2Pi ru интернет скорость: 2ip.ru | DDoS protection

что произойдет, если космический лифт рухнет на землю? — The Idealist

Эти конструкции являются научно-фантастическим решением проблемы доставки объектов на орбиту без ракеты — но вы не захотите оказаться снизу, если трос оборвется.

Автор: Ретт Алайн

В первом эпизоде сериала «Основание» на Apple TV террорист пытается уничтожить космический лифт, используемый Галактической империей. По-моему это отличный повод поговорить о физике космических лифтов и рассмотреть, что произойдет, если один из них рухнет. (Спойлер: ничего хорошего).

Люди привыкли размещать объекты за пределами земной атмосферы: это позволяет нам иметь метеорологические спутники, космическую станцию, спутники GPS и даже космический телескоп Джеймс Уэбб. Но в настоящее время единственная возможность доставить вещи в космос — прикрепить их к управляемому химическому взрыву, который мы обычно называем «ракетой».

Не поймите меня неправильно, ракеты — это круто, но они также дороги и неэффективны. Давайте рассмотрим, что нужно сделать, чтобы доставить 1 килограмм груза на низкую околоземную орбиту (НОО). Это около 400 километров над поверхностью Земли, примерно там находится Международная космическая станция. Чтобы доставить груз на орбиту, необходимо выполнить две задачи. Во-первых, нужно поднять его на 400 километров. Но если бы вы только поднялись на высоту, объект не пробыл бы в космосе долго. Он просто упадет обратно на Землю. Поэтому, во-вторых, чтобы удержать эту штуку на НОО, она должна двигаться — очень быстро.

Кратко об энергии: оказывается, количество энергии, которое мы вкладываем в систему, равно изменению энергии в этой системе. Мы можем математически моделировать различные виды энергии. Кинетическая энергия — это энергия, которой обладает объект благодаря своей скорости. Поэтому, если вы увеличиваете скорость объекта, его кинетическая энергия увеличивается. Гравитационная потенциальная энергия зависит от расстояния между объектом и Землей. Это означает, что увеличение высоты объекта увеличивает гравитационную потенциальную энергию.

Допустим, вы хотите использовать ракету, чтобы увеличить гравитационную потенциальную энергию объекта (чтобы поднять его на нужную высоту), а также увеличить его кинетическую энергию (чтобы разогнать его до скорости). Выход на орбиту больше зависит от скорости, чем от высоты. Только 11 процентов энергии приходится на гравитационную потенциальную энергию. Остальное — кинетическая.

Общая энергия для вывода на орбиту 1-килограммового объекта составит около 33 миллионов джоулей. Для сравнения, если вы поднимете с пола учебник и положите его на стол, это займет около 10 джоулей. Для вывода на орбиту потребуется гораздо больше энергии.

Но на самом деле проблема еще сложнее. В химических ракетах энергия нужна не только для того, чтобы доставить 1-килограммовый объект на орбиту — ракеты также должны нести топливо для полета. Пока они не сожгут это топливо, оно, по сути, являются просто дополнительной массой для полезной нагрузки, что означает необходимость запуска с еще большим количеством топлива.

Во многих реальных ракетах до 85% общей массы может составлять топливо. Это очень неэффективно.

А что если вместо запуска на химической ракете ваш объект просто поднять на тросе, который тянется в космос? Именно это можно сделать с помощью космического лифта.

Основы космического лифта

Предположим, вы построили гигантскую башню высотой 400 километров. Вы можете подняться на лифте на самый верх, и тогда вы окажетесь в космосе. Просто, правда? Нет, на самом деле не так уж просто.

Во-первых, вы не сможете легко построить такую конструкцию из стали; вес, скорее всего, сожмет и разрушит нижние части. Кроме того, для этого потребовалось бы огромное количество материала.

Но это не самая большая проблема — остается вопрос скорости. (Помните, чтобы попасть на орбиту, нужно двигаться очень быстро). Если бы вы стояли на вершине 400-километровой башни с основанием где-то на экваторе Земли, вы бы на самом деле двигались, потому что планета вращается — это так же, как движение человека на внешней стороне вращающейся карусели. Поскольку Земля оборачивается вокруг оси примерно раз в сутки (есть разница между боковым и синодическим вращением), ее угловая скорость составляет 7,29 x 10-5 радиан в секунду.

Угловая скорость отличается от линейной скорости. Она измеряет скорость вращения, а не то, что мы обычно считаем скоростью — движение по прямой линии. (Радиан — это единица измерения, которую используют при вращении, вместо градусов).

Если два человека стоят на карусели, когда она вращается, они оба будут иметь одинаковую угловую скорость. (Допустим, 1 радиан в секунду.) Однако человек, который находится дальше от центра вращения, будет двигаться быстрее. Допустим, один человек находится в 1 метре от центра, а другой — в 3 метрах от центра. Их скорости будут 1 м/с и 3 м/с соответственно. То же самое происходит и с вращающейся Землей. Можно удалиться на такое расстояние, что вращение Земли даст вам необходимую орбитальную скорость, чтобы оставаться на орбите вокруг планеты.

Итак, вернемся к нашему примеру с человеком, стоящим на вершине 400-километровой башни. Достаточно ли они удалены от Земли, чтобы оставаться на орбите? За один полный оборот Земли их угловая скорость составит 2π радиан в день. Это может показаться не очень быстрым, но на экваторе это вращение дает скорость 465 метров в секунду. Это более 1 000 миль в час. Однако этого все равно недостаточно. Орбитальная скорость (скорость, необходимая для удержания на орбите) на этой высоте составляет 7,7 километра в секунду, или более 17 000 миль в час.

На самом деле, есть еще один фактор: по мере увеличения расстояния от Земли орбитальная скорость также уменьшается. Если вы поднимаетесь с высоты 400 до 800 километров над поверхностью Земли, орбитальная скорость уменьшается с 7,7 км/с до 7,5 км/с. Это не кажется большой разницей, но помните, что на самом деле важен радиус орбиты, а не только высота над поверхностью Земли. Теоретически, можно построить волшебную башню такой высоты, чтобы можно было просто сойти с нее и оказаться на орбите, но ее высота должна быть 36 000 километров. Это не реально.

Вот что очень круто и более практично: орбита на высоте 36 000 километров имеет специальное название. Она называется геосинхронной орбитой, что означает, что время, которое требуется объекту для прохождения одной орбиты, точно соответствует времени вращения Земли. Если вывести этот объект на орбиту прямо над экватором, он будет находиться в том же месте на небе относительно поверхности Земли. (Это полезно, потому что вы точно знаете, где его найти. Геостационарная орбита облегчает связь с такими объектами, как телевизионные или метеорологические спутники, или для спутниковых камер, которые должны оставаться сфокусированными на одной и той же части Земли.

Ладно, вернемся к космическому лифту. Если мы не можем построить башню с земли, мы можем подвесить 36 000-километровый кабель к объекту, находящемуся на геостационарной орбите. Бум: это и есть космический лифт.

Чтобы он заработал, вам понадобится большая масса на орбите — либо космическая станция, либо небольшой астероид. Масса должна быть большой, чтобы ее не срывало с орбиты каждый раз, когда что-то поднимается по тросу.

Но теперь вы начинаете понимать масштаб проблематики. Кто захочет делать трос длиной 36 000 километров? Для троса такой длины даже самый прочный материал, например, кевлар, должен быть очень толстым, чтобы предотвратить его разрыв. Конечно, более толстый кабель означает больший вес, а это значит, что верхние части кабеля должны быть еще толще, чтобы поддерживать кабель внизу. Это усугубляет проблему, которая кажется практически нерешаемой. Единственная надежда на будущее в строительстве космических лифтов — это придумать, как использовать какой-нибудь сверхпрочный и легкий материал, например, углеродные нанотрубки. Возможно, когда-нибудь нам удастся это сделать, но этот день пока далёк от нас.

Что делать с падающим лифтовым кабелем?

В первом эпизоде сериала «Основание» некие люди решают привести в действие взрывчатку, которая отделяет верхнюю станцию космического лифта от остальной части троса. Трос падает на поверхность планеты и наносит большой ущерб.

Как выглядел бы падающий трос космического лифта в реальной жизни? Это не так просто смоделировать, но мы можем сделать приблизительное предположение. Давайте представим, что трос состоит из 100 отдельных частей. Каждый кусок начинает движение вокруг Земли, но с той же угловой скоростью, что и наша планета (в реальном тросе космического лифта между частями будут возникать силы натяжения. Но для простоты, в данной модели на каждую часть будет действовать только гравитационная сила взаимодействия с Землей. Теперь я могу просто смоделировать движение этих отдельных 100 частей троса и посмотреть, что произойдет (на самом деле это не так уж сложно сделать с помощью простого кода на Python — но я пропущу все это).

Итак, что же происходит? Обратите внимание, что нижняя часть кабеля просто падает на Землю и, вероятно, вызывает сильные разрушения. В этой модели он оборачивается примерно на треть пути вокруг экватора, хотя его полная длина почти полностью обхватила бы Землю, окружность которой составляет 40 000 километров.

Но некоторые части кабеля могут даже не коснуться поверхности. Если части стартуют достаточно высоко, их скорость будет увеличиваться по мере приближения к поверхности. Возможно, скорость частей будет достаточной, чтобы вывести их на некруговую орбиту вокруг Земли. Если вы живете на экваторе, это хорошо. Лучше пусть эти обломки будут в космосе, чем упадут вам на голову, верно?

Конечно, если кабель все еще цел, то каждая часть будет тянуть за собой другие близлежащие части. Это приведет к тому, что большее количество кабеля врежется в Землю. Но в какой-то момент силы, действующие в кабеле, станут настолько сильными, что он просто разорвется на части. В итоге все равно останется космический мусор.

Так что не только построить космический лифт очень сложно, но и очень не хочется, чтобы трос оборвался и упал. Может быть, это и хорошо, что мы все еще находимся на ракетной стадии освоения космоса.

Оригинал: Wired

«Наша самоуверенная технологическая цивилизация» и её пределы / Хабр

«Господь призывает нашу самоуверенную технологическую цивилизацию, которая полагает, что ей все доступно и все возможно, оценить пределы своих возможностей и осознать свою хрупкость. »
(из обращения патриарха Кирилла 22 марта 2020 года в связи с коронавирусом)

Предлагаю, вслед за церковным лидером, не предвзято произвести инвентаризацию тех пределов, которыми ограничена наша «самоуверенная технологическая цивилизация». Ведь должны же мы, в конце-то концов, наконец «осознать свою хрупкость».

иллюстрация с сайта http://corchaosis.ru

1) Предел скорости

Простейший предел нашей цивилизации следует из закона о том, что никакая скорость не может превышать скорости света. В отношении любого события или объекта — например нашей цивилизации — можно построить конус в прошлое, это те точки пространства-времени, из которых к нам могло прийти что-либо (информация или материальный объект), и конус в будущее, это те точки пространства-времени, которых способны достигнуть мы (не превышая скорости света).

Поскольку никакой сигнал не может распространяться быстрее света, световой конус имеет прямое отношение к причинно-следственной структуре пространства, а именно, он разделяет всё пространство-время на три части по отношению к вершине: область абсолютного прошлого (конус прошлого; все события, которые могли повлиять на событие в вершине), область абсолютного будущего (конус будущего; все события, на которые влияет событие в вершине конуса) и область абсолютно удалённого (события, не связанные с вершиной причинно-следственными связями).
https://ru.wikipedia.org/wiki/Световой конус

Мы можем увидеть лишь тот свет звёзд, каковым он был назад миллионы лет (столько лет, на сколько эти звёзды удалены от нас), и достигнуть их — обладая любыми ресурсами — не ранее, чем за столько же миллионов лет времени.

На самом деле я полагаю, что конечная и предельная скорость света — вступающая в противоречие с нормами обычной механики (например, если вы бросили шайбу в окно поезда по ходу движения, то в правилах обычной механики — скорость шайбы становится суммой скорости поезда и скорости вашего броска), защищает молодые цивилизации от поглощения старыми. Вселенная предназначена для того, чтобы человек мог в ней жить. Это основной закон, и все прочие следуют из него.

2) Предельно малое

Нет оснований полагать, что мы сможем изучить предельно малые величины. Мы путаемся на уровне кварков (составных частей элементарных частиц, таких как протон), мы не понимаем их свойств. Мы не способны их наблюдать иначе, чем при помощи света (то есть бомбардируя их фотонами, энергия и возмущение которых выше их габаритов) — да, я знаю, что для наблюдения можно применять эффект квантовой связанности (также противоречащий всему из области макро-физики). Нет оснований быть уверенными в том, что мы увидим больше из мира кварков, или в том, что увидим следующий, или в том, что способны их понять.

3) Предельно большое

Благодарю читателя EveVisual за ценное дополнение:

В расширяющейся вселенной СТО не панацея. Так как вселенная расширяется с ускорением, существует граница, объекты на которой удаляются от нас со скоростью света Объем Хаббла
Самое интересное, что это выглядит как горизонт событий наизнанку.

Радиус видимой вселенной оценивается примерно в 48 миллиардов световых лет (радиус сферы Хаббла ~13.8 млрд), а то что мы видим с того края, самые далекие галактики — всего лишь фотоны многовековой давности, достигшие нас аж за 13 млрд лет. То же относится и к реликтовому излучению — оно идет из видимой границы вселенной с самого момента большого взрыва. Кто знает, сколько там пространства дальше.

4) Нет способа узнать что мы в матрице

Существует способ узнать, находится ли человек в одиночном сне.