras complicaciones.

Un ascensor espacial tradicional se coloca en una órbita circular, la luna no está en una órbita circular, por lo que el sistema deberá cambiar de longitud en 42 800 km dos veces al mes, lo que da como resultado más de 100 kmh. No es algo que se haga con un cabrestante mecánico o similar.

Un problema relacionado es que el camino trazado a través de la superficie de la tierra no está a lo largo del ecuador, por lo que durante cada día el extremo de tierra de la estructura recorre la circunferencia de la tierra todos los días, por encima de 1000 km/h, atravesando montañas considerables. Esto también significa que la estructura tendrá fuerzas de arrastre sustanciales que deberán superarse en la operación diaria, presumiblemente con el empuje de un cohete o con el riesgo de que toda la estructura salga de órbita.

Intentar resolver el problema conectándose a un poste convierte la estructura de una atadura vertical en algo parecido a un puente que sobresale lateralmente y que involucra algún tipo de base o equilibrio. Tenga en cuenta también que ni el norte (hielo marino sobre el océano) ni el polo sur (hielo en movimiento con un espesor de Km) son buenos lugares para una mega estructura en alguna forma de montaña artificial.

Además de tener que esquivar obstáculos en el extremo terrestre, las secciones LEO y GEO de la estructura barrerán todas las órbitas y necesitarán movilidad activa para evitar escombros o transportar una profundidad sustancial de armadura.

Tenga en cuenta que un modo de falla para un golpe de escombros o una falla de estabilidad en este sistema será un material absurdamente fuerte que se envuelve alrededor de la tierra (potencialmente varias veces), golpeando el suelo a la velocidad orbital o por encima de ella.

El extremo lunar tampoco es estacionario , lo que induce movimiento o evita que ese extremo esté soportado estructuralmente.

Los puntos medios reales de esta estructura también son inestables, con efectos de marea del sol y variaciones de distribución de masa en la tierra y la luna que tienden a establecer movimientos ondulatorios a lo largo, que probablemente necesitarán un empuje activo para amortiguar.

El movimiento de masa a lo largo también será un problema, ya que se trata de una estructura suspendida, no de una torre, por lo que si se eleva una masa de la Tierra a la Luna, una masa similar debe bajar o toda la estructura se desplazará en la dirección de la Tierra y necesitará empuje de algún tipo para compensar.

Gracias. Mucho para pensar. Sin embargo, si está llegando a este nivel de aspectos prácticos, 1) ¿podría simplemente decir por qué el punto de anclaje Lunar no sería estacionario? 2) los "eslabones" que constituyen la cadena serían "inteligentes" y alimentados, no solo material pasivo que envolvería la Tierra en caso de falla, e inevitablemente capaz de estirarse y encogerse de alguna manera para adaptarse a la distancia cambiante entre la Tierra y Puntos de anclaje lunares, pero también para abordar el problema de la "resistencia a la tracción": vea mis comentarios a la respuesta de Mark Foskey.
Con respecto a su punto final: sí, para mantener un estado estable y no tener que gastar energía o introducir tensiones innecesarias, se tendría que enviar lastre si no tiene una carga útil útil en un momento dado: oportunidades baratas de turismo espacial, sin duda. : o en su defecto, solo baldes llenos de roca lunar que circulan sin cesar entre la Tierra y la Luna (todo alimentado por paneles solares y un accesorio mecánico entre los hilos: nuevamente, vea los comentarios a la respuesta de Mark Foskey).

Considere, a modo de comparación, el concepto de ascensor espacial. Se extendería desde la superficie de la Tierra hasta un punto más allá de la órbita geoestacionaria, y ponderado de tal manera que la órbita geoestacionaria es donde está el centro de masa. Esto es conceptualmente muy similar a su idea. Por ejemplo, también está destinado a beneficiarse de las cargas descendentes que equilibran las cargas ascendentes.

Debido a que el ascensor espacial usa un cable mucho más corto que el que usted propone, las tensiones serán menores y las demandas serán menores. Sin embargo, todavía está cerca del límite teórico de la resistencia de los materiales sostenidos por enlaces químicos. Tengo entendido que un cable con la resistencia a la tracción de un nanotubo de carbono perfecto funcionaría, pero las resistencias a la tracción medidas en escalas moleculares generalmente no se adaptan a objetos más grandes. Así que no creo que haya un material lo suficientemente fuerte como para que la propuesta del cable a la luna funcione. Una mejor respuesta en realidad compararía la fuerza necesaria con la fuerza del enlace químico más fuerte posible, pero mi punto es que existen límites físicos en la fuerza del material. En algún momento, crear un material tan fuerte no es más realista que crear un agujero de gusano entre la tierra y la luna.

Sí, este nivel de inviabilidad es mi suposición a priori. Pero sí sugerí la posibilidad de que haya energía involucrada a lo largo de la "cadena", por ejemplo, proporcionada por paneles solares. Sin duda, la idea sería proporcionar "tensión" no solo por las propiedades químicas inherentes del material, sino también por alguna acción mecánica dentro de las decenas de millones de "eslabones" que constituyen el bucle: ¿alguna mejora para usted?
No estoy seguro de que esto aborde su punto de ninguna manera, pero... las dos hebras (hebra "arriba" y hebra "abajo"), por supuesto, podrían ser adyacentes entre sí y estar conectadas mecánicamente: la energía de los paneles podría por lo tanto, impulsará positivamente el movimiento del bucle. En este arreglo, la tensión estaría tirando incidentalmente en un sentido en un hilo y en el otro sentido en el otro hilo. ¿Esto hace alguna diferencia en algo? No tengo ni idea, pero alguien podría!

Hay un error de concepto aquí:

[...] la idea del ascensor espacial se enfrenta al reto de que, hasta la altura de la órbita geoestacionaria, toda la estructura tiene que ser sostenida por debajo [...]

Esto está mal. Uno no puede simplemente soportar nada hasta la órbita geoestacionaria, está demasiado lejos. La roca en el fondo de tal estructura se comportaría más como un líquido, causando que toda la torre colapsara sobre sí misma. En cambio, los ascensores espaciales están suspendidos de un contrapeso, su carga es completamente extensible, al igual que la cadena de cangilones .

Por supuesto, uno puede usar la luna como contrapeso. Y sí, la parte de la cadena de cangilones entre el punto L1 del sistema tierra-luna y la luna también actuaría como un contrapeso parcial para la parte entre la tierra y L1. Y sí, el potencial gravitatorio más bajo del punto L1 en comparación con otros puntos a la misma distancia de la Tierra facilitaría un poco las cosas que si se colocara la cadena de cubos en el lado opuesto de la Luna.

Sin embargo, el problema clave con este concepto es que la cadena de cangilones sería unas diez veces más larga que un ascensor espacial. La luna está muy lejos. Si no fuera así, las órbitas geosincrónicas no serían estables. La órbita geosíncrona está tan por debajo de la órbita de la luna que el tirón de su enorme masa no perturba mucho las órbitas de nuestro satélite de comunicaciones. Y, la distancia al punto Tierra-Luna L1 es mucho más larga que la altura geosíncrona . Como tal, la cadena de cangilones sería mucho más difícil de construir y tendría que soportar tensiones de tracción mucho más altas que un ascensor espacial .

La causa de esta discrepancia entre las longitudes de la cadena del elevador y del cangilón es que la Tierra gira mucho más rápido de lo que la Luna orbita alrededor de la Tierra. La tierra tarda aproximadamente 24 horas en una rotación, la luna tarda aproximadamente 26 días en una órbita. Este giro más rápido de la materia síncrona terrestre significa que la fuerza centrífuga iguala la aceleración de la gravedad mucho antes. Y esto permite ascensores espaciales de menos de 40.000 km de largo (suponiendo un contrapeso importante).

Todo esto es incluso antes de considerar los problemas del final de la cadena de cangilones moviéndose en relación con la superficie de la Tierra. Tanto en altura (excentricidad de la órbita de la luna) como en movimiento horizontal (aproximadamente 1667 km/h).

Dicho esto, la idea de usar un bucle de "alambre" móvil en lugar de un alambre estructural inmóvil es buena. Permitiría ubicar la maquinaria de elevación pesada en un extremo, sin la necesidad de una fuente de energía importante en las cabinas de los ascensores. También separaría las cabinas descendentes de las cabinas ascendentes debido a que la fuerza de Coriolis actúa en direcciones opuestas en las dos mitades del bucle.

Gracias... de hecho, algunos de sus puntos han sido abordados en algunos de los comentarios, tanto por otros (una comprensión insuficiente del concepto de ascensor espacial) como por mí (aunque estos inevitablemente plantean otros problemas). Por ejemplo, como dije en la "edición", creo que los puntos de anclaje duales de Polar probablemente serían el camino a seguir. También menciono en mis comentarios a la respuesta de Mark Foskey la idea de que los enlaces que constituyen el bucle no serían fragmentos de material "pasivos", sino alimentados, lo que podría solucionar algunos problemas.
@mikerodent Lo que deja la pregunta de cómo alimenta los enlaces. Recuerde: el enemigo de cualquier ascensor espacial (o cadena de cangilones, como usted la llama) es el peso. Solo el material de tracción más fuerte que conocemos hoy (grafeno) puede hacer factible un ascensor espacial geosincrónico (una vez que descubramos cómo hacer 40000 km de ese material). Cualquier cantidad de peso que agregue por kilómetro lo obligará a usar aún más material más arriba en el elevador, lo que nuevamente agrega peso para que los niveles aún más altos lo soporten. Básicamente, necesita usar un cable simple de arriba a abajo.
Gracias de nuevo por pensar en el asunto. ¿Leíste mis comentarios a la respuesta de Mark Foskey? Si los dos hilos ("arriba" y "abajo") realmente se frotan entre sí, entonces puede usar la electricidad de los paneles solares de los enlaces para impulsar engranajes que moverán los hilos entre sí a lo largo de las 250,000 millas. Por supuesto, 1) no habrá fuerza centrífuga para tirar contra la gravedad y 2) no se trata de usar solo "cable simple".
A pesar de esto, si tiene un arreglo de "hilos emparejados", que se extiende lateralmente hacia el horizonte desde un punto de amarre en uno de los polos, tengo la sensación de que la tensión del espacio orbital lunar será suficiente para mantener esta cosa en el aire. .. (Sin embargo, no estoy seguro de nada de esto: pero es relativamente diferente al tipo de pensamiento detrás de un ascensor espacial: creo que la resistencia a la tracción debe provenir de la energía eléctrica ... no solo de los enlaces químicos en el material, o de hecho empuje de algún tipo).
@mikerodent No, la resistencia a la tracción no puede provenir de la energía eléctrica. Los enlaces electromagnéticos más fuertes que tenemos disponibles son enlaces químicos. Cualquier cosa que pruebe con imanes será mucho más débil que un cable de acero pasivo, por no hablar de un cable de grafeno. Además, si tiene un lazo de cable giratorio (separado, sin frotar), puede tener energía en las cabinas simplemente dejándolas deslizarse hacia abajo a lo largo del cable, lentamente. La energía de la cabina provendría de la energía mecánica que los motores impulsores del cable ponen en el circuito del elevador.
¿Bucle de cubo entre la Tierra y la Luna?
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