La respuesta de @Ingolifs me hizo postergar más el pensamiento.
Lo que está preguntando es una estación espacial de controlador masivo en órbita terrestre baja con la que una carga útil o una nave lanzada desde la tierra puede acoplarse y luego ser propulsada al espacio profundo.
El delta-V necesario para ir de LEO a una trayectoria de escape es de unos 3 km/s, y para ir desde allí a una transferencia Hohmann a los confines del sistema solar se requieren unos 5 km/s adicionales. Estoy seguro de que se podría hacer un controlador masivo para proporcionar tales delta-V, aunque tendría que ser bastante largo para no aplastar la carga útil con su aceleración masiva.
Un gran problema que veo es la tercera ley de Newton. Debido al retroceso, el conductor de masa orbital tendrá el mismo impulso hacia atrás que la nave tendrá hacia adelante. Esto significa que su órbita será alterada...
La órbita del cañón de riel, por supuesto, se verá alterada, pero si el cañón de riel es lo suficientemente largo como para minimizar la aceleración de las cargas útiles, como los humanos vivos, estará sujeto a algunos pares complejos a medida que el proyectil acelera a lo largo de él y lo empuja hacia atrás. Estos harán que esta larga estructura gire, e incluso pueden doblarla bajo estas cargas transversales y los efectos de las mareas, a menos que se haga lo suficientemente fuerte y pesada (y costosa) para soportar esto.
La caída de algo muy largo, pesado y sólido en LEO también significa arrastre, reingreso y peligro para las personas en el suelo, por lo que le gustaría mantenerlo reorientado de frente para minimizar el arrastre lo más rápido posible.
¿La mejor forma es una línea recta, o debería ser un poco curva para rastrear cómo se vería la trayectoria de la nave espacial a medida que acelera de círculo a elíptica a tangentes hiperbólicas?
Supongo que el cañón de riel como masa de reacción tendría que ser mucho más pesado que el proyectil, pero no es realista tratarlo como infinitamente pesado.
Con algunas suposiciones adecuadas de longitud, masa y objetivo (Luna o Marte), ¿cuál sería la forma ideal para este objeto en LEO?
nota: he agregado las etiquetas de matemáticas y física para indicar que estoy buscando una respuesta cuantitativa y razonada, no solo algo como "sucede tan rápido que no importaría" tipo de movimiento de la mano. ¡Gracias!
He respondido algunos aspectos de esto, pero considerando un cañón de riel de 1 km en mi respuesta a la pregunta "principal". Un cañón de riel mucho más largo no hace mucha diferencia en los cálculos allí, excepto por la aceleración y la potencia. Los problemas con la reacción que desorbita el cañón de riel son los mismos. Con respecto a la forma de un cañón de riel más largo. Consideremos un lanzador delta-V de 10 g a 4 km/s (básicamente una versión más larga del de mi otra respuesta) que tendría que tener unos 80 km de largo. Su forma será una especie de mezcla entre la órbita circular original y la órbita hiperbólica de la sonda cuando se lance. No puedo calcular la curva real, pero el lanzador de 80 km de largo se desviará de la línea recta unos pocos kilómetros.
Lo que es tristemente cierto es que esa forma será bastante inestable debido a las fuerzas de marea. Es largo y delgado apuntando ampliamente pero no exactamente a lo largo de la órbita. Experimentará fuerzas de marea significativas que lo empujarán hacia una orientación radial. También es lo suficientemente grande como para que las mareas lunares puedan ser una consideración.
Habiendo preguntado y pensado en una pregunta similar , creo que la respuesta es simple. No construyas aceleradores para humanos. Construirlos para la carga.
La masa total de carga que necesita un ser humano para estar cómodo en el espacio es cientos o miles de veces su propia masa. Los sistemas eficientes deben ocuparse de la carga.
La mayoría de la carga se puede endurecer un poco sin mucha molestia para sobrevivir a 100 g. El misil Sprint que llevaba una ojiva nuclear aceleró a 100 g con tecnología de los años 50. De hecho, los humanos a veces pueden sobrevivir a breves impactos de 100 g. Ver https://en.wikipedia.org/wiki/G-force#Typical_examples
Si un objeto puede soportar 100 veces su propio peso, entonces puede sobrevivir 100 g. La mayoría de los artículos de carga como ropa, zapatos, combustible, agua, materiales estructurales pasan esta prueba fácilmente y, de hecho, puede empujarlos mucho más y está limitado por la integridad estructural de un barco para colocarlos. Artículos más complejos como una computadora portátil , teléfono inteligente, etc. podrían endurecerse fácilmente para sobrevivir 100 g. Algunos artículos que son delicados como los paneles solares se pueden desarmar y empacar planos.
Cuando su acelerador puede usar aceleraciones de 100 g, los problemas estructurales y orbitales se simplifican mucho. Por ejemplo, para un delta-v de 8 km/s, tenemos:
Construir un acelerador de 32 km de largo en órbita es difícil, pero con ese tamaño es posible hacerlo rígido y las fuerzas de marea de la luna serán muy pequeñas. No es fácil, pero posible. Por supuesto, depende de la masa que tengas, pero un tubo de 30 km se puede rigidizar con cables de sujeción que se conectan a un anillo central. Considere el mástil de KVLY-TV - 600 metros de altura en 1g de la Tierra, y expuesto a fuerzas de viento laterales sustanciales que son mucho mayores que las fuerzas laterales en el espacio. Este tipo de diseño podría ampliarse, y funcionaría siempre que la masa aumentara proporcionalmente y las fuerzas g a las que estuviera expuesto fueran más pequeñas (por ejemplo, 1/30 g axialmente). Las estructuras típicamente se vuelven más pesadas como pero sólo más fuerte como , por lo que si un mástil de 1000 m funciona en la tierra, un mástil de 10 km del mismo diseño en el espacio será 1000 veces más pesado y podrá resistir . De hecho, podría ser posible reducir un poco la masa de la versión espacial, porque la carga del viento en la tierra es mucho más de 10 veces más fuerte que cualquier carga lateral en el espacio en una estructura de este tipo.
Si la pista tiene solo 30 km de largo, puede hacerla recta y la desviación de la órbita circular será de solo unos 15 m, insignificante. Para una pista de 30 km que dispara un proyectil con una aceleración de 100 g, la pista deberá ser al menos 300 veces más masiva que la carga útil, posiblemente 1000x. A medida que lo haces más ligero, se vuelve más débil y experimenta una fuerza g más fuerte. No tengo claro el punto exacto en el que se vuelve imposible ir más allá, pero la longitud de ruptura del aluminio en tensión es de 20 km en 1 g, por lo que una torre de 30 km de largo definitivamente no puede soportar 1 g de compresión, independientemente de si se pandea o no.
Ingolifs
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Ingolifs
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