¿Cómo se transportaría un palo largo al espacio?

¿Se puede atar un palo largo o un juego de palos al lado exterior de un cohete (como un cohete de botella) o en la punta como carga útil externa sin interferir con la aerodinámica del cohete? ¿Cómo se transportaría normalmente a la órbita un polo muy largo y delgado de 0,5 km o más?

Este enlace es por eso que pregunto. ¿Puede un satélite utilizar la estabilización del gradiente de gravedad y la estabilización solar juntas?

En la Tierra transportaríamos un poste de 500 m de largo en partes de unos 50 m y las ensamblaríamos donde se necesita el poste. ¿Por qué debemos transportar el palo largo de una sola pieza a la órbita?
@Uwe: fuera de mi cabeza, ¿tal vez porque era un solo cristal largo que no podía subdividirse?
Si el poste es lo suficientemente rígido, ¿por qué no puedes colocarle algunas aletas estabilizadoras y un motor? Cuando esté lo suficientemente alto, desecha las aletas y el motor. El polo sería efectivamente un cohete de cuerpo sólido.
@Richard: una pala de turbina se puede moldear como un solo cristal largo, pero sería muy difícil hacer lo mismo con un poste de 500 m de largo.
@Uwe: difícil, sí, pero no imposible, incluso con la tecnología de fabricación actual. El límite no es la tecnología sino el costo
Una cosa importante que falta en la pregunta es el conjunto de requisitos fundamentales en el poste. ¿Para qué será utilizado? ¿Qué requisitos mecánicos resultan de ese uso? Esos requisitos, junto con las características de los materiales candidatos, determinarán especificaciones como el diámetro del poste y el grosor de la pared, y afectarán la elección del método de implementación. Cuando se diseña hardware espacial en un entorno con restricciones de costos (¿y qué misión real , aparte de JWST, no tiene restricciones de costos?), es crucial definir primero los objetivos y luego diseñar el hardware.
Esto entra en la diferencia entre un objetivo de misión y una capacidad tecnológica . La construcción de una nave espacial estabilizada por gradiente de gravedad no es un objetivo de la misión, a menos que el objetivo sea simplemente demostrar que la estabilización del gradiente de gravedad realmente funciona según la teoría. El objetivo de una misión sería algo así como "Imagen de la superficie de la Tierra con una resolución de 10 m" o "Recibir las emisiones de radio de baja frecuencia del sol". Esos objetivos y sus implementaciones determinarán cuánto par perturbador debe contrarrestarse y, por lo tanto, el diseño del "polo".
@TomSpilker ¿Podrían las fuerzas del gradiente de gravedad, la propulsión electrodinámica y la presión de radiación ser suficientes para impulsar al polo sin dañar el polo?

Respuestas (8)

La mejor manera de hacer esto podría ser investigar, desarrollar y enviar un "satélite de impresora de tubo 3D" a la órbita terrestre baja, y alimentarlo con cualquier material en forma de líquido, polvo o filamento, que no requerirá ningún accesorio especial o modificación de diseño para cohetes existentes, ya que puede llenar cualquier forma de un volumen dado.

Por ejemplo, un tubo de 0,5 km de largo, 10 cm de diámetro y 1 mm de espesor de pared es solo alrededor de 0,155 metros cúbicos de materia prima. Lo que significa que el satélite de la impresora 3D y las materias primas necesarias podrían caber en un solo lanzamiento.

Por supuesto, todo esto depende en gran medida de las tensiones mecánicas que espera que soporte este tubo.

Estoy de acuerdo en que la fabricación en órbita es la única forma práctica de hacerlo. Un dispositivo de fabricación aditiva ("impresora 3D") en órbita es un enfoque viable y una capacidad que eventualmente necesitaremos. Otro enfoque es similar a la extrusora de canalón (consulte la respuesta de @Jim), que toma una hoja de material (de un rollo), la dobla en un tubo y suelda la costura. La soldadura podría verse como un tipo limitado de fabricación aditiva.

Los mástiles de los paneles solares de la ISS se lanzan colapsados ​​en recipientes y se ejecutan a través de un mecanismo de despliegue para erigirlos como un objeto largo y recto. No veo ninguna razón técnica por la que un mástil mucho más largo no pueda usar este sistema.

Para obtener más información, consulte esta pregunta y respuesta: ¿Cómo se extienden y retraen los brazos de la ISS (y otras naves espaciales)?

Obviamente, para no ser un fideo, esto necesitaría un diámetro significativamente mayor... Esta sería una carga útil para Falcon Heavy o Arianne, no un pequeño lanzamiento común.
@SF.: ¿Por qué? El OP solo dice "delgado", no cuán delgado.
@jamesqf: OP dice "polo", no "fideos". Debe conservar una forma mayormente recta, no doblarse en bucles y atarse en nudos, como lo haría una variante menos rígida (más delgada).
@SF .: Obviamente, el "poste" está hecho de un epoxi de alta resistencia (o similar). Los dos componentes se llevan a la órbita enrollados en un carrete. Una vez allí, el carrete se desenrolla, los componentes se mezclan y endurecen, y ya tienes tu palo largo y recto :-)
@jamesqf: De hecho, esa es una idea muy buena y factible en la práctica. Todavía requeriría una ingeniería muy complicada (una cámara presurizada para que el epoxi no hierva, con un orificio sellado para empujar el poste a medida que se endurece), pero posiblemente proporcione la mejor relación entre longitud y resistencia y peso. (aunque probablemente no sea muy duradero... degradación UV).
@SF.: Para lidiar con la degradación UV, los componentes pueden estar contenidos en una fina capa de lámina metálica (como un globo de Mylar). Dejaré que los químicos descubran un material similar al epoxi que se endurezca en el vacío. O tal vez podría ser una aleación de metal con memoria de forma: en.wikipedia.org/wiki/Shape-memory_alloy

La estructura rígida larga se puede transportar como materia prima para la fabricación en el espacio, de la misma manera que se hacen canaletas de lluvia continuas.

En las imágenes a continuación, puede ver una máquina que crea la canaleta de lluvia rígida a partir de un rollo compacto de lámina de metal.

El método prevé un transporte compacto, solo limitado por el tamaño compactado y el peso del material requerido para hacer la estructura. La máquina en sí es lo suficientemente pequeña como para ser transportada por cualquier nave espacial que estaría involucrada en el despliegue de algo del tamaño de lo que describiste.

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Los satélites canadienses Alouette utilizaron esta técnica hace 56 años para desplegar antenas de 45 metros desde un satélite de 1 metro de diámetro .

Este, y el enfoque de fabricación aditiva que sugirió @qq jkzdt, son probablemente los únicos enfoques verdaderamente prácticos para esta tarea.
@TomSpilker una buena respuesta.
Los satélites canadienses Alouette utilizaron esta técnica hace 56 años para desplegar antenas de 45 metros desde un satélite de 1 metro de diámetro... spacenet.on.ca/data/pages/canada-in-space/alouette.html
La diferencia entre los 2 es que la imagen inferior es un metal con memoria que vuelve a su forma inicial para hacer un poste también retráctil donde la máquina utilizada para hacer las canaletas pluviales moldea permanentemente el metal. ¿Cuál de los 2 dispositivos produce un poste más resistente?
@Muze Esa es una pregunta nueva.
@llamado2viajeingeniería.stackexchange.com/questions/24136/ …

Un poste delgado de 0,5 km de largo es más fácil decirlo que hacerlo. Un poste de andamio (4 m de largo, 4 cm de diámetro) puede parecer rígido, pero une unos cuantos de extremo a extremo y el poste resultante será flexible. Si lo conecta al exterior de un cohete, comenzará a tambalearse bajo las cargas aerodinámicas.

Puedes combatir esto aumentando el diámetro, pero para sostener un poste de 500 m de largo necesitarás un diámetro mayor que el del propio cohete, y el poste será demasiado pesado.

Este es un punto importante, no puedes sostener un poste tan largo y angosto verticalmente estable en la tierra, no importa si hay un cohete debajo o no.
Demonios, ¡diría que comenzaría a tambalearse hasta el punto de colapsar mucho antes del lanzamiento! ¡No sé de qué material harías el poste para lograr tal longitud sin rigidez lateral!
Este no es mi campo de especialización, por lo que una pregunta potencialmente estúpida: ¿Qué pasa si tiras del poste detrás del cohete? Cavando un silo de medio kilo debajo de la plataforma de lanzamiento, rodeando el poste con una especie de escudo para protegerlo del escape del cohete. Dado que, como usted describe, cualquier material de 500 m de largo es esencialmente una cuerda. ¿Es eso lo que todos ustedes están imaginando? Me imagino que la colección de fuerzas puede incluso ayudar a mantenerlo en orden.
Eso no es un arranque porque el tubo de escape arruinará la barra y porque necesita dejar caer la primera etapa en algún momento sin perder la barra.
Iba a disputar la existencia de cuerdas de 0,5 km, pero el puente Golden Gate tiene un tramo más largo de 1,3 km, y ese es un cable de carga.
@JohnDvorak De acuerdo con esta referencia goldengatebridge.org/research/factsGGBDesign.php, cada cable principal tiene aproximadamente 2,3 km de largo... pero se crean en su lugar...

Un poste de 500 m tendría un efecto muy significativo en la aerodinámica del cohete porque perturbaría el flujo de aire sobre el cohete; aumentando el arrastre. Especialmente una vez supersónico.

La resistencia sería monstruosa y tendría que sobrevivir a las fuertes fuerzas de Max Q y las altas G del lanzamiento.

Esto nos deja con un problema algo inextricable, y nuestro buen viejo amigo: la tiranía de la ecuación del cohete:

  • Para sobrevivir a Max G/Q, debe reforzarse => Debe hacerse más pesado => Necesita un cohete más grande.

O

  • Para sobrevivir a Max G/Q, debe lanzarse más lentamente => Necesita un cohete más grande

Sin embargo; un poste plegable/telescópico de 500 m debería ser plausible.

He creado esta respuesta para los comentarios que se han dejado que podrían haber sido una respuesta. Si es su comentario, eliminaré esa parte de esta respuesta cuando responda. Siéntase libre de usar las ilustraciones TKS

De los comentarios:

Mástil con cremalleraingrese la descripción de la imagen aquí ingrese la descripción de la imagen aquí

2) Podrías enviar a una persona polaca llamada Haf Keelometer Orlonger para tener un Polo Haf Keelometer Orlonger en órbita.

3)

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(de un comentario )

@altendky siéntete libre de usar esto.
@Keeta He visto respuestas cómicas que funcionan bien si obtienes un voto negativo, simplemente bórralo. Creo que valdría la pena.
Gracias. Me preguntaba cuántos votos a favor recibiría como comentario antes de que apareciera alguien súper serio y lo borrara. Lo vi como 20 votos a favor el viernes.
@Keeta, Muze: Las respuestas pueden tener elementos cómicos siempre que la respuesta completa no sea una broma. Se espera que las respuestas aborden realmente el problema planteado por el autor de la pregunta. Las preguntas que solo permiten respuestas de broma suelen estar cerradas: space.stackexchange.com/q/24120/58 space.stackexchange.com/q/3123/58 . Compáralas con preguntas divertidas cuyas respuestas realmente tienen una base fáctica: space.stackexchange.com/q/13051/58 space.stackexchange.com/questions/3195/…

Esta respuesta es diferente de la respuesta que hice de los comentarios porque es mía. Un polo largo es bastante imposible, pero tal vez un grupo de polos a los lados de un cohete como un cohete de botella podría alcanzar la órbita. Seguro que se necesitaría alguna modificación, pero ¿podría funcionar?

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Creo que la mejor manera sería tener el "cohete" en la parte superior y tirar del poste, pero no directamente detrás, sino tener más de 3 cohetes en una configuración de anillo, espaciados lateralmente lo suficientemente separados y en ángulo de modo que el escape de los motores no t derrita el tubo, con un mecanismo rígido en la parte superior/nariz para mantener la distancia; esto supone que el tubo es lo suficientemente rígido para soportar su propio peso a través de la aceleración, pero las cargas de flexión no serán tan malas como si fuera a ser empujado desde abajo, ya que la aerodinámica ahora está trabajando para ayudar a mantenerlo (en su mayoría) recto

Lamentablemente, la aerodinámica no hará nada por el estilo, y casi con seguridad provocará frecuencias vibratorias simpáticas destructivas.
Antes del lanzamiento, el poste debe colocarse verticalmente dentro de una torre base de lanzamiento de 500 m de altura o dentro de un agujero de 500 m de profundidad debajo de la plataforma de lanzamiento. Colocar la pértiga horizontalmente antes del lanzamiento podría romper la pértiga durante el giro a la orientación vertical. Si el poste no se rompe durante el viraje, su movimiento pendular después de la elevación completa desde el suelo será difícil de controlar por el control de actitud del cohete.
Creo que la aceleración ayudará a evitar todo tipo de péndulo y resonancia vibratoria, pero tampoco lo he calculado: en cuanto al lanzamiento, el poste debe estar vertical, ya sea en un agujero o en una plataforma grande, o una combinación de los dos
Desafortunadamente, un péndulo solo se moverá más rápido bajo la influencia de la aceleración.
@ user2813274 entonces deberías hacer los cálculos. Estoy de acuerdo con los otros dos. La aceleración no ayudaría lo suficiente.
@ user2813274 Tuve la misma idea. Simplifique a un peso que cuelga del cohete, y suponga que el cohete entra en órbita siguiendo un arco de cuarto de círculo simple, a velocidad constante. La fuerza neta es claramente entonces siempre perpendicular al cohete. Si el cohete acelera a lo largo de su arco, entonces esa fuerza perpendicular solo aumentará. Esa aceleración centrípeta normalmente la proporcionan las aletas del cohete y posiblemente un motor con cardán. El polo necesitará esa misma aceleración (hacia el centro del arco, no hacia el cohete) para no convertirse en un péndulo.
Imagine una sección más rígida cerca del cohete, como un cohete de botella arrastrando una cuerda.
¿Cómo se transportaría un palo largo al espacio?
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