¿Cuáles serían los desafíos de una cuerda no giratoria que orbita alrededor de la Luna?

Empleando la hoja de cálculo de Wolfe obtengo números similares a los de Hohmann. Eso es tranquilizador.

Con el punto de equilibrio del centro de sujeción a 3000 km de altitud y el pie de sujeción a 10 km de altitud, obtengo:

Velocidad del pie: .375 km/s

Aceleración a pie 1,52 m/s^2

Relación de conicidad Zylon 1.43

Relación masa de amarre/masa de carga útil: 1,63

Con el punto de equilibrio del centro de sujeción a 10000 km de altitud y el pie de sujeción a 10 km de altitud obtengo:

Velocidad del pie: 0,096 km/s

Aceleración a pie 1,6 m/s^2

Relación de conicidad Zylon 1.8

Relación masa de amarre/masa de carga útil: 7,11

PREOCUPACIONES

cambio de impulso

A menos que la masa de la atadura y el ancla sea sustancialmente más masiva que la carga útil, atrapar o soltar cargas útiles cambiaría sustancialmente la órbita de la atadura. Por eso es deseable una gran masa de anclaje.

La masa de anclaje que me gustaría ver es un pequeño asteroide recuperado con un vehículo estilo Keck . El vehículo Keck no solo recuperaría una roca enorme, sino que también tiene propulsores Hall y paneles solares robustos. Los propulsores Hall pueden tener una velocidad de escape de 30 km/s. Sí, el empuje es mínimo, pero puede acumularse con el tiempo si las capturas y los lanzamientos no son demasiado frecuentes.

Pero en su escenario, el cambio de momento neto que los motores iónicos tienen que compensar es cero . En el acto de atrapar una carga útil cuando pasa sobre el ecuador, la correa cae un poco. En el acto de soltar la misma carga útil sobre los postes, la cuerda se eleva un poco.

Hacer la captura

La carga útil debería dispararse en el momento y la velocidad correctos para que coincida con la posición y la velocidad con el pie de sujeción en su apolune. Pero incluso cuando coincide con la posición y la velocidad, aproximadamente 1/6 g está alejando la carga útil. La captura debe hacerse rápidamente.

Si va específicamente por los problemas, aquí hay algunos:

Estabilidad orbital

1. Su atadura en realidad está orbitando en un sistema de dos cuerpos, ya que la gravedad de la Tierra tiene una influencia significativa cuando se aleja lo suficiente de la Luna. Sin embargo, las altitudes de las que está hablando están dentro de la esfera Hill de la Luna, por lo que esta perturbación es bastante menor.
2. Las contras de masa en la corteza lunar provocan irregularidades en las órbitas inferiores, lo que afecta el pie de la cuerda.

Cualquiera de los factores anteriores es posible de corregir, pero eso requiere un presupuesto de propulsor de mantenimiento de estación.

Cambiando la distribución de la masa

1. Una embarcación que trepa por la cuerda, ya sea hacia arriba desde el pie o hacia abajo para aterrizar, cambia la forma en que se distribuye la masa a lo largo de la cuerda.
2. Incluso una embarcación que solo agarra el pie y cuelga allí cambiaría el centro de masa.

Esto puede tener algunas consecuencias. En primer lugar, esto aplica un par de torsión en el sistema de sujeción, lo que provoca cosas como el movimiento del péndulo, el estrés y, en algunos casos, una órbita ligeramente modificada. Sería malo si el pie choca con la superficie lunar. En segundo lugar, el cambio de cantidad de movimiento a lo largo del tiempo debe equilibrarse, de lo contrario, el cambio de cantidad de movimiento necesariamente altera la órbita de la correa.

Para reducir los problemas a corto plazo, es una buena idea tener una mayor masa de amarre, ya que todos los tipos de oscilaciones y cambios de impulso tendrían consecuencias menores. Para preservar el impulso a lo largo del tiempo, puede tener una gestión estricta de la masa ascendente frente a la masa descendente, o usar cosas como motores iónicos para proporcionar impulso con una alta eficiencia.

Fuerza en la atadura

¿Es esto un problema? Déjame ver..

desde 10 km sobre la superficie hasta la velocidad orbital a una altitud de 3000 km, el "esfuerzo" (aceleración sobre la longitud) debe ser$1.32 \cdot 10^6 \frac{m^2}{s^2}$. Teniendo en cuenta la densidad y la resistencia a la tensión de Zylon , la relación de conicidad es de solo 1,4, lo que significa que debería quedar mucho margen para contrapesos móviles, cables de alimentación para un ascensor y otras cosas.

Unión cósmica

A$1.52 \frac{m}{s^2}$, la aceleración es significativa en el pie de amarre. Eso significa que atracar una nave es muy diferente a atracar en condiciones de ingravidez. Como te cuesta un minuto de aspiradora$90 \frac{m}{s}$de$\Delta v$, el aterrizaje y el atraque pueden ser tan costosos como subir a$370 \frac{m}{s}$. La aceleración también requiere un sistema RCS más potente. En resumen, el tiempo es costoso y el tiempo de corte puede tener el costo de un acoplamiento menos cuidadoso y más riesgoso. La conexión también tendría que soportar el peso de la nave espacial.

Problema 1: a medida que el barco trepa por la cuerda, la cuerda se empuja hacia abajo. Puede tener un contrapeso que se arrastre hacia el otro lado para equilibrarlo, pero en última instancia necesita tantos kilogramos de viaje de arriba a abajo como de abajo a arriba, o gastar empuje de mantenimiento de la estación, o algo así.

Preocupación 2: todos los encuentros de naves espaciales que hemos hecho hasta ahora han sido en caída libre con las dos naves en órbitas muy similares. Esto se puede hacer de una manera muy pausada con poco gasto de combustible. Sin embargo, en su caso, la parte inferior de la correa se mueve mucho más lentamente que la velocidad orbital, por lo que desde el marco de referencia de la nave espacial que llega, acelera constantemente a 1/6 g. La nave tiene que igualar esa aceleración en la aproximación, y cada segundo cuenta. Si el capturador no funciona, el barco no se deja en una trayectoria segura.