Изобретение относится к наземному оборудованию для космических кораблей B64G 5/00 и к подъемникам в жилых зданиях и прочих сооружениях, приводимым в действие с помощью механических устройств, кроме тросов и канатов В66В 9/02.
(1) Известно, что Российская Федерация планирует осваивать Луну (А. Ильин Лунные планы России / ж. Новости космонавтики, 2014, вып. 12, с. 69-71). Предполагается в 2030-40-вые годы строить исследовательскую обитаемую базу на поверхности Луны вблизи ее полюса, где найдены запасы водяного льда. Известно также, что американцы, возможно, будут строить военную базу на Луне (Информационное сообщение «Новости» первого канала, 19.06.2018 г., 12-00), но скорее всего это произойдет тоже только в 2030-тые годы (И. Лисов Космический бюджет Трампа. Лунная станция вместо МКС. / ж. Новости космонавтики, 2018, вып. 5, с. 60-65).
Недостатком военного и исследовательского освоения Луны является то, что исследовательские и военные станции имеют пониженную рентабельность. Частичной рентабельностью обладает только добыча полезных ископаемых на Луне. В частности при нахождении необходимых залежей можно добывать редкие элементы, уран для ядерных электростанций, гелий-3 для термоядерных электростанций. Так, например, запасов урана на Земле осталось лет на 50, а количество ядерных электростанций все увеличивается. В случае создания термоядерных электростанций потребуется топливо и для них в форме, в том числе изотопов гелия. В более отдаленном будущем возможна добыча полезных ископаемых на других планетах Солнечной системы. Одновременно с лунной добычей может появиться добыча полезных ископаемых на астероидах. Добыча полезных ископаемых на других планетах - более сложная задача, чем строительство военных или исследовательских баз на других планетах. Если решить ее, то строительство военных и исследовательских баз будет решено тем более. В случае добычи полезных ископаемых на других планетах резко возрастет грузопоток между Землей и другими планетами. Для удовлетворения спроса на доставку грузов требуются более производительные средства доставки пассажиров и грузов, чем ракеты. Необходимо такие средства предложить.
(2) Известно, что американцы собираются испытывать космический аппарат XS-P, который разрабатывает компания Boing, на выносливость: в течение 10 суток он должен будет 10 раз подряд взлететь и сесть на поверхность Земли, доставив грузы в космос (И. Афанасьев США о предстоящей войне в космосе. / ж. Новости космонавтики, 2017, вып. 7, с. 64-68). Такая нагрузка на космический аппарат им требуется на случай войны в космосе. США будут терять спутники в космосе на орбите Земли, их надо дублировать новыми спутниками того же назначения.
Недостатком аппарата XS-P является дороговизна доставки грузов в космос по сравнению с космическими лифтами и недолговременность его использования: через 10 полетов его надо ремонтировать, иначе он потерпит аварию.
(3) Известно мое предложение складировать отработанное ядерное топливо на Луне, где не проживают люди, растения и животные (Салмин А.И. Сравнительный расчет полной эффективности захоронения ядерных отходов в разных местах. / www.science-perm.ru / Материалы первой международной научно-практической конференции «Теоретические и прикладные аспекты управления промышленностью» Пермь: Инноватика, 20.11.2016, с. 8-13). Недостатком этого предложения является ненадежность вывода контейнеров с отработанным ядерным топливом в космос, в случае аварии ракеты радиоактивные вещества разлетятся по большой территории, в том числе заселенной людьми, растениями и животными. Нужен более надежный, чем ракеты способ доставки отработанного ядерного топлива в космос.
(4) Известен космический аппарат для суборбитального туризма (И. Афанасьев Самолет-носитель «Птица Рух» пробежался по полосе. / ж. Новости космонавтики, 2018, вып. 2, с. 52-55). Аппарат «New Shepard» компании «Blue Origin» выполнил первый полет, доставив капсулу с окнами и манекеном человека на суборбитальную высоту.
Недостатками суборбитального туризма с помощью ракет являются: 1) большая дороговизна билета на суборбитальный полет, который доступен только для весьма богатых людей; 2) кратковременность пребывания туриста в космосе, он не успевает насладиться состоянием невесомости, а ему уже надо возвращаться.
(5) Известно, что в настоящее время спроектированы и даже испытаны космические аппараты для поиска и уборки космического мусора с орбит Земли (И. Черный Куарону и не снилось … Разгрести «орбитальную свалку». / ж. Новости космонавтики, 2017, вып. 6, с. 50-52).
Эти аппараты имеют три недостатка: 1) на ловлю космического мусора требуется много топлива, доставка которого на орбиту стоит очень дорого, 2) доставка космического мусора на Землю для вторичного использования его деталей, стоит очень дорого, перерабатывать космический мусор в новые радиодетали и новые космические аппараты прямо в космосе стоит астрономически дорого, 3) сталкивать космический мусор с орбиты на поверхность Земли - означает терять доход от вторичного использования его деталей.
(6) Известны аппараты для продления ресурса спутников компании Intelsat (И. Афанасьев Орбитальный автосервис. / ж. Новости космонавтики, 2018, вып. 3, с. 70-71). Эти спутники выполняют следующие работы: 1) осмотр с последующим предоставлением владельцу данных о состоянии его космического аппарата, 2) дозаправка спутника компонентами топлива и сжатыми газами, 3) сравнительно простые ремонтные операции, например, раскрытие несработавших антенн, панелей солнечных батарей и других элементов, 4) транспортировка космического аппрата с одной орбиты на другую, изменение его положения на целевой орбите, 5) увод «мертвых» спутников на орбиту захоронения, сведение с орбиты (очистка околоземного пространства от мусора).
Недостатками упомянутых аппаратов являются 1) невозможность осуществить с их помощью сложный ремонт космического аппарата, требующий вмешательства человека и быстрой доставки запчастей с Земли, 2) необходимость подвозки топлива ракетами с поверхности Земли, что удорожает заправку.
(7) Известны тросовые высокоорбитальные и лунные космические лифты (статья «Космические лифты» в журнале «Юный техник» 1981, вып. 6, с. 52,; Ю. Арцутанов В космос на электровозе. / газета «Комсомольская правда» 31.07.1960 г., Воскресное приложение; А. Кларк Фонтаны рая.; А. Майборода Электромагистрали … в космос. / ж. Техника молодежи, 1984, вып. 5, с. 32-35; Моисеенко А.В. В космос - на лифте. / г. Комсомольская правда, Клуб любознательных, 4-10 марта 2005, с. 8-9; С.И. Славин Сто великих тайн космонавтики. М.: Вече, 2012, с. 157-165; С.Н. Зигуненко Сто великих достижений в мире техники. М.: Вече, 2012, с. 149-154; Транспортная система Земля-Луна / Патент на изобретение РФ №121233 по заявке №2011153485/11 от 27.12.2011; Космический лифт / Патент на полезную модель РФ №85447 по заявке 2008150810/22 от 23.12.2008; Способ получения высокопрочного и высокомодульного углеродного волокна / Патент на изобретение РФ №2343235 по заявке 2007130808/04 от 14.08.2007 г.). Суть конструкции тросовых лифтов в том, что нить из углеродных нанотрубок соединяет поверхность Земли с геостационарным спутником на высокой орбите на высоте порядка 100000 км или с поверхностью Луны. При этом спутник или Луна служат противовесом, центробежная сила поддерживает трос в расправленном состоянии. Вдоль троса движется каретка с грузом за счет электроэнергии, подаваемой по тросу. Изначальным прототипом всех тросовых лифтов был лифт К.Э. Циолковского. В. Арцутанов предложил для строительства лифтов использовать пауков для плетения удерживающей тросы лифта паутины, но конструкцию пауков он не уточнил.
Недостатками тросовых лифтов являются 1) малая толщина нити, которая не позволяет поднимать тяжелые грузы, 2) отсутствие ограждений от ветра, который может сорвать груз, 3) отсутствие защиты пассажиров от радиации в радиационных поясах Земли, 4) отсутствие высокоскоростных технологий синтеза сотен тысяч километров нанотрубок в космосе, 5) долгий путь груза по тросу, который даже при высоких скоростях потребует много времени.
(8) Известно устройство для защиты объекта в космическом пространстве (по патенту на изобретение СССР №1709899 по заявке №4613067/23 от 16.11.1988 г., B64G 1/52), содержащее многослойную надувную оболочку, окружающую объект, отличающееся тем, что с целью улучшения условий функционирования объекта в космическом пространстве путем приближения этих условий к земным, пространства между слоями оболочки заполнены газом с уменьшением давления по мере перехода от газа, окружающего объект, к газу, ограниченному наружным слоем оболочки, при этом каждый слой оболочки соединен с соседним слоем оболочки, при этом каждый слой оболочки соединен с соседним слоем оболочки по меньшей мере четырьмя соединительными элементами. Кроме того, каждый слой оболочки выполнен из материала, не препятствующего проникновению электромагнитных волн, или, наоборот, один из слоев может быть проницаем для электромагнитных волн. Кроме того, каждый слой оболочки выполнен в виде наружных пленок и расположенной между ними несущей ткани. Кроме того пространства между объектом и внутренним слоем оболочки и между слоями оболочки заполнены инертным газом. Недостатком описанных оболочек является малый арсенал средств, в которых такие оболочки применяются в форме свободно летающих космических аппаратов и космических станций. Станции, прикрепленные к вершине космических лифтов пока в этот арсенал не входят, поскольку не предложено промышленно применимых моделей космических лифтов. Также в описанном изобретении не раскрывается, как формировать вокруг космического аппарата описанные надувные оболочки.
(9) Известен способ формирования описанных в пункте 8 надувных оболочек вокруг космической станции, включенный в способ монтажа в космосе изначально раскрытого твердого термостойкого бесстропового парашюта для многотонных грузов, спускаемых с орбиты планеты (Патент на изобретение РФ №2643307 по заявке на изобретение №2015157317/11(088427) от 30.12.2015). Сокращенная цитата из заявки приводится ниже:
«Целесообразно в качестве радиационной защиты использовать вставленные друг в друга шары из клеенки с воздухом или иными поглощающими солнечную радиацию газами (типа водорода и гелия) между клеенками с увеличивающимся давлением от центра к периферии. Под клеенкой подразумеваются два слоя пленки с несущей тканью между ними. Я ничего нового не придумываю по сравнению с упомянутой в уровне техники в пункте» 8 «заявкой, с той лишь разницей, что внутрь шаров помещается межпланетная космическая станция. Помещения станции внутри центрального шара наиболее защищены от радиации, помещения станции, которые ведут к наружным шарам станции, менее защищены от радиации, в них космонавты будут находиться ограниченное время.» «… с другого конца станции» «должен быть отсек, который ведет наружу» внешнего «шара, чтобы космические корабли могли пристыковаться к станции снаружи. На наружном шаре из клеенки располагаются солнечные батареи, которые тоже имеют вид многослойной клеенки и крепятся к ней еще на Земле. При монтаже шары из клеенок сшиваются из отдельных полотен, разворачиваемых из рулонов, космонавтами в скафандрах. При этом боковые края соседних полотен подгибаются навстречу друг другу и или склеиваются и сшиваются степлером, или припаиваются друг к другу нагретыми щипцами. К корпусу станции загибы передних и задних краев рулонов также приклеиваются или припаиваются. Когда все рулоны с обоих концов прикреплены к станции, их приклеенные или припаянные загибы охватываются тросом вокруг корпуса станции, концы троса прикручиваются втулочным соединением друг к другу. Трос прижимает загибы полотен к корпусу станции. Чтобы рулоны не разворачивались при скреплении боковых краев полотен, в них вставляются U-образные зажимы, которые прижимают наружный слой клеенки к самому внутреннему в центральном отверстии рулона. На кораблях станции размещаются газоводы, ведущие наружу кораблей, к которым изнутри присоединяются баллоны с газом, который выпускается наружу между шарами до достижения давления, которое меряется манометрами, расположенными напротив иллюминаторов снаружи станции в межшаровых помещениях. Для заполнения помещения снаружи станции внутри центрального шара можно использовать воду или иную жидкость, которую откачивают насосами из баллонов внутри станции. Между шарами натягивают тросы: на шаре, который находится ближе к центру, загибы полотен протыкает середина троса, а два конца троса, содержащие кольца, подобные кольцам ключей, присоединяются за кольца к загибам полотен соседнего шара, который находится дальше от центра. Отверстия в загибах полотен вокруг мест протыкания троса и колец содержат металлическую окантовку, которая изготавливается еще на Земле и расположена на загнутых краях всех полотен через одинаковые расстояния. В местах, где загибы полотен находятся с противоположных сторон шаров, для крепления тросов имеются закладки с металлической окантовкой, которые являются продолжением загнутых краев полотен и прокладываются между загнутыми боковыми краями полотен, высовываясь с другой стороны от загиба. Для движения космонавтов внутри шаров и снаружи по дорожкам вдоль развернутых рулонов к клеенке пришиваются еще на Земле ряды параллельных штрипок, образующих дорожки, по которым, как по лесенкам, перебирая руками, космонавт сможет двигаться. Под штрипками подразумеваются полоски ткани, пришитые с двух концов к клеенке, с герметизированными клеем местами проникновения ниток».
Недостатком способа формирования многослойной оболочки является его использование только на свободно летающих космических станциях.
(10) Известен стратостат-парашют (С.В. Ревзин Стратостат-парашют. Свердловск-Москва: Гидрометеоиздат, 1946), включающий газовый баллон, подвеску, гондолу, подвесное кольцо, подвесной пояс, стартовый пояс, шахту, кольцо шахты, криволинейные аппендиксы, газовый клапан, разрядник. Его недостатки не обсуждаются, он приведен в качестве примера стратостата, элементы которого могут быть использованы в стратостатах при монтаже лифта.
(11) Известен земле-лунный комплекс (по патенту на изобретение РФ №3244973, по заявке №200711300/11 от 27.03.2007 г., B64G 9/00? D64G 1/14), который содержит Земле-космический подъемник и ЗемлеЛунный модуль. Земле-космический подъемник выполнен в виде 103 выдвижных цилиндрических секций. Секции имеют стабилизирующие вертикальный подъем винты с обручами в количестве 101 штук и диаметром от 450 до 480 метров, смонтированные вертикально в земле на глубину 1300 метров в железобетонном корпусе. В корпусе также имеются резервуары, наполненные сжиженным природным газом с камерами высокого давления, подающими в нижнюю часть подъемных цилиндров давление газов и пара до 300 атмосфер. ЗемлеЛунный модуль с четырьмя передвигающимися опорами имеет цилиндрическую форму 50 метров в диаметре с конусообразной вершиной 25 метров и массой 10000 тон. Модуль разделен внутренними переборками на отсеки, имеющие пространство для размещения парашюта, маневровых двигателей, жилых помещений, запасов воды и кислорода, складских нужд, специального оборудования, топливных баков, водородной электросиловой установки, маршевых двигателей и лунных роботов. Модуль также оснащен грузовым лифтом с подъемной амортизирующей стойкой.
Недостатком земле-лунного комплекса является необходимость работы со сжиженным природным газом, что удорожает каждый его подъем. Кроме того, в заявке не учитывается барометрическая формула, согласно которой давление в вертикальном столбе воздуха в поле тяжести Земли растет экспоненциально. Чтобы создать наверху комплекса достаточное давление газа для подъема десятков тонн грузов, требуется астрономическое давление внизу, которое не выдержит ни один материал телескопической трубы. Получается, что это изобретение промышленно не применимо.
(12) Известно андрогинное устройство для стыковки космических аппаратов (по заявке на изобретение СССР №3201713/11 от 13.06.1988, по патенту на изобретение РФ №2059542, B64G 1/64), содержащее корпус, выдвижное кольцо с направляющими выступами и замками сцепки и амортизационно-приводную систему кольца, отличающееся тем, что с целью повышения надежности стыковки аппаратов преимущественно больших масс и габаритов и упрощения устройства за счет повышения удельной энергоемкости амортизационной системы, в нем амортизационно-приводная система кольца выполнена в виде нескольких независимых пневматических амортизаторов с внешними фланцами, присоединенных на карданных шарнирах к кольцу и корпусу устройства, амортизаторы подвижно установлены в гильзах с расширенными торцами, взаимодействующими с закрепленными в корпусе пятами, в гильзах установлены пневмоцилиндры, снабженные плавающими поршнями, и выполнены продольные расточки, в которые установлены пружинные толкатели, причем толкатели и пневмоцилиндры снабжены штоками, взаимодействующими с фланцами амортизаторов, а полости амортизаторов и пневмоцилиндров через запорную арматуру соединены с источниками высокого и низкого давлений воздуха аппарата.
Недостатком описанного стыковочного устройства является его использование только на свободно летающих космических станциях, возможно расширить арсенал средств, где оно применяется, применив на космических станциях, закрепленных на вершине космического лифта.
(13) Известен комбинированный летательный аппарат легче воздуха (по патенту на изобретение РФ №2318697 по заявке №2006104265/11 от 13.02.2006 г., В64В 1/22, B25J 3/00), представляющий из себя дирижабль полужесткой конструкции, содержащий гондолу и манипуляторы копирующего типа, управляемые из гондолы водителя. Аппарат оборудован электронным средством маневрирования в вертикальной плоскости. Аппарат может быть снабжен приспособлениями и орудиями труда для выполнения работ в разных областях хозяйственной деятельности.
Недостатки аппарата не обсуждаются, он приведен в качестве примера устройства манипулятора копирующего типа, управляемого из кабины водителя. Возможно расширить арсенал средств, в которых используются подобные манипуляторы.
(14) Известно хранилище для футляров с информацией, синхронизирующее дополнительное смешанное лазерное освещение с работой зоны интенсивного развития техники и носовые опоры солнцезащитных очков. (Патент на изобретение РФ №2615822 по заявке на изобретение №2015118739/11(029078) от 19.05.2015). Изобретение представляет из себя регулируемую осветительную систему, размещенную на ветроломах, ограждающих космический лифт от ветра. Предполагается, что внутри ограждения из ветроломов находится кроме космического лифта промышленная зона интенсивного развития техники.
Недостатки данного изобретения не обсуждаются, в нем описана конструкция ветролома, но не описана конструкция космического лифта, которую такие ветроломы с осветительной системой ограждают, что делает заявку неполной.
(15) Известно, что получен сплав стали, в 5-8 раз более прочный, чем обычная сталь, содержащая углерод, азот или бор (Российские ученые повысили прочность стали с помощью лазера и наночастиц. / www.sib-science.info/ институты/ новости сибирской науки; Российские ученые повысили прочность стали с помощью лазера и наночастиц. / www.sbras.info/ Наука в Сибири, издание сибирского отделения Российской Академии наук.). Группа краснодарских и московских ученых под руководством Александра Елецкого научилась в 5 раз повышать прочность стали по сравнению с наиболее распространенной технической сталью путем добавления в сталь наноуглеродной сажи и оксида графита и обработки поверхности стали лазерным излучением и пучком электронов. При добавлении в обрабатываемую таким способом сталь фуллеренов ее прочность увеличивается в 8 раз. Кроме прочности получены еще следующие эффекты: 1) сокращение технологического процесса обработки стали, поскольку при такой обработке нет деформации, 2) на 20-30% уменьшается коэффициент трения материала в условиях сухого контакта с поверхностью. (В России научились в 5 раз увеличивать твердость стали / www.welemudr.mirtesen.ru). Наибольшая глубина упрочненного слоя до 1 мм достигается при обработке поверхности стали электронным пучком.
Развитие этого метода обработки стали привело к появлению износостойких сталей после облучения их ионами (Российские ученые нашли способ улучшить свойства стали в 100 раз. / www.trashbox.ru. 31.08.2019 г.). Износостойкость металла после его облучения пучками заряженных частиц повышенной плотности, потоками плазмы и лазерным излучением увеличивалась в 100 раз.
Недостатком описанного способа получения прочной стали является то, что в виду его недавнего изобретения, еще мал арсенал средств, где он применяется. Его недостатком также является то, что если из него сделать гладкие колеса, то при движении по гладкой вертикальной дорожке, сделанной тоже этим способом, эти колеса будут проскальзывать из-за сниженного трения.
(16) Известен материал - графен, который в 10 раз прочнее стали и составляет 5% от ее плотности (Ученые создали материал в 10 раз прочнее стали. / www.zen.yandex.ru, 12.08.2019 г.). В Массачусетсом технологическом институте на 3D-принтере из хлопьев графена напечатали дырчатый образец.
Недостаток дырчатого образца в том, что в местах нахождения дырок материал наиболее уязвим для растрескивания в случае избыточных нагрузок.
(17) Известен жемчужный пластик, который в 14 раз прочнее стали и в 8 раз легче ее («Жемчужный пластик» в 14 раз прочнее стали. / www.zen.yandex.ru, 18.09.2019 г.). В университете Баффало разработали пластик, основу которого составляет сверхвысокомолекулярный полиэтилен высокой плотности (СВМПЭ), который уложен подобно молекулам жемчуга в виде черепицы, внахлест. Материал поглощает энергию удара, деформируясь, у материала высокая теплопроводность, материал легче обрабатывать, чем сталь. Американские военные им заинтересовались с точки зрения изготовления из него бронежилетов и шлемов для защиты от пуль.
Недостаток материала в том, что предложено слишком мало способов его применения, особенно в мирной промышленности.
(18) Известно подъемное устройство (по заявке на изобретение Франции FR 2979617 от 8.03.2013 г.), включающее две электромагнитные пушки на стационарной орбите над полюсом Земли, одна пушка для регулирования высоты первого космического аппарата, вторая - для ускорения запускаемых с борта первого космического аппарата вторых космических аппаратов, с Земли к упомянутому космическому аппарату протянуты кабели электропроводки с внутренними ребрами заполненными газом, которые заякорены на поверхности Земли или в океане. Недостатками описанной конструкции является то, что 1) внутренние ребра, заполненные газом будут иметь подъемную силу только до высоты 53 км (рекорд полета стратостата), вышележащий кабель будет столь тяжел, что рухнет под силой собственного веса, 2) направление нижней мощной электромагнитной пушки в сторону поверхности Земли будет вызывать в атмосфере Земли электрические явления, которые будут влиять на погоду, которая в настоящее время и так неустойчивая, 3) второй космический аппарат запускается не с Земли, а с борта другого космического аппарата, следовательно второй космический аппарат на орбиту Земли еще надо доставить, что снижает ценность описанной конструкции.
(19) Известен ядерный буксир с ядерным двигателем (Ядерные реакторы в космосе: Транспортно-энергетический модуль. / www.habr.com, 13.07.2015), имеющий суммарную тягу маршевых двигателей 18 Н в течение 10 лет, массой 6800 кг, в разложенном виде имеющий габариты 53,4 м × 21,6 м × 21,6 м, рабочим телом являются аргон и ксенон в соотношении 78%: 22%, который предполагается выводить на орбиту с помощью ракеты «Ангара-А5». Также известен другой ядерный буксир с ядерным ракетным двигателем (Разработка в России ядерного буксира продолжается/masterok.livejournal.com), работающий на водороде, расчитан на 4000 с работы при 10 включениях реактора, вырабатывает удельный импульс 975 с, может добраться до Плутона за 2 месяца, израсходовав 75 т топлива. Достоинством таких аппаратов является то, что для их работы не нужно тянуть кабели с поверхности Земли, электроэнергия вырабатывается на борту буксиров.
Недостатками таких ядерных буксиров является необходимость доставлять им топливо на орбиту. В случае строительства космического лифта возможен взаимовыгодный обмен: в лифте для них доставляют топливо, а они буксируют космические аппараты, отстыковавшиеся от лифта, что увеличивает возможность их применения. Но запасы инертных газов на Земле ограничены, а исчерпание запасов водорода, если его добывать из воды, может привести к обезвоживанию планеты. Поэтому для массовых полетов в космос по 1000 запусков в год придется придумывать более совершенную технику. Но пока она не придумана придется пользоваться тем, что предложено.
(20) Известен наружный каркас из тросов для аэростата и транспортируемой им конструкции (Патент на полезную модель РФ №63318 по заявке №2006142889/22 от 4.12.2006 г.), внутри которого заключены аэростатическая оболочка с подъемным газом и транспортируемый строительный блок, охваченный сверху и с боков этой оболочкой, и который содержит простые крюки и двойные крюки с отверстиями и болтами, ввинченными в эти отверстия, отличающийся тем, что содержит вертикальные и горизонтальные обручеобразные тросы, образующие клетчатый футляр, вертикальные тросы снизу конструкции подвернуты так, что образуют малую и большую петли, малая петля углублена в дно конструкции вместе с приклеенной к ней оболочкой и охватывает строительный блок, закрепленный на крюках и двойных крюках соответственно сверху и снизу, малая петля соединена внизу в основании в единое целое крюками, вдетыми в петли, большая петля охватывает аэростатическую оболочку снаружи, при этом строительный блок охвачен аэростатической оболочкой еще и снизу, при этом крюки, двойные крюки и петли закреплены основаниями на вертикальных тросах, болты в отверстиях крюков имеют резьбу только на концах с возможностью перекрывания выхода с крюков одетых на них петель или колец тросов, концы крюков затуплены.
Недостатки футляра из тросов не обсуждаются, он полезен для прикручивают к грузу больших баллонетов, возможно увеличить количество конструкций, где он применяется.
(21) Известен керамический солнечный экран изучавшего Меркурий космического аппарата «Messenger» (И. Соболев Прощание с Меркурием. / ж. Новости космонавтики, 2015, вып. 6, с. 59-61), защищавший бортовую аппаратуру и научные инструменты от испепеляющего излучения Солнца: его внешняя поверхность нагревалась до 300°С, но в тени за щитом сохранялась комфортная для аппаратуры температура +20°С.
Недостатки экрана не обсуждаются, он может быть более широко применен в системах охлаждения космических аппаратов.
(22) Известно предложение о направлении исследований для создания аппарата для добычи гелия и других газов из атмосфер планет Солнечной системы (Салмин А.И. Задача создания 3D-поезда для добычи гелия, водорода, углекислого газа и других газов из верхних слоев атмосферы планет / ежемесячный международный научный журнал «Research science» Словакия, Банска Быстрица, 2019, вып. 5, с. 17-25), предлагается создать сверхпроводящие материалы, сохраняющие сверхпроводимость в интервале температур от -100°С до +600°С, тогда возможно строительство разветвленной всасывающей трубы, каждая секция которой имеет вентилятор и сопла для сброса атмосферного газа с созданием реактивной подъемной силы, в каждую секцию впадает одна или четыре секции так, что труба разветвляется от одной трубы сверху до многих тысяч труб снизу, секции снабжены солнечными батареями. Собранный трубой газ закачивается в многооболочечные шары, доставляется в сцепках шаров на орбиту Земли, откуда шары спускаются на Землю космическим лифтом, где атмосферный газ планеты разделяется на составляющие его газы, которые используются. Доставка шаров с газом обеспечивает загрузку космического лифта работой, чтобы он не простаивал.
Недостатком описанного способа добычи газов является то, что требуется строительство космического лифта на Земле, чтобы способ был действенен. Конструкцию работоспособного лифта надо предложить.
(23) Известен робот FEDOR (Final Experimental Demonstration Object Research) (Робот Федор: особенности, характеристики, назначение. / www.robo-sapiens.ru, 12.10.2019 г.; И. Афанасьев «Федор» летит на МКС. / ж. Русский космос, 2019, вып. 9, с. 2-9), робот российского производства, способный делать многое из того, что умеют люди: ходить, как люди, подниматься по лестнице, преодолевать полосу препятствий, водить автомобиль, ползать на четвереньках, садиться на шпагат, стрелять с двух рук по мишеням, работать пилой и болгаркой, делать уколы, донести человека до машины и отвезти его в больницу. Изначально он предназначен для спасения людей для МЧС и пожарной службы. Робот оснащен двумя камерами, тепловизором, микрофоном, GPS, ГЛОНАСС, полутора десятками дальномерных лазеров и специальной системой для определения положения тела. Он узнает типовые предметы и инструменты, различает препятствия. 22.08.2019 г. Робот Федор летал в космос, находился на МКС 17 суток (Космический полет робота «Федора». / www.ria.ru, 22.08.2019 г.). Робот может управляться дистанционно человеком, одевшим очки дополненной реальности, копируя его движения.
Недостатком робота Федора является малое количество его применений, необходимо расширить количество способов его применения.
(24) Известна выхлопная труба завода (К. Васильев Трубы XX века / ж. Юный техник, 1981, вып. 4, с. 32), состоящая из шланга с большим шаром на конце, в верхней части шара есть отверстие, горячий заводской дым надувает шар и поднимает на большую высоту, отводя вредный воздух, выходящий из отверстия в шаре, на большую высоту, где он и остается, позволяя людям внизу свободно дышать.
Недостатком трубы с шаром является отсутствие дополнительного полезного груза, который поднимает шар.
(25) Известны методы поглощения и переработки углекислого газа из атмосферы, что снижает парниковый эффект, в частности это следующие методы:
1) финские ученые запатентовали микроорганизм, который перерабатывает углекислый газ в белок для пищевой промышленности, не менее эффективный, чем соевые белки с затратами воды в десятки раз меньше, чем при выращивании сои (В Финляндии научились создавать белки из воздуха. Шутка? Нет. Просто XXI век уже наступил / www.александрсинявский.рф, 27.09.2019 г.);
2) американские физики создали солнечные батареи, перерабатывающие углекислый газ в углеводородное топливо - метанол и другие горючие спирты, используя энергию света и воду (Физики создали солнечные батареи, преобразующие углекислый газ в топливо. / www.ria.ru, 28.07.2016 г.; «Искусственные листья» и биотопливо / ж. Наука и жизнь, 2019, вып.9);
3) американские ученые из Массачусетского технологического института создали литиево-углекислотную батарейку с большим количеством циклов перезарядки (Р. Фадеев Ученые создали аккумуляторы на основе углекислого газа / www.4pda.ru, 10.11.2019 г.);
4) канадский бывший сантехник создал стартап, в котором углекислый газ преобразуется в калийную соль для мыла и других гигиенических средств и для удобрения и фармацевтической промышленности (Стартап бывшего водопроводчика помогает превращать углекислый газ в мыло ручной работы / www.inrussia.ru, 18.09.2019 г.);
5) китайские ученые нашли катализатор для превращения атмосферного углекислого газа в метан (Курамшин А. Цеолитные катализаторы ускоряют превращение углекислого газа в углеводородное топливо / www.elementy.ru, 28.05.2019 г.);
6) японские ученые превращают углекислый газ в полимер, который можно превратить в полиуретан, используемый в изготовлении одежды, биоразлагаемой упаковки, бытовой техники, главным компонентом преобразователя является пористый координационный полимер, состоящий из ионов металла цинка (Найден способ превращать CO2 в вещи и топливо / www.zen.yandex.ru, 20.10.2019 г.);
7) традиционный метод посадки деревьев и других растений и разведение их в питомниках, потом высадка в местах постоянного пребывания, увеличение количества зеленых растений приводит к увеличению преобразования углекислого газа в кислород.
Недостатком этих методов является то, что не везде о них знают и помнят, и используют для утилизации углекислого газа в атмосфере. Не следует закрывать промышленные предприятия, например, шахты, которые сами или продукция которых увеличивает количество углекислого газа в атмосфере, а следует внедрять методы поглощения углекислого газа.
(26) Известна моя вторая попытка запатентовать пневматический космический лифт, в частности пневматический подъемник (по заявке на изобретение РФ №2002109848/28(010373) от 15.04.2002 г., В66В 9/04, B64G 5/00). Суть предложенной конструкции в том, что вес стволов, таких же как описаны в заявке уровня техники пункта 7, компенсируется аэростатами, прикрепленными к стволам.
Недостатками конструкции экспертиза посчитала отсутствие способов монтажа такой конструкции и отсутствие конкретизации конструкции каретки, открывающей и закрывающей полость стволов.
(27) Известны мои с пятой по седьмую попытки запатентовать пневматический космический лифт, включающие в качестве опоры верхней половины лифта многослойные аэростаты, заполненные электронами (по патенту на изобретение РФ №2376195, по заявке №2007116200/11 от 27.01.2007, В64В 1/58), внутри которых вызывается вращение электронов (заявки на изобретение РФ №2009134204/11 от 11.09.2009, №2012127263/11 от 29.06.2012). Суть этих заявок в том, что имеется оболочка, заполненная электронами, ее стенка представляет из себя в простейшем случае тарелкообразный полый аккумулятор, внутренняя стенка которого (катодный слой аккумулятора) заряжена отрицательно и отталкивает электроны, не позволяя им осесть на оболочке. Внутри такой оболочки вызывается вращение электронов в виде стоячего вихря, наружная часть которого движется снизу вверх, подталкивая верхнюю часть оболочки и создавая подъемную силу. Если такие аэростаты присоединить кабелем к электростанции на поверхности земли и к стволам пневматического подъемника выше атмосферы, то они будут держать верхнюю часть лифта над атмосферой, компенсируя его вес.
Недостатком этих конструкций оказалась слишком маленькая рассчитанная подъемная сила вращающегося вихря электронов. Для создания значительной выталкивающей силы таких аэростатов понадобится на электростанции вырабатывать и передавать на вершину лифта напряжение в миллионы вольт, что небезопасно при современном уровне техники.
(28) Известна моя восьмая попытка запатентовать пневматический космический лифт, включающая способ изготовления многослойной аэростатической оболочки, заполненной электронами, и конструкций из нее, в том числе космического лифта (по заявке на изобретение РФ №2014113511/11 от 7.04.2014 г., В64В 1/58, В05С 17/005, В64Н 21/00, Н01М 2/10). Суть этого изобретения в том, что вышеупомянутую оболочку, заполненную электронами (по патенту на изобретение РФ №2376155, по заявке №2007116200/11 от 27.04.2007 г., В64В 1/58) предложено использовать в качестве элемента, «строительного кирпичика» подпорной башни для стволов пневматического подъемника. Стволы будут опираться на подпорную башню, внутри которой опора будет создаваться отталкивающей кулоновской силой внутри аэростатов, которая будет противостоять силе веса стволов.
Недостатками описанного способа строительства является то, что экспертиза поставила под сомнение, что отталкивающая сила катодного слоя аэростата достаточна, чтобы удерживать силу веса стволов, электроны осядут на оболочке, она схлопнется, поэтому подпорная башня рухнет и рухнут стволы подъемника. Кроме того, предполагается использовать в качестве подъемного устройства рассоединяемые трубы с атмосферным газом, которые невозможно использовать из-за барометрической формулы.
(29) Известна моя девятая попытка запатентовать космический лифт: пневматический космический лифт с подпорной башней из заполненных атмосферным газом баллонетов и ограждением из ветроломов для доставки грузов к низкой орбите планеты и способ его строительства. (Заявка на изобретение РФ №2016143661/11(070033) от 7.11.2016, B64G 5/00, Е04Н 12/00, Е04Н 15/20, Е04Н 12/20, Е04Н 12/34). В данной заявке произведено упрощение конструкции. Предлагается использовать цельную трубу для доставки внутри нее кабины с грузом. Труба опирается на подпорную башню вокруг нее, состоящую из уложенных друг на друга баллонетов с атмосферным газом.
Недостатками конструкции являются 1) не учет барометрической формулы, сверхвысокое давление у поверхности планеты разорвет любую трубу, 2) нижние концы трубы закопаны в землю, что со временем приведет к ее проваливанию, 3) чтобы сопротивляться весу подъемника, плотность газа в баллонетах должна быть больше плотности одного из самых плотных веществ осмия в твердом состоянии, что невозможно, 4) в заявке предлагается использовать спиральный трубопровод в качестве мусоропровода, который не будет работать в верхней части, поскольку там нет силы тяжести, и мусор будет зависать в трубе и забивать ее.
(30) (4) Известны геодезические сетчатые конструкции В.Г. Шухова (В.В. Васильев Идеи В.Г. Шухова в современной аэрокосмической технике. // в сборнике «Актуальные проблемы механики: современная механика и развитие идей В.Г. Шухова. М.: Наука, 2011, с. 111-127; Т. Виноградова, С. Авдеев Код Шухова. Нижний Новгород: Издат. «Покровка, 7», 2013, с. 119-141). Их физический смысл состоит в том, что за счет геометрической формы вес конструкции или другие нагрузки перераспределяются в те точки конструкции, которые нужны ее изготовителю, в частности с обшивки конструкции на ее ребра.
Недостатком сетчатых конструкций В.Г. Шухова является то, что они низкие по высоте до нескольких сотен метров и не широкие по диаметру до нескольких десятков, как строить такие конструкции высотой 101 км и диаметром более 100 м не описывается.
(31) Известен способ и устройство для зарядки аккумулятора (Патент на изобретение РФ №2699247 по заявке 2018137550 от 2.03.2017 г.), согласно которому аккумулятор заряжают зарядным током, зависящим от уровня заряженности аккумулятора, при этом устройство для заряда аккумулятора содержит блок управления, выполненный с возможностью контроля зарядного тока при работе устройства. Техническим результатом является ускоренный заряд аккумулятора без повреждений или сокращения срока службы.
Недостатком способа является малый арсенал средств, где предложено его применять, необходимо расширить область его применения.
(32) Известны высокомощные калиевые аккумуляторы на основе органических полимеров с высокой емкостью, заряжающиеся за 10 секунд (Сколтех разработал высокомощные калиевые аккумуляторы, заряжающиеся за 10 секунд. / zen.yandex.ru, 12.11.2019), разработанные Институтом проблем химической физики РАН и Уральского федерального университета. Они позволяют заменить литиевые аккумуляторы в связи с тем, что мало месторождений лития на Земле, а потребности в аккумуляторах в обществе высокие. В аккумуляторе использован анод из легкоплавкого калий-натриевого сплава (температура плавления - 12,7°С, нанесенный на углеродную бумагу и высоковольтные органические катоды из редокс-активных полимеров. Стабильность потери емкости аккумулятора составляет 11% после 10000 рабочих циклов. Аккумуляторы также показали высокие показатели мощности до 100 кВт/кг, что соответствует уровню суперконденсаторов.
Недостатком аккумулятора является малый арсенал средств, где предложено его применять, необходимо расширить область его применения.
(33) Известна моя третья попытка запатентовать пневматический космический лифт, в частности пневматический подъемник (патент на изобретение РФ №2317243 по заявке 2005134495/11 от 7.11.2005, В66В 9/04, B64G 5/00). Суть конструкции в том, что я вес стволов компенсирую аэростатами, прикрепленными к стволам, окружаю аэростаты посекционно вращающейся трубообразной оболочкой для защиты от ветра, прописываю в деталях структуру стволов, размещаю стволы парами в стойке, чтобы при спуске одной кабины воздух выдавливался в сообщающийся ствол с поднимающейся кабиной. Формула изобретения этой конструкции следующая: пневматический лифт, содержащий герметичные, сообщающиеся через регулируемый механизм основные стволы и сообщающиеся с ними дополнительные стволы, каждый из которых является герметизируемой трубой из металла, собранной из отдельных секций, воздухонагнетатель для подачи в стволы сжатого воздуха, причем герметизированная труба в своей надземной части имеет продольный разрез с краями, раздвинутыми на ширину несущей кабину балки, и фланцы в виде разомкнутых напротив разреза колец, а в своей подземной части не имеет разреза, при этом каждый ствол содержит уплотнительные элементы, представляющие из себя застежку-молнию - две образующие разъемное соединение полоски, содержащие параллельные краям продольного разреза ствола вогнутости и выпячивания с возможностью соединения вогнутостей и выпячиваний одной полоски с соответствующими вогнутостями и выпячиваниями второй полоски с герметизацией ствола и с возможностью их разъединения или соединения кареткой, свободные, смыкаемые-размыкаемые, края полосок размещены глубоко внутри трубы, достигая ее центра, а неподвижные края полосок являются продолжением изолирующего диэлектрического материала, покрывающего металлическую трубу снаружи, сверху и снизу несущей кабину балки прикреплена пара кареток с возможностью размыкания полосок перед движущейся балкой и смыкания полосок за ней, а внутри каждого ствола вдоль стенки трубы и вдоль краев полосок с обратной стороны от вогнутостей и выпячиваний молнии расположены параллельные прямые желоба, отличающийся тем, что каждая секция подземной части соединена с выше и нижележащей секциями втулочным соединением, как и самая верхняя подземная секция с самой нижней надземной секцией, в каждом стволе содержится пара поршней, нижний из которых крепится к каретке, присоединенной снизу несущей кабину балки, а верхний крепится к каретке, присоединенной сверху несущей кабину балки, причем поршни сделаны из самосмазывающихся материалов, имеют на боковых поверхностях ребра, вставляемые в упомянутые желоба, несут ролики, вставляемые в те же желоба выше и ниже ребер и имеют глубокий до центра симметрии надрез, куда вставляются полоски молнии, надрез поршня имеет собственные ребра и ролики, которые вставляются в желоба полосок, при этом ствол содержит пару электронасосов воздухонагнетателей, нижний из которых расположен в горизонтальной трубе с заслонкой, соединяющей основной и дополнительный стволы у поверхности планеты с возможностью перемещения воздуха между нижними поршнями основного и дополнительного стволов, верхний расположен в самой верхней точке подъемника с возможностью перемещения воздуха между верхними поршнями основного и дополнительного стволов; к горизонтальным трубам, соединяющим основной и дополнительный стволы у поверхности планеты и в верхней части подъемника, примыкают открытые трубы с заслонками и насосами с возможностью регулирования давления в стволах путем подкачки и откачки воздуха в пространствах основных и дополнительных стволов под нижними поршнями и над верхними поршнями; стволы собраны в стойки, объединяющие четное количество стволов и образованные кольцами большого диаметра, содержащими на наружных боковых поверхностях параллельные желоба, мостками, соединяющими фланцы стволов друг с другом и кольцами большого диаметра; составным трубообразным баллонетом, состоящим из разделенных на вертикальные секции, внешних по отношению к кольцам большого диаметра элементарных баллонетов, которые соединяются в единое целое параллельными арматурами в виде колец, самая верхняя и самая нижняя арматуры в виде колец несут ролики, вставленные в желоба колец большого диаметра с возможностью вращения на роликах вертикальной секции составного трубообразного баллонета под действием ветра вокруг двух соседних колец большого диаметра, трубообразной защитной оболочкой, прикрепленной снаружи составного трубообразного баллонета, у нижнего края секция трубообразной оболочки несет кольцеобразный щиток, прикрывающий щель между соседними секциями трубообразной оболочки, внутренними по отношению к кольцам большого диаметра баллонетами, прикрепленными стержнями к мосткам и кольцам большого диаметра, молниеприемниками молниеотвода в виде колец, которые прикреплены снаружи трубообразной защитной оболочки, несут заостренные шипы-штыри, и которые присоединены к общему заземленному изолированному проводу, проходящему вдоль одного из стволов; на перекрещивающихся балках, прикрепленных к парам кареток стволов, размещена герметичная кабина, кроме того, имеется стойка, содержащая трубу с водяным паром, трубу с воздухопроводом холодного воздуха, трубу вентиляции, трубу канализации, трубы с водяным паром и холодным воздухом покрыты теплоизоляцией и выполнены с возможностью смешения холодного воздуха и пара наверху подъемника для получения воды; кроме того имеется стойка, содержащая трубу с входным кабелем электропроводки, трубу с выходным кабелем электропроводки, трубу с входным кабелем связи, трубу с выходным кабелем связи; все стойки собраны в пирамидоподобную конструкцию, вблизи вершины пирамиды они пересекаются, а выше места пересечения соединяются параллельными поверхности планеты мостками; в верхней точке стойки с кабинами крепятся к переходным отсекам станции-дока, состоящей из базового блока, стыковочных отсеков и переходных отсеков; в верхней точке стойки с трубами и с кабелями крепятся к стыковочным отсекам станции, станция окружена сферической многослойной оболочкой, слои которой объединяются в единое целое соединительными элементами в виде стяжных тросов, стоек или жестких распорок, которая заполнена воздухом или газом в разной степени заполняющим пространство между слоями: под внутренним первым слоем давление воздуха или газа равно атмосферному, далее убывает от слоя к слою, и которая пронизана в одной половине двумя подковообразными мембранами, состоящими из двух половин каждая с возможностью при откачивании воздуха из-под оболочек и при открытии ножницеобразными движителями раскрытия верхней полусферы оболочки и доступа строящихся или ремонтируемых космических станций, их блоков и иных космических аппаратов в пространство под первым, внутренним слоем оболочки при раскрытии внутренней и внешней мембран и в пространство под внешним слоем оболочки при раскрытии внешней мембраны; ножницеобразные движители образованы ножницеобразными размыкателями мембран на две половины, приводимыми в движение осевыми стержнями поршней, под которые поступает воздух из общего входного отверстия в паре соосных цилиндров; при этом, части стоек, находящиеся в безвоздушном пространстве не содержат составного трубообразного баллонета и роликов, так что трубообразная защитная оболочка крепится непосредственно к кольцам большого диаметра, на которой также размещаются антенны радиосвязи и телесвязи; пространство вокруг подъемника обнесено оградительными сооружениями - ветроломами, каждый ветролом образован вертикальными стойками, содержащими по одной трубе арматуры и вращающиеся трубообразные оболочки; вертикальные стойки расположены в непосредственной близости друг от друга с минимальным зазором, образуя четыре вертикальные плоскости, две из которых расположены под тупым углом друг к другу, а еще две вторые параллельны первым, пространство между плоскостями замкнутое, поскольку с боков оно тоже огорожено вертикальными стойками; при наблюдении сверху из космоса оградительные сооружения образуют многолучевую звезду, образованную первыми из описанных плоскостей, а вторые из плоскостей, расположенные под тупым углом к первым, образуют шипы на лучах звезды; в центре звезды размещен подъемник; вертикальные стойки ветролома содержат по одной трубе, фланцы которой соединены с кольцами большого диаметра мостками, вокруг кольца большого диаметра расположена вращающаяся вокруг него трубообразная защитная оболочка, которая у верхнего и нижнего краев каждой секции имеет арматуру в виде кольца, к которой крепятся ролики, вставленные в желоба на внешней боковой поверхности кольца большого диаметра; с внутренней стороны вертикальных стоек плоскости ветролома между желобами крепятся мостки, соединяющие противостоящие вертикальные стойки параллельных плоскостей, мостки каждой упомянутой пары стоек соединены внутри ветролома перпендикулярными им мостками с образованием горизонтальной решетки, соединяющей все стойки в единое целое; кольцо большого диаметра обнесено у каждой вертикальной стойки неподвижным кольцеобразным щитком, разомкнутым в месте выхода мостков, соединяющих вертикальные стойки параллельных плоскостей, прикрывающим щель между соседними вращающимися секциями защитной трубообразной оболочки; внутри вертикальных стоек размещены баллонеты с подъемным газом, крепящиеся изнутри к кольцам большого диаметра и к мосткам при помощи стержней.
Кроме того, на трубах вертикальных стоек ветроломов, на трубе канализации, на трубе с выходным кабелем связи, на одном из стволов подъемника каждой стойки крепятся вертикальные рельсы, имеющие периодически повторяющиеся отверстия для движения самоходной установки; на мостках, кольцах большого диаметра и содержащих вертикальные рельсы фланцах стволов располагаются перила с поручнями на одном уровне, а самоходная установка представляет из себя кресло с ремнями крепления пассажира, с подставкой под ноги, с крюками в дне снизу для подвешивания груза, с зубчатой передачей, крепящейся к спинке кресла для движения вдоль рельса, с рычагом двух коробок передач двух мотоциклетных двигателей; при этом зубчатая передача состоит из зубчатых колес с возможностью при вращении зацепления зубьями за отверстия в рельсе, зубчатых колес с возможностью вращения от приводов мотоциклетных двигателей, цепи типа велосипедной, передающей вращение от второй к первой группе зубчатых колес.
Недостатками описанной конструкции были следующие: 1) изготовление десятков километров закрывающихся молнией стволов подъемника - довольно трудоемкое мероприятие, надежность конструкции не очень высокая, если на участке высотой 101 км где-то произойдет разгерметизация, то возможна авария, 2) не учитывается барометрическая формула, чтобы наверху на высоте 101 км создать достаточное для подъема кабины давление, у земли давление должно быть астрономически огромным, его не выдержит никакая труба, 3) в качестве фундамента стойки лифта предлагается закапывать длинный нижний конец в форме трубы глубоко в землю, со временем труба будет проваливаться в грунт и высота лифта будет меняться, что приведет к растрескиванию верхней части лифта, 4) аэростаты в верхней части лифта громоздкие, если создать трубообразные оболочки вокруг них, последние будут весьма громоздкими и будут создавать значительный вес, который трудно компенсировать, 5) при проектировании учтен только предел прочности конструкции на сжатие, но не учтен предел прочности на изгиб, в результате расчетов получаются более крупные стволы лифта, чем предложены, соответственно с ними невозможно провести описанные операции при сборке, 6) невозможен способ строительства лифта путем подъема его с помощью стратостатов, наполненных гелием, поскольку общий объем гелия, который понадобится для этой операции превышает разведанные запасы гелия на Земле, запасы гелия на Земле позволяют построить только один такой лифт, а строить лифт из аэростатов, заполненных водородом пожароопасно, 7) отдельные узлы конструкции типа предварительного соединения стоек в вершине лифта при подъеме не выдержат нагрузок.
Целью изобретения является совершенствование конструкции космического лифта для доставки грузов к низкой орбите планеты до такой степени, чтобы она была промышленно применимой.
Техническим результатом изобретения являются
- предложен более легкий, но более длительный по сравнению с ракетами и шаттлами способ доставки людей и грузов, а также газов, топлива и воды в космос,
- применение в лифте в качестве подъемного устройства простой лестницы, по которой поднимается человекоподобный робот с кабиной лифта на спине, что упрощает и облегчает конструкцию прикрепляемого к лифту подъемного устройства,
- применение диэлектрических уплотнительных прокладок и металлических болтов с диэлектрическим покрытием для герметизации и соединения секций стволов, что предотвращает течение тока через них из ионосферы в поверхность планеты,
- малая высота лифта, ниже радиационных поясов Земли, обеспечивает защиту пассажиров лифта от радиации,
- малая высота лифта, ниже орбит пролета космического мусора, обеспечивает защиту лифта от попадания в него космического мусора,
- тепловые или гелиевые аэростаты имеют защиту против ветра, более компактную, чем трубообразная вращающаяся оболочка у прототипов,
- компенсация веса труб лифта при строительстве из новых марок стали, облучаемых ионами, при строительстве башни лифта на Земле на уровне атмосферы до высоты 12 км баллонетами с подъемным газом или нагретым атмосферным газом,
- использование старых марок стали, изобретенных до 1970-тых годов, при строительстве лифта на планетах земной группы кроме Земли,
- уменьшение толщины и диаметра труб и их количества в составе башни лифта от низа к верху, что обеспечивает экономию материала и облегчение верхней части лифта,
- при строительстве из новых сверхпрочных марок стали, облучаемых электронами, а также из графена или жемчужного пластика в условиях Земли, а также при строительстве лифта на других планетах земной и лунной группы возможно отсутствие баллонетов с подъемным газом или нагретым атмосферным газом, использование голых стволов,
- подкачивание просачивающегося наружу подъемного газа сквозь стенки баллонетов через систему подвода подъемного газа по трубе с вентиляторами внутри,
- при использовании нагретого атмосферного газа удаление охлажденного газа из баллонетов и замена его на нагретый газ, поступивший по трубам с вентиляторами,
- доставка воды, природного газа, электричества, топлива, воздуха с поверхности планеты к станции наверху лифта, предложен способ охлаждения и конденсации водяного пара и паров топлива на борту станции на вершине космического лифта,
- предложен способ строительства космического лифта в вертикальном положении по секциям,
- согласование строительства и использования лифта с традиционной космической промышленностью, требуются запуски ракет для установки космической станции на вершине лифта и есть возможность стыковки станции на вершине лифта с космическими аппаратами, строительство первого лифта не может состояться раньше 2030 года, так как мировое финансовое сообщество вложило большие деньги в модернизацию ракет и строительство космодромов со взлетными площадками для ракет, до 2030 года допускается строительство экспериментальных коротких башен, не достигающих высоты 101 км,
- создание экологически безвредной конструкции для доставки грузов на высоту до 101 км и более без использования топлива, которое выделяет при сжигании вредные для дыхания газы, и без использования для добывания водорода для топлива воды, которая в перенаселенном мире важна как средство поддержания быта,
- использование четырех или более станций и более четырех кабин на спинах роботов, поднимающихся по четырем лестницам, что позволяет запускать пассажиров и грузы каждый день или даже чаще без многомесячной подготовки к запуску,
- подробнее описана система дистанционного открытия заслонок для подачи нагретого атмосферного газа в баллонеты и отвода охлажденного атмосферного газа,
- обеспечивается доступ для ремонта элементов стойки лифта на любой высоте,
- обеспечивается защита от молний для находящейся в атмосфере части лифта,
- обеспечивается более надежная опора башни лифта на поверхность планеты,
- увеличение арсенала средств, в которых применяются новые виды сверхпрочных материалов, предложено создание труб из тонких пластин сверхпрочного материала,
- расширение арсенала средств для применения манипуляторов копирующего типа,
- увеличение способов применения упрощенного и увеличенного в размерах робота FEDOR,
- расширение арсенала средств, где применяется быстрая зарядка аккумуляторов,
- при использовании тепловых аэростатов увеличение выделения в атмосферу углекислого газа, что может быть компенсировано современными методами утилизации углекислого газа.
Этот технический результат достигается тем, что космический лифт для доставки пассажиров и грузов с поверхности Земли или иной планеты на низкую орбиту и обратно, включающий фундамент, стойки и космическую станцию на вершине лифта, обнесенную многослойной надувной оболочкой со слоями, соединенными радиальными тросами, лифт обнесен ограждением из ветроломов, расположенных по окружности вокруг него, отличается тем, что стойки выполнены в виде пар наклоненных вертикальных труб, секции которых периодически в одном поясе расходятся в следующем поясе сходятся, наклоненные вертикальные трубы соединены параллельными горизонтальными кольцеобразными трубами и впадают в них, трубы соединены фланцевыми соединениями и сделаны из сверхпрочного материала, все трубы лифта имеют периодически повторяющиеся кольцеобразные углубления на наружной поверхности, трубы образуют цилиндрическую башню высотой не менее 101 км, каждые 20 км 200 м или меньше вертикальные наклоненные трубы становятся тоньше и длиннее, а количество их становится меньше за счет подсоединения каждой пары труб через узел верхнего пояса нижележащей секции, космических станций на вершине лифта четыре или больше, к каждой станции протянута простая вертикальная лестница, прикрепленная к горизонтальным кольцеобразным трубам и вертикальным наклоненным трубам в местах прохождения мимо них, с возможностью восхождения крупного человекоподобного несущего робота с кабиной лифта на спине по лестнице и стыковки кабины лифта с переходным отсеком, состыкованным с космической станцией и прикрепленным к верхней горизонтальной кольцеобразной трубе, на некоторых горизонтальных кольцеобразных трубах рядом с лестницами закреплены площадки для сидения робота с устройствами для подзарядки аккумуляторов робота от проводов, протянутых вдоль лестницы, с возможностью расхождения одновременно поднимающихся и спускающихся по лестнице несущих роботов, фундаментом каждой стойки служит массивная стальная А-образная стойка, которая опирается на железобетон, который опирается на сваи, нижние секции двух наклоненных вертикальных труб заглублены в А-образную стойку и закреплены в ней. Кроме того, космический лифт для доставки пассажиров и грузов с поверхности Земли или иной планеты на низкую орбиту и обратно может отличаться тем, что в плотных слоях атмосферы кольцеобразные горизонтальные трубки имеют трубообразные ответвления, соединенные с трубами, держащими тепловые аэростаты, вентиляторы и заслонки для перекрывания поступления горячего атмосферного газа в аэростаты, вентиляторы также установлены в вертикальных наклоненных трубах рядом с местами их впадения в горизонтальные кольцеобразные трубы, внизу аэростатов имеются также не подсоединенные к трубопроводу трубы с вентиляторами и заслонками для перекрывания удаления охлажденного атмосферного газа, с возможностью заполнять аэростаты очищенным горячим атмосферным газом от тепловых электростанций на поверхности планеты по системе вертикальных и горизонтальных труб и удалять охлажденный атмосферный газ снизу аэростатов по радиокомандам управляющего центра на поверхности планеты, вентиляторы запитаны от изолированных проводов протянутых внутри труб, внутренние просветы секций вертикальных наклоненных труб, находящихся ниже места впадения выхлопных труб тепловых электростанций и выше самого верхнего аэростата башни, перегорожены пробками с возможностью предотвращения попадания горячего атмосферного газа в трубы выше и ниже рабочей зоны в плотных слоях атмосферы, аэростаты стянуты пересекающимися под прямым углом тросами, тросы аэростата, перпендикулярные горизонтальным кольцеобразным трубам, обвязаны вокруг труб держащих заслонки, тросы аэростата, параллельные горизонтальным кольцеобразным трубам привязаны к расположенным ближе к их концам наклоненным вертикальным трубам в местах кольцеобразных углублений, вдоль вертикальных труб и на аэростатах размещен провод молниеотвода с токоприемниками, аэростаты снабжены устройствами для защиты от ветра, включающими цилиндрическую оболочку с неподвижными стенками и отклоняемыми ветром пластинами в ее составе, и с одного конца цилиндрической оболочки расположены две трубы с возможностью удаления атмосферного газа в сторону, противоположную направлению ветра, внутренние стенки труб содержат теплоизоляционные трубки, покрытые антикоррозионным покрытием. Кроме того, космический лифт для доставки пассажиров и грузов с поверхности Земли или иной планеты на низкую орбиту и обратно может отличаться тем, что в плотных слоях атмосферы кольцеобразные горизонтальные трубы имеют трубообразные ответвления, соединенные с трубами, держащими заполненные подъемным газом аэростаты, вентиляторы и заслонки для перекрывания поступления подъемного газа в аэростаты, вентиляторы также установлены в вертикальных наклоненных трубах рядом с местами их впадения в горизонтальные кольцеобразные трубы, с возможностью заполнять аэростаты подъемным газом из хранилищ на поверхности планеты по системе вертикальных и горизонтальных труб по радиокомандам управляющего центра на поверхности планеты, вентиляторы запитаны от изолированных проводов протянутых внутри труб, внутренние просветы секций вертикальных наклоненных труб, находящихся ниже места впадения труб хранилищ подъемного газа и выше самого верхнего аэростата башни, перегорожены пробками с возможностью предотвращения попадания подъемного газа в трубы выше и ниже рабочей зоны в плотных слоях атмосферы, аэростаты стянуты пересекающимися под прямым углом тросами, тросы аэростата, перпендикулярные горизонтальным кольцеобразным трубам, обвязаны вокруг труб держащих заслонки, тросы аэростата, параллельные горизонтальным кольцеобразным трубам привязаны к расположенным ближе к их концам наклоненным вертикальным трубам в местах кольцеобразных углублений, вдоль вертикальных труб и на аэростатах размещен провод молниеотвода с токоприемниками, аэростаты снабжены устройствами для защиты от ветра, включающими цилиндрическую оболочку с неподвижными стенками и отклоняемыми ветром пластинами в ее составе, и с одного конца цилиндрической оболочки расположены две трубы с возможностью удаления атмосферного газа в сторону, противоположную направлению ветра. Кроме того, космический лифт для доставки пассажиров и грузов с поверхности Земли или иной планеты на низкую орбиту и обратно может отличаться тем, что каждая станция снабжена водопроводом в виде трубы с водяным паром и трубы с охлажденным атмосферным газом, подающими пар и газ с поверхности планеты, с периодически не реже чем через 50 метров высоты установленными радиальными вентиляторами внутри обеих труб, при этом вентиляторы запитаны от изолированных проводов, протянутых внутри труб, с радиатором наверху с возможностью теплообмена между трубками с водяным паром и трубками с охлажденным воздухом и конденсации водяного пара в жидкость с подачей ее насосами на станцию, секции труб с водяным паром и холодным воздухом периодически в одном поясе сходятся, в следующем расходятся, полости труб с водяным паром и холодным воздухом с полостями кольцеобразных горизонтальных труб не сообщаются, а огибают их, но скреплены с ними. Кроме того, космический лифт для доставки пассажиров и грузов с поверхности Земли или иной планеты на низкую орбиту и обратно может отличаться тем, что стенки секций труб состоят из вставленных друг в друга трубок сверхпрочного материала, находящиеся в центре стенок внутренние трубки продырявлены с возможностью облегчения их веса, фланцы трубок вертикальных наклоненных труб набраны из тонких колец сверхпрочного материала, внутренние цельные трубки вертикальных наклоненных труб достигают края колец и имеют разрезанные и загнутые вдоль колец фланцев концы с образованием лучевых пластин, между фланцами вертикальных наклоненных труб проложены диэлектрические кольцеобразные прокладки с треугольными выступами между лучевыми пластинами, фланцы горизонтальных кольцеобразных труб образованы разрезанными и загнутыми концами всех трубок в составе их стенок с образованием соединительных лучевых пластин и кольцеобразными диэлектрическими прокладками без выступов, места присоединения трубообразных ответвлений к горизонтальным кольцеобразным трубам имеют вырезы с загибами концов трубок трубообразных ответвлений в форме опорных лучевых пластин снаружи горизонтальной кольцеобразной трубы и закрепительных лучевых пластин внутри горизонтальной кольцеобразной трубы, фланцы соединены болтами с диэлектрическим покрытием с несколькими гайками каждый, А-образные стойки фундамента набраны из Сообразных, первичных П-образных и вторичных П-образных пластин, в железобетон фундамента залиты складные пластины арматуры, которые устанавливаются рядами перпендикулярно каждая складная пластина следующей складной пластине во встречные надрезы. Кроме того, что место установки космического лифта ограждено ветроломами с возможностью экранировки от прямых потоков ветра, каждый ветролом включает два изогнутых по направлению отклонения ветра ряда вертикальных труб и отдельных вертикальных труб с краев рядов между рядами, внутри труб протянуты изолированные электрические провода и периодически не реже чем через высоту 50 м установлены радиальные вентиляторы, запитанные от этих проводов, трубы имеют периодические кольцеобразные углубления, между секциями вертикальных труб на фланцах находятся кольцеобразные диэлектрические прокладки, фланцы соединены болтами с диэлектрическим покрытием, трубы периодически через большой интервал высоты не менее 50 метров попарно соединены поперечными мостками, поперечные мостки одного уровня соединены между собой продольными мостками, трубы опираются на фундамент из свай, железобетона и А-образных стоек, между соседними по вертикали мостками и с противоположной стороны от мостков у каждой трубы установлены тепловые аэростаты, каждый из которых подсоединен не менее чем в двух точках через трубообразные ответвления к вертикальной трубе и через трубы держащие заслонки и вентиляторы тепловых аэростатов с возможностью при дистанционно открытых заслонках заполнения аэростатов горячим атмосферным газом от тепловых электростанций, находящихся у подножия ветролома, не менее одной трубы с заслонкой и вентилятором подвешено снизу каждого аэростата с возможностью при дистанционном открытии последней заслонки удаления охлажденного атмосферного газа из каждого аэростата, оболочки аэростатов стянуты пересекающимися под прямым углом тросами, вдоль вертикальных труб и на аэростатах размещен провод молниеотвода с токоприемниками, аэростаты снабжены устройствами для защиты от ветра, включающими цилиндрическую оболочку с неподвижными стенками и отклоняемыми ветром пластинами в ее составе, и с одного конца цилиндрической оболочки расположены две трубы с возможностью удаления атмосферного газа в сторону, противоположную направлению ветра, но не в сторону направления лифта, внутренние стенки труб содержат теплоизоляционные трубки, покрытые антикоррозионным покрытием. Кроме того, предложен способ строительства космического лифта, согласно которому роют котлован, забивают сваи, укладывают на них железобетон, устанавливают А-образные стойки по очереди, заливают под них железобетон по очереди, вставляют в отверстия в А-образных стойках нижние концы вертикальных наклоненных труб нижнего пояса и прикрепляют эти концы к А-образным стойкам, запускают подниматься по вертикальным наклоненным трубам пауков, держащих в передней паре конечностей рук секцию монтируемой трубы, заткнутую с верхнего конца пробкой, и вставляющих при восхождении пары пальцев четырех задних конечностей ног в кольцеобразные углубления на наружной поверхности труб, пауки вынимают пробки из верхних концов уже установленных труб, затем пауки устанавливают монтируемые секции труб на продолжении секций уже установленных труб первой парой конечностей рук, второй парой конечностей рук достают из ящика, закрепленного на головогруди, болты с гайками и скрепляют секции, пауки также поднимают секции лестницы и крепят их на горизонтальных кольцеобразных трубах и вертикальных наклоненных трубах, крупный человекоподобный робот поднимает на спине по лестнице каждый переходный отсек до самой верхней горизонтальной трубы, пауки прикрепляют выступы переходного отсека к фланцам самой верхней горизонтальной кольцеобразной трубы и отвинчивают переходный отсек от спины робота, далее к каждому переходному отсеку пристыковывают космическую станцию, обносят ее многослойной надувной оболочкой. Кроме того, предложенный способ строительства космического лифта может отличаться тем, что в атмосфере планеты наполняют аэростатические оболочки нагретым атмосферным газом, два или более паука берут концы тросов аэростатов в первую пару передних конечностей рук и поднимаются одновременно по наклоненным вертикальным трубам до места монтажа, еще несколько пауков по количеству трубообразных ответвлений горизонтальных труб, к которым крепятся трубы с заслонками аэростата, поднимаются к месту монтажа и прикрепляют трубообразные ответвления горизонтальных труб к трубам, держащим заслонки, в составе аэростата, первые упомянутые пауки привязывают концы тросов аэростатов к кольцеобразным углублениям на ближайших вертикальных наклоненных трубах, далее пауки возвращаются вниз, забирают по очереди секции провода молниеотвода и протягивают его вдоль вертикальных наклоненных труб и закрепляют на них, соединяют секции молниеотвода между собой. Кроме того, способ строительства космического лифта может отличаться тем, что в атмосфере планеты наполняют аэростатические оболочки подъемным газом, два или более паука берут концы тросов аэростатов в первую пару передних конечностей рук и поднимаются одновременно по наклоненным вертикальным трубам до места монтажа, еще несколько пауков по количеству трубообразных ответвлений горизонтальных труб, к которым крепятся трубы с заслонками аэростата, поднимаются к месту монтажа и прикрепляют трубообразные ответвления горизонтальных труб к трубам, держащим заслонки, в составе аэростата, первые упомянутые пауки привязывают концы тросов аэростатов к кольцеобразным углублениям на ближайших вертикальных наклоненных трубах, далее пауки возвращаются вниз, забирают по очереди секции провода молниеотвода и протягивают его вдоль вертикальных наклоненных труб и закрепляют на них, соединяют секции молниеотвода между собой. Кроме того, для строительства каждого ветролома роют котлован, забивают сваи, укладывают на них железобетон, устанавливают А-образные стойки по очереди, заливают под них железобетон по очереди, вставляют в отверстия в А-образных стойках нижние концы вертикальных труб нижнего пояса и прикрепляют эти концы к А-образным стойкам, запускают подниматься по вертикальным трубам пауков, держащих в передней паре конечностей рук секцию монтируемой трубы, заткнутую с верхнего конца пробкой, и вставляющих при восхождении пары пальцев четырех задних конечностей ног в кольцеобразные углубления на наружной поверхности труб, пауки вынимают пробки из верхних концов уже установленных труб, затем пауки устанавливают монтируемые секции труб на продолжении секций уже установленных труб первой парой конечностей рук, второй парой конечностей рук достают из ящика, закрепленного на головогруди, болты с гайками и скрепляют секции, паук, поднимающимся по вертикальной трубе поднимает поперечный мосток и приворачивает его вместе со вторым пауком к широким фланцам двух вертикальных труб соседних рядов, после сборки всех поперечных мостков одного уровня пара пауков поднимает по одной вертикальной трубе продольный мосток и приворачивает его по очереди к поперечным мосткам, далее в атмосфере планеты заполняют по очереди аэростаты горячим атмосферным газом, два или более паука берут концы тросов аэростатов и поднимаются по вертикальной трубе до места монтажа, прикрепляют второй парой конечностей рук трубообразные ответвления вертикальных труб к трубам, держащим заслонки, далее таким же способом собираются по очереди остальные пояса ветролома, далее пауки возвращаются вниз, забирают по очереди секции провода молниеотвода и протягивают его вдоль вертикальных наклоненных труб и закрепляют на них, соединяют секции молниеотвода между собой.
Описание фигур
На фигурах представлены следующие изображения.
На фиг. 1 - общий вид космического лифта с аэростатами с высокой орбиты Земли, на фиг. 2 - вертикальный поперечный срез А-А участка правой половины башни космического лифта на границе двух поясов, на фиг. 3 - условный вид участка нижней части башни космического лифта изнутри из центра симметрии, на фиг. 4 - горизонтальный срез Б-Б участка правой половины башни космического лифта на границе двух поясов, на фиг. 5 - вид фундамента башни космического лифта, на фиг. 6 - космическая станция на вершине башни космического лифта, на фиг. 7 - устройство для защиты от ветра на поперечном разрезе В-В, на фиг. 8 - устройство для защиты от ветра на поперечном разрезе Г-Г, на фиг. 9 - устройство для защиты от ветра в продольном разрезе Д-Д в закрытом состоянии отклоняемых ветром пластин, на фиг. 10 - участок секции вертикальной наклоненной трубы на горизонтальном продольном разрезе Е-Е, на фиг. 11 - развернутая заготовка внутренней продырявленной трубки, на фиг. 12 - секция вертикальной наклоненной трубы на вертикальном поперечном срезе Ж-Ж, на фиг. 13 - подсоединение трубы с водяным паром к горизонтальной кольцеобразной трубе, на фиг. 14 - система охлаждения и конденсации водяного пара, на фиг. 15 - схема включения и выключения электродвигателей заслонки и вентилятора, на фиг. 16 - схема расположения электродвигателя заслонки, на фиг. 17 - соединение двух перпендикулярных тросов аэростата, на фиг. 18 - соединение двух концов троса аэростата, обмотанных вокруг горизонтальной трубы, держащей аэростат, на фиг. 19 - крепление кабины с пассажирами и грузом к спине робота, на фиг. 20 - сборочный паук, вид спереди, на фиг. 21 - сборка лифта с помощью паука, на фиг. 22 - крепление лестницы к горизонтальной трубе крупным планом, на фиг. 23 - подсоединение трубопровода теплоэлектростанции к вертикальной наклоненной трубе нижнего пояса, на фиг. 24 - вид на загнутые концы внутренних цельных трубок во фланце с поперечного среза наклоненной вертикальной трубы 3-3, на фиг. 25 - крепления трубообразных ответвлений к горизонтальной кольцеобразной трубе на вертикальном срезе И-И, на фиг. 26 - соединение звездчатых фланцев горизонтальных труб на вертикальном срезе И-И, на фиг. 27 - структура А-образной стойки на горизонтальном срезе К-К, на фиг. 28 - схема укладки арматуры в железобетоне, вид сверху до заливки бетона, на фиг. 29 - схема укладки арматуры в железобетоне, вид сбоку до укладки бетона, на фиг. 30 - распорка в действии при замене секции вертикальной наклоненной трубы, вид сбоку, на фиг. 31 - ухват распорки на трубе на горизонтальном срезе Л-Л, на фиг. 32 - поперечный горизонтальный срез распорки М-М, на фиг. 33 - соединение секций громоотвода, на фиг. 34 - общий вид космического лифта без аэростатов с ветроломами, аэростаты которых заполнены горячим атмосферным газом, с высокой орбиты Земли, на фиг. 35 - ветролом с наполненными горячим атмосферным газом баллонетами на горизонтальном поперечном срезе Н-Н, на фиг. 36 - ветролом с наполненными горячим атмосферным газом баллонетами на вертикальном продольном срезе О-О.
Цифрами на фигурах обозначены следующие детали.
На фиг. 1:1 - цилиндрическая башня лифта, 2 - ветроломы, 3 - космические станции, окруженные многослойными оболочками, на вершине башни, 4 - тепловые электростанции на поверхности Земли.
На фиг. 2-4: 5 - наклоненные вертикальные трубы, 6 - горизонтальная кольцеобразная труба, 7 - трубообразные ответвления горизонтальной кольцеобразной трубы для крепления наклоненных вертикальных труб и труб, держащих заслонки аэростатов, 8 - фланцы труб, 9 - кольцеобразные диэлектрические прокладки, 10 - трубы, держащие заслонки аэростатов, 11 - оболочка аэростата, 12 - тросы оболочки, 13 - центробежные вентиляторы, 14 - заслонки для горячего воздуха, 15 - заслонки для охлажденного воздуха, 16 - устройство для защиты аэростата от ветра, 17 - провод громоотвода, 18 - молниеприемники громоотвода, 19 - проводка регуляторов заслонок и вентиляторов, 20 - кольцеобразные углубления поверхности труб.
На фиг. 5: 21 - наклоненная вертикальная труба нижнего пояса, углубленная в отверстие в массивной стальной А-образной стойки, 22 - массивная А-образная стойка, 23 - нижняя граница бетонирования, 24 - железобетон, 25 - сваи, 26 - поверхность планеты, 27 - стальные стержни с резьбой, 28 - массивные гайки, 29 - отверстия под стержни 27 в стойке 22, 30 - трубопровод с нагретым воздухом от теплоэлектростанции, впадающий в трубу 21, 31 - отверстие под трубу 21.
На фиг. 6: 32 - лестница для подъема несущего робота, 33 - несущий робот, 34 - кабина с пассажирами и грузом, 35 - переходный отсек, 36 - космическая станция, 37 - наружный слой многослойной надувной оболочки с солнечными батареями, 38 - средний слой многослойной надувной оболочки, 39 - внутренний слой многослойной надувной оболочки, 40 - тросы, удерживающие слои оболочки, 41 - пристыкованный к станции 36 космический корабль, 42 - площадка для сидения несущего робота, 43 - трубообразный ответвление трубы 6, удерживающий площадку 42, 44 - перила площадки 42, 45 - трубообразный ответвление трубы 6, удерживающий переходный отсек, 46 - держатель лестницы 32, охватывающий трубу 6, 47 - держатель лестницы, охватывающий трубу 5.
На фиг. 7-9: 48 - отклоняемая ветром пластина, 49 - неподвижная стенка устройства для защиты от ветра 16, 50 - направление ветра снаружи, 51 - направление движения атмосферного газа внутри устройства для защиты от ветра 16, 52 - прошивка для крепления стенок 49 к оболочке аэростата 11, 53 - трубы для удаления атмосферного газа, 54 - направление удаления атмосферного газа через трубу 53.
На фиг. 10-12: 55 - наружные цельные трубки, 56 - средние цельные трубки, 57 - внутренние продырявленные трубки, 58 - внутренние цельные трубки, 59 теплоизоляционная трубка, 60 - антикоррозийное покрытие, 61 - кольца фланца, 62 - отверстия во внутренних продырявленных трубках, 63 - болты, 64 - диэлектрическое покрытие болтов, 65 - наружные сварные швы, 66 - развернутая заготовка трубки 57, 67 -внутренние сварные швы.
На фиг. 13: 68 - трубообразные ответвления наклоненных вертикальных труб с водяным паром для крепления огибающей трубы, 69 - огибающая труба, 70 - пластины крепления, 71 - ушки на люках-заглушках и пластинах крепления для привинчивания пластин 70, 72 - люки-заглушки на вертикальных наклоненных трубах с водяным паром, 73 - наклоненные вертикальные трубы с водяным паром.
На фиг. 14: 74 - верхнее окончание трубы с водяным паром 73, 75 - труба на нижнем конце радиатора, 76 - охладительные трубки радиатора, 77 - шипы на трубках радиатора внутри трубок с охлажденным воздухом, 78 - затеняющий щит, 79 - бак для жидкой воды, 80 - выключатель вентиляторов и насосов, 81 - кран для воды на космической станции, 82 - прозрачный съемный мешок для используемой или использованной воды, 83 - пробка для затыкания отверстия в мешке 82, остающегося после снятия мешка с крана, 84 - отверстия с клапанами для вставления рук, 85 - эластическое кольцо в дне мешка, охватывающее кран, 86 - направление освещения, 87 - труба для жидкой воды, 88 - насосы в виде осевых вентиляторов для жидкой воды.
На фиг. 15: 89 - колебательные контуры управляющих схем, 90 - антенны управляющих схем, 91 - колебательные контуры управляемых схем, 92 - катушки индуктивности включения и выключения электродвигателя вентилятора, 93 - электродвигатель вентилятора 13, 94 - электродвигатель заслонки, 95 - катушка индуктивности включения электродвигателя заслонки, 96 - ключ, замыкающий цепь для вращения в первую сторону электродвигателя заслонки, 97 - ключ, замыкающий цепь для вращения во вторую сторону электродвигателя заслонки, 98 - ключ, замыкающий цепь для вращения электродвигателя вентилятора, 99 - винтовой вал электродвигателя заслонки, 100 - кольцо с внутренней резьбой, соответствующей винтовому валу электродвигателя заслонки, 101 - шайба на конце винтового вала 99, 102 - держатель выключателя 96, 103 - держатель выключателя 97, 104 - держатели кольца 100, 105 - магниты на краях заслонки 14 и трубы 10,106 - провод, соединяющий заслонку с колебательными контурами 91.
На фиг. 17-18: 107 - внутренний болт, 108 - наружный болт, 109 - цилиндрическое отверстие с резьбой в болте 108, 110 - петли нижнего троса, 111 - петли верхнего троса, 112 - конец троса, направленный в сторону смотрящего на фигуру, 113 - конец троса, направленный в сторону от смотрящего на фигуру, 114 - трос, обвитый вокруг трубы 10, 115 - петли троса 114, обвитого вокруг трубы 10, 116 - тройной узел из концов троса, обвитого вокруг трубы 10.
На фиг. 19: 117 - пластина в корпусе спины робота, 118 - полка на спине робота, 119 - уголок для крепления полки, 120 - выступ кабины для крепления к спине робота, 121 - уголок на конце выступа 120.
На фиг. 20: 122 - головогрудь паука, 123 - брюшко паука, 124 - пятипалые передние манипуляторы рук, 125 - двупалые задние манипуляторы ног, 126 - видеокамеры для слежения за передними манипуляторами, 127 - видеокамеры для слежения за задними манипуляторами, 128 - ящик для инструментов, болтов и гаек.
На фиг. 21: 129 - пальцы ног паука, сомкнутые в кольцеобразных углублениях поверхности смонтированной трубы, 130 - ладони рук паука, держащие монтируемую трубу, 131 - ладонь руки паука, держащая болт, 132 - ладонь руки паука, держащая гайку.
На фиг. 22: 133 - шипы ступенек лестницы, 134 - нижние шипы вышестоящей секции лестницы, 135 - отверстие для вставления шипа 133, 136 - отверстие для вставления шипа 134, 137 - винты с головками, диаметр головок больше отверстий 135, 138 - вертикальные стержни лестницы, 139 - ушки на держателях 46 лестницы для навинчивания болтов.
На фиг. 23: 140 - пробка из теплоизоляционного материала, достигающая нижнего конца трубы 21.
На фиг. 24: 141 - треугольные выступы прокладок 9 между лучевыми пластинами, 142 - лучевые пластины, являющиеся загибами трубки 58.
На фиг. 25: 143 - опорные лучевые пластины снаружи горизонтальной трубы, являющиеся загибами трубок трубообразного ответвления 7, 144 - закрепительные лучевые пластины внутри горизонтальной трубы, являющиеся загибами трубок трубообразного ответвления 7, 145 - кольцеобразный вырез в теплоизоляционной трубке для установки закрепительных лучевых пластин, 146 - отверстие, ведущее из полости трубообразного ответвления 7 в полость горизонтальной кольцеобразной трубы.
На фиг. 26: 147 - соединительные лучевые пластины, являющиеся загибами трубок горизонтальной кольцеобразной трубы.
На фиг. 27: 148 - С-образные пластины, 149 - первичные П-образные пластины, 150 - вторичные П-образные пластины.
На фиг. 28-29: 151 - складные пластины арматуры, 152 - перпендикулярные пластинам 151 складные пластины арматуры, 153 - концевые соединения соседних пластин арматуры одного ряда, 154 - свободные концевые пластины ряда без соединения 153.
На фиг. 30-32: 155 - балка распорки, 156 - ухваты, 157 - секция вертикальной наклоненной трубы, лежащая ниже изъятой секции, 158 - секция вертикальной наклоненной трубы, лежащая выше изъятой секции, 159 - пластины, составляющие ухват, 160 - П-образные пластины, составляющие балку, 161 - временные пробки.
На фиг. 33: 162 - металлический цилиндр на соединении секций громоотвода, 163 - нижний конец провода вышележащей секции громоотвода, 164 - диэлектрический держатель цилиндра 162, 165 - диэлектрические держатели концов проводов секций громоотвода, 166 - верхний конец провода нижележащей секции громоотвода, 167 - винты крепления концов провода к цилиндру 162, 168 - ушки для болтов с гайками на держателях 164, 165.
На фиг. 35-36: 169 - вертикальные трубы с горячим атмосферным газом, 170 - поперечные мостки, соединяющие вертикальные трубы 169, 171 - продольные мостки, 172 - аэростаты с горячим атмосферным газом в составе ветролома, 173 - широкие фланцы для привинчивания поперечных мостков 170.
Космический лифт (фиг. 1) представляет из себя полую цилиндрическую башню 1, окруженную ветроломами 2. Ветроломы достигают высоты до 14 км и огораживают башню от ветров, отклоняя набегающий на башню ветер в сторону. Конструкция ветролома, содержащего аэростаты с гелием, подробно описана в изобретении уровня техники пункт 14. Вес нижней части башни лифта при ее строительстве на Земле из стали компенсируется выталкивающей Архимедовой силой тепловых аэростатов или аэростатов с гелием, которые расположены снаружи башни, образуя ее наружную стенку. Горячий атмосферный газ в тепловые аэростаты поступает от тепловых электростанций 4 на поверхности Земли по трубам в составе башни. Гелий в аэростаты с гелием поступает с поверхности Земли из хранилищ гелия по трубам в составе башни не постоянно, а периодически для подкачки аэростатов, которые постепенно теряют газ, просачивающийся через оболочки аэростатов. При строительстве башни лифта на Земле из графена или жемчужного пластика или других современных сверхлегких сверхпрочных материалов, а также при строительстве башни лифта на других планетах земной и лунной группы аэростаты могут отсутствовать. Башня содержит 4 или более космические станции 3, окруженные многослойными надувными оболочками. Башня лифта 1 без аэростатов показана на фиг. 34. Такой лифт на Земле окружается ветроломами 2, имеющими в своем составе тепловые аэростаты, поэтому такие ветроломы на фиг. 34 окружены тепловыми электростанциями 4, которые выдают горячий атмосферный газ для тепловых аэростатов ветроломов.
На фиг. 2-6 показан общий вид конструкции башни космического лифта на Земле при ее строительстве из стали.
На фиг. 2 изображен вертикальный поперечный срез А-А участка правой половины башни космического лифта на границе двух поясов. Пояс - это участок башни космического лифта между двумя горизонтальными кольцеобразными трубами 6, включая верхнюю трубу 6 и исключая нижнюю трубу 6. На фиг. 2 разрез сделан в узле трубы 6, то есть месте, где к ней крепятся снизу две наклоненные вертикальные трубы 5 нижележащего пояса, а сверху к ней крепятся две наклоненные трубы 5 вышележащего пояса. Высота пояса 50 м, высота труб 5 более 50 м, так как они не вертикально прямые, а имеют наклон (пример конкретной длины труб приведен в расчетной части в конце описания). Трубы 5 и 6 монтируются из секций по 10 м, которые содержат на концах фланцы 8, между фланцами расположена диэлектрическая кольцеобразная прокладка 9, которая необходима, чтобы ток из ионосферы не мог свободно течь по трубе до поверхности планеты, прокладки 9 создают сопротивление току из ионосферы. Труба 6 имеет пары трубообразных ответвлений 7 сверху и снизу для крепления вертикальных наклоненных труб 5 и трубообразный ответвление 7 снаружи справа для крепления трубы 10, держащей заслонку 14 теплового или гелиевого аэростата и вентилятор 13 для подачи горячего атмосферного газа в аэростат. Трубы 5, 6 имеют в стенках снаружи кольцеобразные углубления 20 для того, чтобы пальцы ног и рук монтирующих трубу пауков могли цепляться за трубу. Тепловой аэростат представляет из себя оболочку 11, стянутую кевларовыми тросами 12. Оболочка приклеена к трубе 10 и место склеивания стянуто обернутым вокруг трубы тросом 12. Оболочка теплового аэростата снизу имеет отверстия, в которые вставлены еще одни трубы 10 с вентиляторами 13 и заслонками 15 для удаления охладившегося атмосферного газа, когда сверху поступает через заслонку 14 нагретый атмосферный газ. К оболочке снаружи пришиты цилиндрические устройства для защиты от ветра 16, более подробно описанные ниже. Для отведения грозового разряда вдоль труб 5 спускается провод громоотвода 17, он продолжается вдоль оболочки аэростата и охватывает ее. Провод имеет в своем составе молниеприемники 18 в виде острых штырей. К оболочке под проводом 17 пришита углеродная дорожка. Трос 17 оканчивается металлической пластиной, врытой в грунт планеты в нескольких десятках метров от лифта. Кевларовые тросы аэростата 12, параллельные трубам 6, крепятся своими концами во углублениях 20 труб 5. Это позволяет сделать дополнительные соединения между трубами 5 одного пояса.
На фиг. 3 символически изображен общий принцип компоновки вертикальных наклоненных труб 5: снизу находятся более толстые трубы, которые кверху становятся постепенно толще. Периодически количество труб в поясе уменьшается путем подсоединения пар труб не к каждому узлу пояса, а через узел. В расчетной части предложено менять толщину труб через каждые 20200 м, через 404 пояса. Но на небольшом листе бумаги крупно такую картину изобразить невозможно из-за большого количества поясов, поэтому изображение условное, демонстрирующее только общий принцип расположения наклоненных труб, который более подробно описан в расчетной части. На фиг. 3 показано также расположение аэростатов, их оболочки виднеются, заслоненные трубами 5, поскольку изображение демонстрирует вид изнутри башни, а аэростаты расположены вдоль наружной стенки башни.
На фиг. 4 изображен горизонтальный участок трубы 6. Из-за большого радиуса трубы 6 этот участок выглядит прямолинейным. На фиг. 2,4 хорошо видны в верхней части наклоненных вертикальных труб 5 в месте их подсоединения к трубообразным ответвлениям 7 горизонтальной кольцеобразной трубы 6 центробежные вентиляторы 13 для подкачки нагретого атмосферного газа или гелия в аэростат. Их лучше устанавливать под горизонтальной кольцеобразной трубой 6, чтобы активизировать подачу нагретого атмосферного газа или подъемного газа в аэростат. Без вентиляторов 13 давление в верхней части трубы будет слишком низким, чтобы заполнять аэростаты в верхней части башни лифта. Вентиляторы 13 питаются напряжением по проводам 19, закрепленным внутри труб 5 и 6. Тепловой аэростат имеет большой объем, поэтому крепится на нескольких трубках 10 с заслонками 14, присоединенных к трубообразным ответвлениям 7 горизонтальной трубы 6, и имеет несколько заслонок 14, 15. Остальные детали такие же, как на фиг. 2. При строительстве башни лифта без аэростатов горизонтальная кольцеобразная труба 6 имеет только трубообразные ответвления 7 для подсоединения вертикальных наклоненных труб, ответвлений 7 для подсоединения труб 10 она не имеет.
На фиг. 5 показан вид фундамента башни космического лифта. В дно котлована, вырытого на поверхности планеты, вбиваются сваи 25, далее на них укладывается слой железобетона 24 до нижней границы 23, далее на этот слой ставятся А-образные стойки, под них тоже укладывается железобетон. Имеется в виду, что над перекладиной буквы А в стойках нет пустого пространства, там тоже металл. Затем по бокам стойки засыпаются вырытым грунтом планеты. Трубки 5 нижнего пояса имеют особую форму, поэтому обозначены как трубы 21. Они имеют массивный фланец 8 не на конце трубы, а на высоте погружения трубы 21 в цилиндрическое отверстие 31 в верхней части стойки 22. Стойка 22 имеет также цилиндрические отверстия 29 с резьбой внутри, в которые вворачиваются стержни 27 с соответствующей резьбой снаружи, на которые наворачивается несколько гаек 28. Стержни 27 с гайками 28 неподвижно фиксируют трубу 21 в наклоненном положении. В трубу 21 впадает труба 30, подводящая нагретый атмосферный газ в трубу 21 и выше по системе труб. Подробнее место соединения изображено ниже. Фундамент почти не отличается от фундаментов других высотных объектов, отличия, прежде всего, количественные: более толстый слой железобетона, более длинные сваи.
На фиг. 6 показана верхняя часть башни космического лифта со станцией 3, состоящей из собственно корабля космической станции 36, окруженной оболочками 37,38, 39, стянутых между собой тросами 40. Под внутренней оболочкой атмосферный газ имеет наибольшее давление, затем оно уменьшается от оболочки к оболочке, как описано в изобретениях уровня техники пунктов 8, 9. Передний и задний стыковочные узлы станции высовываются из оболочки 37, поэтому к ним могут стыковаться космические корабли 41. Станция 36 пристыкована к переходному отсеку 35. Верхняя кольцеобразная горизонтальная труба 6 имеет несколько трубообразных ответвлений 45, к которым через фланцы крепится переходный отсек 35. Охваты труб 5 и 6 с держателями 47 и 46 соответственно, подробно описанные ниже, удерживают в вертикальном положении простую металлическую лестницу 32, состоящую из двух вертикальных стержней и поперечных ступенек-перекладин между ними. На фиг. 6 на лестнице 32 стоит человекообразный несущий робот 33, похожий на робота FEDOR (уровень техники пункт 23), но более крупный и упрощенный до функции лазить по лестнице, садиться и т.п.. На спине робота закреплена кабина 34 с пассажирами и грузом. Крепление кабины описано ниже. В верхнем положении при достижении роботом 33 верхнего конца лестницы 32, кабина 34 упирается в переходный отсек 35 и пристыковывается к нему через обычный стыковочный узел, описанный, например, в уровне техники пункт 12. Чтобы по лестнице 32 могли одновременно подниматься и спускаться несколько роботов 33 для увеличения грузооборота между поверхностью планеты и станцией наверху лифта, лестница оборудована площадками 42 для сидения несущего робота 33. Если один робот опускается, а второй навстречу ему поднимается по лестнице, то один из них освобождает путь второму, садясь на площадку 42. Таких площадок оборудовано несколько рядом с лестницей 32 на разной высоте. Площадка 42 представляет из себя металлический прямоугольник, снабженный перилами 44, привинченный к фланцам 8 нескольких верхних трубообразных ответвлений 43 трубы 6. Площадки оборудованы средствами зарядки аккумуляторов робота, для этого вдоль лестницы 32 протянуты электрические провода, которые подсоединены к зарядным устройствам (уровень техники п. 32, 33) на площадках.
На фиг. 7-9 в подробностях изображено устройство для защиты от ветра 16. Оно представляет из себя цилиндр, стенка которого на поперечном срезе делится на 4 равные части. Более жесткие и неподвижные противостоящие части 49 чередуются с более гибкими пластинами 48. Одна из стенок 49 пришита к оболочке 11 прошивками 52 с герметизацией мест прокола клеем. С одного конца, условно считающегося нижним, цилиндр имеет противостоящие трубы 53 для удаления атмосферного газа. Порыв ветра с направлением 50 изгибает одну из пластин 48 внутрь, при этом эта пластина 48 заслоняет собой вход атмосферному газу в трубу 53 с подветренной стороны. Атмосферный газ не может отклонить противоположную пластину 48, поскольку она заходит на стенку 49 и упирается в нее. Поэтому атмосферный газ завихряется внутри устройства с направлением течения 51 и устремляется к единственному выходу в противостоящей трубе 53 с направлением выхода 54. В трубе 53 скорость ветра в направлении 54 больше, чем в направлении 50, поскольку весь атмосферный газ, собранный вдоль всей высоты устройства 16 устремляется в небольшой просвет трубы 53. Загнутая ветром пластина 48 придает устройству 16 импульс, направленный в ту же сторону, что и ветер 50, а вылетающий из трубы 53 поток 54 придает устройству 16 импульс, противоположный направлению ветра 50, импульсы уравновешивают друг друга, и устройство 16 фиксируется на месте, фиксируя и аэростат в целом. Устройства 16 устанавливаются по периметру аэростата, параллельно трубам 6 и перпендикулярно им. Поэтому с какой стороны аэростата вдоль оболочки не подул бы ветер, они его улавливают и фиксируют аэростат на месте. Ветер вдоль оболочки может дуть только в двух направлениях, соответственно он будет отклонять пластину 48 с одной из двух сторон. Если ветер дует со стороны стенок 49 или в перпендикулярном направлении направлению 50 вне плоскости рисунка, то он улавливается устройством 1, расположенным перпендикулярно рассматриваемому устройству 16 вдоль других периметров аэростата.
На фиг. 10-12 и 24 подробно показано строение вертикальной наклоненной трубы 5 лифта, вертикальная наклоненная труба 21 выглядит аналогично. Места соединения таких труб подробно показаны на фиг. 23. Трубу желательно делать из сверхпрочного материала. Это может быть сверхпрочная сталь, графен, жемчужный пластик или любой другой вновь открытый сверхпрочный материал. Сообщения об открытии новых сверхпрочных материалов появляются в интернете по нескольку раз в год. Возможно делать трубу из единого куска материала, например из графена или режущей стали старых марок. Но если делать трубу их сверхпрочной стали или жемчужного пластика, то для сохранения свойств этих материалов ее делают из тонких листов. Достоинством изготовления трубы из отдельных листов является то, что если труба треснет от перегрузки на каком-то отдельном участке, трещина распространиться не по всему массиву трубы, а только по одному слою материала, и в целом труба останется не треснутой. Если труба делается из сверхпрочной стали (согласно уровню техники пункт 15), то берутся листы прокатной стали длиной 10 м и шириной, равной длине окружности будущей трубы, толщиной 0,5 мм. Можно обрабатывать листы стали до 2 мм, облучая их лазером и электронами с двух сторон на глубину 1 мм, но такие листы до облучения тяжело гнутся, поэтому для изготовления трубок 55-58 берутся более тонкие листы. В листах стали, которые будут составлять внутренние продырявленные трубки 57, фрезой или иным способом делаются периодические круглые отверстия, как показано на фиг. 10. Они нужны для уменьшения веса трубок 57 и экономии материала. На прочность трубок они мало влияют, поскольку нагрузка распределяется вдоль цельных частей трубок. Для изготовления наружных трубок 55 берутся листы стали длиной порядка 1 м, а не 10 м. В краях заготовок трубок 58 делаются отверстия под болты. Далее листы изгибаются и свариваются с образованием трубок 55-58. Далее листы облучаются лазером и электронами из электронной пушки и ионами. Поскольку глубина такой обработки составляет 1 мм, толщина листа в 0,5 мм позволяет трубку сделать полностью сверхпрочной. Трубки 55-58 отличаются друг от друга по диаметру на 0,5 мм. Это позволяет их вставлять друг в друга, заколотив, с образованием целой толстостенной трубы с толщиной стенок 22-54 мм (фиг. 10,12). Внутренние сварные швы 67 отдельных трубок располагаются так, чтобы в случае какой-нибудь экстремальной нагрузки на трубу по месту расположения шва 67 разошелся только один шов, а другие швы сохранились, что достигается расстоянием между швами не менее 10 см.
Для образования фланцев 8 трубы 5 или 21 в случае ее изготовления из сверхпрочной стали сначала изготавливаются кольца 61 из прокатной стали с внутренним диаметром отверстия, равным внутреннему диаметру самой внутренней трубки 57. Толщина колец может достигать 2 мм. Далее в кольцах изготавливаются отверстия под болты. Далее кольца облучаются с двух сторон лазером, электронами и ионами на глубину до 1 мм, что позволяет сделать сверхпрочным кольцо 61 на всю толщину. Далее кольца одеваются на трубки 58 и прижимаются к торцам трубок 55-57. Трубки 58 длиннее трубок 56,57, поэтому высовываются за их пределы. Далее кольца по бокам фланца 8 привариваются друг к другу, к торцам трубок 55 с образованием швов 65. Трубки 58 перед установкой их внутрь трубы облучаются не полностью. Концы их остаются не облученными. После установки колец 61, концы трубок 58, высовывающихся за пределы колец надрезаются и загибаются и привариваются к нижележащему кольцу 61 и к нижележащим слоям 58 по очереди так, чтобы отверстия под болты в образованных таким способом лучевых пластинах 142 (фиг. 24) совпали с отверстиями под болты в кольцах 61. По очереди по мере загибания загнутые лучевые пластины 142 и места сварки облучаются лазером, электронами и ионами. Чтобы пространство между лучевыми пластинами было заполнено, кольцеобразная диэлектрическая прокладка 9 сверху и снизу имеет треугольные выступы 141, попадающие между лучевыми пластинами 142. Далее в трубу устанавливается (вбивается) теплоизоляционная трубка 59, высота которой равна длине трубок 56-57 плюс толщина фланцев 8, состоящих из колец 61 и лучевых пластин 142, и плюс половина толщины прокладки 9 без выступов. Далее трубка 59 красится изнутри с образованием слоя 60. Соединение фланцев 9 производится уже при монтаже лифта болтами 63, имеющими диэлектрическое покрытие 64, которое, как и диэлектрическая прокладка 9, предохраняет трубу лифта от течения тока из ионосферы в грунт планеты. Для большей прочности соединения используется не одна гайка, а по три гайки на один болт. Болты несут у вертикальных труб малую нагрузку, поскольку секции труб 5 друг к другу прижимает гравитация планеты, боковые нагрузки незначительны. В результате получается труба, изображенная на фиг. 10, 12, 24. Наружные трубки 55 располагаются на расстоянии порядка 1 см друг от друга с образованием между ними кольцеобразных углублений 20. Если вставлять по 12 трубок 55 друг в друга толщиной 0,5 мм каждая, то глубина углублений будет достигать 6 мм. Возможно делать и более глубокие углубления, устанавливая более 12 трубок 55. Верхние и нижние края углублений обрабатываются сваркой и облучаются лазером, электронами и ионами. Следующие трубки 56 делаются из цельных листов металла без отверстий. Их устанавливают не менее двух. Первая защищает трубу от коррозионных внешних воздействий через углубления 20, дном которых она является. А вторая трубка 56 запасная, она будет защищать внутренние слои от коррозионных воздействий через углубления 20 в случае повреждения первой трубки 56. Но основную нагрузку в защите от коррозионных воздействий несет на себе наружная трубка 55, поэтому ее надо облучать не только электронами, но и ионами. Далее идут несколько слоев продырявленных трубок 57. Они составляют наибольшую часть толщины трубы, их показано на фиг. 10, 12 5 штук, но это чисто символически, в действительности их больше. Чем тоньше стенка, тем меньше трубок 57 в ее составе. Далее идут две цельные внутренние трубки 58, они защищают внутренние слои трубы от внутреннего коррозионного воздействия нагретого воздуха или водяного пара в случае повреждения трубки 59, поэтому трубки 58 тоже облучают не только электронами, но и ионами. Далее следует теплоизоляционная трубка 59. Она сделана из материала с низкой теплопроводностью и предназначена для избегания утечек тепла и для защиты трубок 58 от коррозии. Толщина ее стенки может достигать нескольких сантиметров. Снаружи трубка 59 покрыта антикоррозионным покрытием, например, краской. Трубки 59 и слой 60 отсутствуют в лифтах без аэростатов, а также в лифтах с аэростатами на высоте выше аэростатов, то есть выше 12 км. На фиг. 10 показано условно только два кольца фланцев 61, но реально их больше. Внутри труб протянуты провода 19 на скобах, держащихся на длинных винтах, ввинченных в трубки 59.
Возможно изготовление трубок 55-58 и колец 61 не из стали, а из более легких металлов типа титана, алюминия, которые тоже можно облучать лазером, электронами и ионами, и в состав которых тоже можно включать фуллерены. Но поскольку материалы, которые получаются в результате такой обработки, в открытой печати не описаны, можно только предполагать, какими они будут обладать свойствами. Во сколько раз плотность сверхпрочного материала меньше плотности сверхпрочной стали, во столько раз меньшую прочность он должен иметь по сравнению со сверхпрочной сталью, чтобы из него строить космический лифт.
В случае изготовления труб 5,6 из графена они печатаются целиком без слоев на 3D-принтере из хлопьев графена. Чтобы получилась труба длиной 10 м, необходимо, чтобы дно камеры для печати постепенно опускалось до высоты - 10 м, тогда с торца трубы будет происходить печать. Для этого достаточно иметь винт длиной 10 м и гайку, закрепленную на высоте - 10 м от дна камеры для печати. Винт будет постепенно вращаться и ввинчиваться в гайку, снижая высоту дна камеры для печати. Соединение дна камеры для печати и головки винта выполняется подвижным через кольцо под головкой винта, присоединенное через цилиндр к дну камеры для печати. При печати не образуются атомарные плоскости, как у графита, поэтому материал получается более прочный во всех направлениях приложения силы к нему.
В случае изготовления трубок 55-58 и колец 61 из жемчужного пластика в 3D-принтер заправляется вместо углерода порошок пластика, из него печатаются листы, в которых пластик уложен как в черепице, затем листы изгибаются в трубки, и их края свариваются друг с другом подобно тому, как свариваются края политехнических труб. В остальном с листами жемчужного пластика проделываются те же действия, что описаны со сталью, отличия только в том, что листы пластика легче и толще стальных листов, в них легче делать отверстия. Отверстия в жемчужном пластике можно закладывать в программу печати на 3D-принтере, чтобы не вырезать их отдельно.
Трубообразные ответвления 7 получаются при изготовлении из стали следующим образом. При изготовлении труб 5 или 6 в прокатных стальных листах до их соединения в трубки вырезаются крупные отверстия по внешнему диаметру будущего ответвления трубы с учетом толщины его стенок. Трубки 55-58 трубообразного ответвления 7 вставляются друг в друга. Потом изготавливаются труба подобно тому, как это описано при обсуждении фиг. 10-12, но более короткая длиной порядка 50 см. Также эта труба не имеет колец 61 в месте соединения с трубой 5 или 7. Места соединения трубообразного ответвления 7 с отверстием трубы 5 или 6 полностью звездообразные, не круглые, они состоят из загибов трубок, как это показано на фиг. 25. Для опоры трубообразного ответвления 7 с трубой 5 над ним или под ним первый имеет опорные лучевые пластины 143, находящиеся снаружи горизонтальной кольцеобразной трубы 6 и являющиеся загибами наружных трубок трубообразного ответвления. Для фиксации в отверстии трубы 6 трубообразное ответвление 7 имеет еще и закрепительные лучевые пластины 144, являющиеся загибами внутренних трубок трубообразного ответвления. Трубки трубообразного ответвления 7, изображенные на фиг. 25, аналогичны трубкам 55-58, обозначенным на фиг. 10,12. Для хорошего закрепления трубки с лучевыми пластинами 144 должны быть длиннее трубок с лучевыми пластинами 143 на толщину стенки трубы 6. Чтобы между теплоизоляционной трубкой 59 и стенками трубы 6 не образовывалась щель, теплоизоляционная трубка 59 имеет кольцеобразный вырез 145 на глубину, равную толщине лучеобразных ответвлений 144. В этот вырез убираются лучеобразные ответвления 144. Полость трубообразного ответвления 7 сообщается с полостью трубы 6 через отверстие 146. Лучеобразные ответвления привариваются друг к другу и к трубе 6. Место сварки лучевых ответвлений 143, 144 облучается лазерами, электронами и ионами. Теплоизоляционный слой 59 и слой 60 устанавливаются после закрепления трубообразного ответвления 7 в крупном отверстии трубы 6.
Труба 30 изготавливается и подсоединяется к трубе 21 подобно тому, как изготавливается и подсоединяется трубообразное ответвление (фиг. 23), но ответвлений 143 она не имеет, поскольку не является опорной. Отличие также в том, что до установки теплоизоляционного слоя 59 в трубу 21 в нее устанавливается теплоизоляционная пробка 140. Высота этой пробки равна расстоянию от трубы 30 до дна трубы 21, которое образует дно отверстия 31 в стойке 22. Это позволяет пробке 140 не проваливаться при любых перепадах давления в трубе 21. Это не экономно с точки зрения затрат теплоизоляционного материала, зато более надежно. Пробки, подобные пробке 140 стоят в трубах 5 крайнего пояса, напротив которого установлены самые верхние аэростаты, чтобы теплый воздух от теплоэлектростанций не поднимался выше этого уровня по трубам 5.
Кроме изготовления труб из графита цельные трубы 5 и 6 без отдельных трубок могут быть отлиты из старых режущих марок стали. Но в условиях Земли они не применимы, их можно применять только на планетах земной группы. Изготовление таким образом труб будет удешевлено. При изготовлении лифта из графита и жемчужного пластика стоимость изготовления труб будет дороже, чем из сверхпрочной стали. Возможно строить лифт из разных материалов, например, нижние секции - из стали, средние - из жемчужного пластика, верхние - из графена. Использование жемчужного пластика при изготовлении верхних секций нежелательно из-за более слабой устойчивости этого материала к перепадам температуры. Диаметр лифта из разных материалов будет задаваться нагрузкой на изгиб стали, поскольку он наибольший. При строительстве лифта без аэростатов в трубах отсутствуют теплоизоляционные трубки 59 о покрытием 60 и теплоизоляционные пробки 140, горячий атмосферный газ или подъемный газ по трубам не идет.
Крепление секций горизонтальной кольцеобразной трубы 6 отличается от крепления, показанного на фиг. 10 и изображено на фиг. 26. У вертикальных наклоненных труб отсутствует растягивающая нагрузка, нагрузка приложена сверху вниз, поэтому в их составе установлены кольца 61. Но горизонтальная кольцеобразная труба такую нагрузку испытывает, поэтому у нее загибаются концы всех трубок 55-58 с образованием соединительных лучевых пластин 147, кольца 61 отсутствуют. Форму кольца имеет только прокладка 9, а фланцы трубы имеют звездообразную форму и состоят из пластин 147. Прокладка 9 также у горизонтальной кольцеобразной трубы не имеет треугольных выступов, она полностью плоская.
Станции наверху лифта имеют водоснабжение с поверхности планеты. Поскольку достаточное количество воды есть только на Земле, то при строительстве лифта на других планетах Солнечной системы водоснабжение будет отсутствовать. Если подавать по трубе на высоту 101 км жидкую воду, то столб воды такой высоты будет иметь слишком большой вес, ни один материал трубы его не выдержит. Поэтому воду подают по отдельной трубе в парообразном виде, разогретую до температуры выше 100 градусов Цельсия. Для охлаждения пара и конденсации воды подают также по отдельной трубе к станции охлажденный воздух, пропущенный через холодильную камеру. По количеству станций имеется 4 трубы с водяным паром и 4 трубы с охлажденным воздухом. Эти трубы тоже не прямолинейные, а состоят из секций, которые сначала сходятся, а потом расходятся от пояса к поясу подобно трубам 5 на фиг. 3. Но в отличие от труб 5 полости труб с водяным паром и с холодным воздухом не соединены с полостями труб 6, и трубы с водяным паром и холодным воздухом огибают трубы 6, как показано на фиг. 13. Для огибания трубы 6 вместо фланцев трубообразного ответвления 7 трубы 6 на верхний фланец 8 вертикальной наклоненной трубы с водяным паром 73 ставится люк-заглушка 72 в виде металлического круга, покрытого теплоизоляцией внутри трубы. Люк-заглушка 72 имеет ушки 71. Чтобы труба 6 не испытывала нагрузки, она с двух сторон помещается между пластинами 70, которые несут нагрузку труб 73, лежащих выше. Пластины 70 тоже имеют ушки 71, в которые вместе с ушками 71 люков-заглушек продеваются болты 63, завернутые гайками 28. Для соединения полостей труб 73, лежащих выше и ниже трубы 6, трубы 73 имеют трубообразные ответвления 68, соединенные огибающей трубой 69, имеющей фланцевые соединения с ответвлениями 68.
Верхний конец 74 самой верхней трубы 73 с водяным паром соединен с трубой 75 радиатора (фиг. 14). Радиатор представляет из себя параллельные трубки из металла или иного материала с высокой теплопроводностью. Трубки 76 радиатора с водяным паром имеют снаружи шипы 77, которые вдаются в полость трубок с холодным воздухом. Шипы увеличивают поверхность теплообмена между трубками с холодным воздухом и водяным паром. Водяной пар охлаждается и конденсируется, насосами 88 смесь водяного пара с водой подается в бак 79, где вода окончательно конденсируется в результате расширения водяного пара. Далее насосами 88 по трубе 87 вода подается на космическую станцию 36. Радиатор с трубами 76 окружен со всех сторон затеняющими щитами 78 для защиты от нагрева от солнечного излучения. Щит 78, защищающий от направления излучения 86, изображен на фиг. 14. Щит 78 изготавливается из керамики, плохо проводящей тепло, в его тени удерживается комнатная температура (см. уровень техники пункт 21). В баке 79 и трубе 87 создана невесомость, поскольку высота 101 км находится выше точки невозврата. Поэтому вода не льется вниз, а движется по направлению, задаваемому насосами 88. Для электроснабжения насосов 88 и вентиляторов 13 имеется проводка 19, которая состоит из двух проводов, закрепленных внутри трубы на скобах, привинченных к трубке 59. На станции имеется выключатель 80, который выключает электрическую цепь с насосами 88 и вентиляторами 13 и прекращает поступление воды. Поэтому подача пара осуществляется на станцию не постоянно, а только тогда, когда надо набрать воды, только надо включать вентиляторы 13 трубы с паром заранее, чтобы она успела подняться снизу. Чтобы столб пара или холодного воздуха высотой 101 км не разорвал нижнюю часть трубы, вентиляторы 13 выключаются не одновременно, а по очереди. При выключении ключа 80 срабатывают катушки индуктивности с магнитами внутри, которые включают таймеры каждого вентилятора 13 трубы с паром и трубы с холодным воздухом. Чем выше находится вентилятор, тем на меньшее время таймер замыкает его цепь. В результате вентиляторы выключаются по очереди от верхнего к нижнему и пар или холодный воздух оседает постепенно вниз вслед за работой верхнего по очереди вентилятора.
Труба 87 оканчивается краном 81 на станции. Поскольку на станции невесомость, чтобы вода не разлеталась по станции, на кран 81 одевается прозрачный мешок 82, который вокруг отверстия для крана имеет эластическое кольцо 85, плотно охватывающее кран при одевании мешка на него. В стенке мешка 82 имеются отверстия с клапанами 84 для продевания рук. К мешку 82 на веревочке, чтобы не теряться, прикреплена пробка 83, которую вставляют в отверстие для крана, когда снимают мешок с водой с крана, тогда эластическое кольцо 85 охватывает пробку 83. Таким образом можно заполнять несколько мешков с водой.
Кроме воды таким способом можно подавать на станцию другие жидкости, например топливо.
На фиг. 15,16 показано подробно устройство заслонок 14 на держащих их трубах 10, подающих нагретый атмосферный газ в аэростаты, и заслонок 15 на держащих их трубах 10, отводящих охлажденный атмосферный газ из аэростатов. Устройства для подачи горячего атмосферного газа в аэростат и для отведения охлажденного атмосферного газа из аэростата выглядят одинаково на концах труб 10 и имеют в своем составе два электродвигателя: 94 - электродвигатель заслонки и 93 электродвигатель вентилятора 13.
На фиг. 15 показана система управления заслонкой и электродвигателем вентилятора. На поверхности Земли или иной планеты имеется управляющий центр. В нем установлены антенны 90 и колебательные контуры 89, состоящие из конденсатора, двух катушек индуктивности и реостата (обозначения стандартные). У каждого колебательного контура своя резонансная частота колебаний. В качестве приемной антенны сигнала, подаваемого с антенн 90, используется металлический корпус заслонки 14 или 15. Он может иметь параболически изогнутую форму, подобно спутниковой антенне, функции заслонки это не мешает. К нему присоединены два колебательных контура 91, состоящие из конденсатора, реостата и двух катушек индуктивности (обозначения стандартные). Резонансные частоты колебания каждого контура 91 равны резонансной частоте колебания парного ему контура 89. У двух контуров 91 частоты колебания не совпадают. Катушки индуктивности 92 имеют общий магнит, вставленный в них противоположными концами. Магнит присоединен к ключу 98. Когда антенна 90 с контура 89 подает сигнал на антенну-заслонку 14 или 15 в одном из контуров 91 возбуждается резонансный ток, силы которого достаточно, чтобы втянуть (или вытолкнуть) магнит 98 в катушку 92 этого контура и и замкнуть цепь двигателя 93, включив вентилятор. Если подается сигнал второй антенны 90 со второго контура 89, резонанс возникает во втором контуре 91, магнит ключа 98 выталкивается (или соответственно втягивается) из катушки 92 второго контура 91, цепь двигателя 93 размыкается, и вентилятор 13 выключается. При подаче сигнала с первого контура 89 с первой антенны 90 на антенну-задвижку 14 или 15 в первом контуре 91 возникает резонансный ток, которого достаточно, чтобы вытолкнуть магнит из катушки 95, который замыкает ключ 96 цепи с электродвигателем 94, который открывает задвижку. По окончании открытия задвижки 14 или 15 ключ 96 цепи с электродвигателем 94 размыкается механически, как будет описано ниже. При подаче сигнала со второго контура 89 со второй антенны 90 на антенну-задвижку 14 или 15 во втором контуре 91 возникает резонансный ток, которого достаточно, чтобы вытолкнуть магнит из катушки 95 второго контура и замкнуть ключ 97 в цепи с электродвигателем 94. При этом включается ток обратной полярности через электродвигатель 94, он вращается в другую сторону и закрывает задвижку 14 или 15. По окончании закрытия задвижки 14 или 15 ключ 97 размыкается механически, как будет показано ниже. Одновременно открываются заслонки 14 и 15 у одного аэростата. Заслонки всех аэростатов не открываются одновременно, поскольку тогда не хватит горячего атмосферного газа на все аэростаты, а открываются по очереди циклически сначала заслонки нижнего пояса, затем второго, затем третьего и так до последнего, потом все повторяется сначала.
На фиг. 16 показана задвижка 14 крупным планом. Задвижка 15 выглядит точно так же. Электродвигатель 94 имеет вал 99 в форме винта. На конце вала неподвижно закреплена шайба 101. Вал продет в кольцо 100 с внутренней резьбой, соответствующей резьбе вала 99. Кольцо 100 закреплено неподвижно с помощью держателя 104, который прикреплен к корпусу трубы 10 изнутри. К держателю 104 прикреплены также неподвижно держатель 102 ключа 96 и держатель 103 ключа 97. Между ключами 96 и 97 на держателе 104 располагаются колебательные контуры 91, которые соединены проводом 106 с заслонкой 14. Провод 106 имеет запас длины, чтобы при открытии заслонки 14 не порваться. Питание к двигателю 94 и контурам 91 подается по проводу 19 с поверхности планеты. В крайних положениях заслонки шайба 101 упирается в ключ 96 или ключ 97, механически размыкая их и не позволяя им замкнуться в случае ошибочного повторного сигнала с поверхности планеты. На торце трубы 10 и на краях заслонки 14 установлены магниты 105, которые у заслонки и трубы соответствуют друг другу, и которые, примагничиваясь, обеспечивают более плотное закрывание заслонки. Сила, с которой открывается заслонка, должна быть больше силы притяжения магнитов 105.
На фиг. 17 показано соединение двух перпендикулярных кевларовых тросов, охватывающих аэростат в двух направлениях. Внутренний болт 107 ввернут в наружный болт 108, который имеет для этого цилиндрическое отверстие 109 с резьбой на своем торце. Между головками болтов 107 и 108 зажаты петли обернутых вокруг болта 108 тросов. Трос 12 обернут с образованием петель 110. Перпендикулярный ему трос обернут с образованием петель 111. Конец 112 перпендикулярного к тросу 12 троса направлен навстречу зрителю фигуры 17 перпендикулярно плоскости изображения. Конец 113 перпендикулярного тросу 12 троса направлен от зрителя фигуры 17 перпендикулярно плоскости изображения. Основную нагрузку несет болт 108, который толще троса 12 и перпендикулярного ему троса, следовательно он может выдерживать большую нагрузку в отличие от случая, если бы тросы были связаны друг с другом (например, обвязка одним тросом другого показана в изобретении уровня техники пункт 20).
На фиг. 18 показано соединение двух концов кевларового троса 114, обернутого вокруг трубы 10 и прижимающего края оболочки 11, приклеенной к трубе 10, к трубе 10. Соединяемые концы троса 114 обертываются между болтами 107 и 108, устроенными так же как болты на фиг 17 и ввернутыми друг в друга, с образованием петель 115, сжимаемых головками болтов 107 и 108, и завязываются тройным узлом 116. При такой конструкции основную нагрузку также несет болт 108, более толстый, чем трос 114, поэтому болт 108 способен нести большую нагрузку, чем если бы трос был связан без болта.
На фиг. 19 показано, как кабина 34 с пассажирами и грузом крепится к спине несущего робота. Корпус робота имеет в своем составе на спине пластину 117. К ней привинчены массивными болтами 63 с двумя гайками 28 у каждого болта два параллельных уголка 119, на которых лежит полка 118. Кабина 34 упирается в полку, которая несет основную нагрузку по удержанию кабины. Чтобы кабина не поворачивалась, у нее имеются два выступа 120, имеющие уголки 121 на концах. В каждом уголке имеется два отверстия для привинчивания двух болтов, у каждого из которых имеется пара гаек, к пластине 117 на спине робота. Второй болт не попал в срез на фиг. 19, он находится рядом с нарисованным болтом на уголке 121 ближе к зрителю фигуры 19 перед плоскостью изображения.
На фиг. 22 показано крупным планом крепление лестницы 32 к трубе 6, изображенное более мелко на фиг. 6. Лестница состоит из двух вертикальных стержней 138, которые имеют периодические отверстия 135, в которые вставляются шипы 133 на концах поперечных перекладин, служащих ступенями лестницы. Чтобы вертикальные стержни 138 не разошлись в стороны с падением ступенек, в торцах шипов 133 сделаны отверстия с резьбой, в которые ввернуты винты 137. Головки винтов 137 по диаметру больше отверстий 135, поэтому ступени лестницы зафиксированы. Вертикальные стержни 138 на нижних концах имеют шипы 134, а на верхних концах имеют отверстия 136 под эти шипы. Это сделано для того, чтобы стержни 138 соседних секций лестницы не сдвигались друг относительно друга в поперечном направлении. Держатель лестницы 46 состоит из двух полуколец с ушками 139, имеющими отверстия для болтов 63 с гайками 28. Внутренний диаметр полуколец держателя 46 равен внешнему диаметру трубы 6. Держатель 46 имеет выступы в форме колец, соответствующие двум кольцеобразным углублениям 20 трубы 6, благодаря этому держатель 46 не сдвигается влево и вправо вдоль трубы 6. Держатель 47, охватывающий трубу 5 устроен подобным образом.
Громоотвод (фиг. 33) прикреплен к трубам 5 диэлектрическими держателями 164, 165, подобными держателям 46 и 47, но менее массивными, с одним выступом в форме кольца, соответствующим кольцеобразному углублению 20 и ушками для болтов с гайками 168. Секция громоотвода имеет в месте соединения концов проводов ниже и вышележащей секций 163, 166 длинный полый металлический цилиндр 162, закрепленный винтами 167 в отверстиях в цилиндре на концах проводов. Цилиндр и концы проводов обязательно крепятся к трубам 5 упомянутыми держателями. Держатели, подобные держателям 165, крепят провод громоотвода на всем его протяжении к трубам 5 и 6.
На фиг. 20-21 показан паук для сборки лифта в положении вида спереди в выключенном состоянии и в положении вида сбоку в работе. В уровне техники пункт 13 есть ссылка на изобретение, где подробно описаны манипуляторы копирующего типа. Подобные манипуляторы есть также на международной космической станции. Если между руками управляющего манипулятора, закрепленного на руках человека, и руками управляемого манипулятора расположить не провода, а приемную и передающую антенны, то управляемым манипулятором можно управлять дистанционно. Для того, чтобы можно было видеть, что делает манипулятор, имеются видеокамеры 126 для обзора передних верхних конечностей рук и видеокамеры 127 для обзора задних конечностей ног. Изображение с камер передается дистанционно на внутреннюю поверхность очков, одетых на глаза управляющим людям. Каждая пара конечностей управляется руками отдельного человека. Передние конечности рук имеют 5 пальцев и полностью соответствуют руке человека. Задние конечности ног имеют по два пальца, соответствующие большому и указательному пальцам на руке управляющего человека. Задними конечностями робот-паук поднимается по уже смонтированной нижней части трубы, вставляя два пальца в углубления 20 на трубе. Первой парой верхних конечностей рук 130 робот может взять монтируемую трубу, поставить ее в нужное положение, а второй парой передних конечностей рук 131 и 132 робот-паук берет болт и гайку из закрываемого ящика 128, закрепленного на головогруди 122, и соединяет установленную трубу, за которую держатся его ноги, и монтируемую трубу друг с другом. Горизонтальные трубы монтируются аналогично, только в горизонтальном положении. Перед монтажом паук несет монтируемую трубу в передних конечностях рук, а задними конечностями ног он лезет по трубам до места монтажа. Чтобы руки оператора не уставали нести монтируемую трубу, конечности рук должны иметь режим фиксации в заданном положении, когда руки отключены, но сохраняют последнее положение. Чтобы руки оператора не уставали при монтаже, держа ноги паука в одном и том же положении, конечности ног должны тоже иметь режим фиксации в заданном положении, когда ноги отключены, но сохраняют последнее положение.
Конечно, возможно сделать полностью автоматически работающего паука, но управляемый людьми паук более надежен, поскольку в непредвиденной ситуации автоматический паук может не найти выхода и сделать все неправильно, управление со стороны людей ему все равно понадобится. Робот FEDOR снабжен таким управлением, когда может копировать действия человека. Возможно такой режим сделать и для паука.
Таким образом, пауком управляет 4 человека. Поскольку подъем на большую высоту с секцией трубы в руках довольно нудное занятие, одним пауком может управлять несколько сменяющих друг друга четверок людей, чтобы пока одни управляют, другие отдыхали.
Робот-паук может осуществлять ремонт лифта. При выходе вентилятора из строя, о чем будут свидетельствовать датчики числа оборотов, передающие сигнал на пульт управления на поверхности планеты, паук возьмет распорку и поднимется на высоту к трубе, вентилятор которой не работает. Установит распорку так, чтобы она была опорой вместо временно изымаемой секции трубы. Для этого распорка (см. фиг. 30) в виде балки 155 имеет на концах два ухвата 156, подобные печным ухватам, но перпендикулярные балке и направленные в одинаковую сторону. Нижний ухват ставится на нижний фланец секции трубы 157, находящейся под изымаемой трубой. Верхний ухват ставится под верхний фланец секции трубы 158, находящейся над изымаемой трубой. Далее паук отворачивает болты, крепящие изымаемую секцию трубы к соседним секциям трубы. Далее паук крупным ножом отрезает треугольные выступы 141 прокладки 9 и провода 19, изымает секцию трубы с поломанным вентилятором внутри. Устанавливает пробки 161 в открытых оставшихся концах труб 157,158. Потом спускает изъятую секцию трубы вниз, другой паук поднимает вместо нее секцию с действующим вентилятором. Присоединяет провода вентилятора к отрезанным концам проводов 19. Приклеивает выступы 141, не присоединенные к прокладкам 9 новой секции трубы, между лучевыми пластинами 142 верхнего фланца нижележащей секции и нижнего фланца вышележащей секции, вставляет новую секцию трубы, при этом ее прокладки 9 снизу не имеют выступов 141 внизу, а прокладки 9 сверху не имеют выступов 141 наверху, затем привинчивает новую секцию болтами с гайками, после чего вынимает распорку и спускает ее вниз. На время работ трубы 30 перекрываются вентилями, чтобы новый горячий атмосферный газ не поступал в свободные после изъятия трубы концы труб 157, 158. Возможно также заменять секции горизонтальной кольцеобразной трубы. В таком случае ухваты распорки устанавливаются не впереди, а позади фланцев предпоследней перед изъятой секции, чтобы компенсировать нагрузку на расширение кольца горизонтальной кольцеобразной трубы. На фигурах 31-32 показана распорка в разрезе в том случае, если она сделана из сверхпрочной стали или жемчужного пластика. Тогда она набрана из П-образных пластин 160, которые на концах имеют большую длину и U-образно изогнуты с образованием пластин 159. Концы пластин 159 и 160 сварены сваркой и облучены лазером и электронами в местах сварки.
На фиг. 27 показана укладка пластин А-образной стойки в том случае, если она изготовлена из сверхпрочной стали или жемчужного пластика. Поскольку невозможно пока получить массивный кусок сверхпрочной стали или жемчужного пластика А-образную стойку в случае ее изготовления из сверхпрочной стали набирают из пластин толщиной 2 мм, которые можно облучить с двух сторон электронами на глубину 1 мм или в случае жемчужного пластика ее набирают из пластин толщиной в несколько миллиметров, чтобы уложить черепицеобразно. Сначала укладываются С-образные пластины 148 концами навстречу друг другу с образованием трубки, в которую вворачивается труба 21. С-образные пластины - это С-образно изогнутые длинные пластины, их длина равна длине концов труб 21, которые вставляются в А-образную стойку и упираются в железобетон, (при изготовлении А-образной стойки из цельного куска металла обычной стали трубы 21 упираются в сталь, а не в железобетон, поскольку отверстие для них не сквозное) Далее устанавливаются первичные П-образные пластины 149 так, что каждая следующая пластина охватывает одну предыдущую и развернута своими концами навстречу ее концам (фиг. 27). Когда пространство между С-образными пластинами полностью заполняется первичными П-образными пластинами, устанавливаются вторичные П-образные пластины 150, которые охватывают пары первичных П-образных пластин. Каждая следующая вторичная П-образная пластина также поворачивается своими концами навстречу предыдущей вторичной П-образной пластине. Концы вторичных П-образных пластин длиннее концов первичных П-образных пластин в 2 и более раза. В углах между Сообразными пластинами и первыми двумя первичными П-образными пластинами остается пространство, в которое вворачиваются стержни 27. Чтобы контакт стержней 27 со стенками углов был более плотный, первые две первичные П-образные пластины внутри и С-образные пластины снаружи имеют ряды выступов с шагом, равным шагу резьбы стержней 27.
В армировании железобетона в фундаменте башни лифта возможно также вместо обычной арматуры применить складные пластины арматуры из сверхпрочной стали (фиг. 28, 29). Пластины арматуры имеют толщину 2 мм, чтобы их можно было облучить электронами. Эти пластины изогнуты рядами и имеют в соседних рядах соединения 153. Они также имеют с двух краев ряды надрезов для установки перпендикулярных им складных пластин соседних слоев, которые также имеют ряды встречных разрезов. На фиг. 28,29 показана короткая коробка из перпендикулярных пластин 151, 152. Для строительной конструкции длина пластин 151 и 152 много больше показанной и равна протяженности конструкции, заливаемой бетоном. Достоинством предложенной конструкции является то, что пластины 151 и 152 не надо сваривать между собой, они закрепляются путем установки надреза в надрез, свариваются с соседними пластинами только концевые свободные пластины 154, которые не имеют соединений 153, и поэтому менее прочно скрепляются при отсутствии сварки. Расстояние между соседними пластинами ряда 151 или 152 меньше размера ботинка строителя, поэтому строитель может ходить по ним сверху и вставлять надрезы пластин 151 и 152 верхних рядов друг в друга. Несколько строителей или кран укладывают последнюю складную пластину сверху уже уложенных пластин, далее у верхних пластин 151 и 152 по краям конструкции разрезы вставляются друг в друга, далее строитель запрыгивает на уже установленную часть верхней складной пластины и вставляет остальные ряды верхней складной пластины в разрезы предпоследней складной пластины, продвигаясь вперед вдоль уже уложенной части верхней складной пластины. После укладки пластин они заливаются жидким бетоном, который проникает между пластинами 151 и 152.
Кроме того, место установки космического лифта ограждено ветроломами с возможностью экранировки от прямых потоков ветра. Ветролом с аэростатами, заполняемыми гелием, описан в уровне техники пункт 14. Ниже и в формуле изобретения описан ветролом с аэростатами, заполненными горячим атмосферным газом. Каждый такой ветролом (см. фигуры 35, 36) включает два изогнутых по направлению отклонения ветра ряда вертикальных труб 169 и отдельных вертикальных труб с краев рядов между рядами, внутри труб протянуты изолированные электрические провода и периодически не реже чем через высоту 50 м установлены радиальные вентиляторы, запитанные от этих проводов, трубы имеют периодические кольцеобразные углубления, между секциями вертикальных труб на фланцах находятся кольцеобразные диэлектрические прокладки, фланцы соединены болтами с диэлектрическим покрытием, трубы опираются на фундамент из свай, железобетона и А-образных стоек, трубы периодически через большой интервал высоты не менее 50 метров попарно соединены поперечными мостками 170, поперечные мостки одного уровня соединены между собой продольными мостками 171, мостки соединены между собой болтами с гайками через отверстия, между соседними по вертикали мостками и с противоположной стороны от мостков у каждой трубы 169 установлены тепловые аэростаты 172, каждый из которых подсоединен не менее чем в двух точках через трубообразные ответвления 7 к вертикальной трубе и через трубы 10 держащие заслонки 14 и вентиляторы тепловых аэростатов с возможностью при дистанционно открытых заслонках заполнения аэростатов горячим атмосферным газом от тепловых электростанций, находящихся у подножия ветролома, не менее одной трубы 10 с заслонкой 15 и вентилятором подвешено снизу каждого аэростата с возможностью при дистанционном открытии последней заслонки удаления охлажденного атмосферного газа из каждого аэростата, оболочки аэростатов стянуты пересекающимися под прямым углом тросами 12. Аэростаты в отличие от прототипа не имеют вращающихся трубообразных оболочек, но площадь щелей между аэростатами много меньше площади самых аэростатов, поэтому они загораживают пространство за ветроломом от большей части ветрового потока. Вдоль вертикальных труб и на аэростатах размещен провод молниеотвода с токоприемниками (на фиг. 35, 36 не показан, но выглядит точно так же, как на фигурах 2, 33), аэростаты снабжены устройствами для защиты от ветра 16, подобными изображенным на фигурах 7-9 с возможностью удаления атмосферного газа в сторону, противоположную направлению ветра, но не в сторону направления лифта, внутренние стенки труб содержат теплоизоляционные трубки, подобные трубкам 59, покрытые антикоррозионным покрытием 60. Дистанционное управление заслонками 14, 15 и вентиляторами рядом с ними осуществляется подобно тому, как было сказано при описании фигур 15, 16. Вес труб 169 компенсируется аэростатами 172, поэтому трубы могут быть сделаны из обычной стали или другого металла. Высота ветролома может достигать не более 14 км, выше выталкивающей силы аэростатов будет недостаточно, чтобы держать вес трубы с мостками.
Для строительства каждого ветролома роют котлован, забивают сваи, укладывают на них железобетон, устанавливают А-образные стойки по очереди, заливают под них железобетон по очереди, вставляют в отверстия в А-образных стойках нижние концы вертикальных труб нижнего пояса и прикрепляют эти концы к А-образным стойкам. А-образные стойки выглядят точно так же, как изображено на фигуре 5. Далее запускают подниматься по вертикальным трубам пауков, держащих в передней паре конечностей рук секцию монтируемой трубы, заткнутую с верхнего конца пробкой (пробка делается обычной в форме деревянного цилиндра), и вставляющих при восхождении пары пальцев четырех задних конечностей ног в кольцеобразные углубления на наружной поверхности труб, пауки вынимают пробки из верхних концов уже установленных труб. Труба 30 имеет вентиль, перекрывающий подачу горячего атмосферного газа, подачу газа перекрывают перед выниманием пробки из верхнего конца уже установленной трубы. Затем пауки устанавливают монтируемые секции труб на продолжении секций уже установленных труб первой парой конечностей рук, второй парой конечностей рук достают из ящика, закрепленного на головогруди, болты с гайками и скрепляют секции, паук, поднимающимся по вертикальной трубе поднимает поперечный мосток и приворачивает его вместе со вторым пауком к широким фланцам двух вертикальных труб соседних рядов, после сборки всех поперечных мостков одного уровня пара пауков поднимает по одной вертикальной трубе продольный мосток и приворачивает его по очереди к поперечным мосткам, далее в атмосфере планеты заполняют по очереди аэростаты горячим атмосферным газом, два или более паука берут концы тросов аэростатов и поднимаются по вертикальной трубе до места монтажа, прикрепляют второй парой конечностей рук трубообразные ответвления вертикальных труб к трубам, держащим заслонки, далее таким же способом собираются по очереди остальные пояса ветролома, далее пауки возвращаются вниз, забирают по очереди секции провода молниеотвода и протягивают его вдоль вертикальных наклоненных труб и закрепляют на них, соединяют секции молниеотвода между собой. Тросы аэростатов 172 ветролома к вертикальным трубам не крепятся, а связываются между собой и остаются свободно свисать. Имеется в виду, что аэростаты крепятся к более чем двум трубообразным ответвлениям, на фиг. 36 в силу малости изображения показано только два ответвления 7, держащие аэростат.
На фиг. 2, 4 представлен вариант аэростата, заполняемого горячим атмосферным газом. Вариант аэростата, заполняемого гелием, выглядит точно так же, но у него отсутствует заслонка 15 с ее трубой 10 и ее вентилятором 13 внизу аэростата, а также теплоэлектростанции 4 внизу лифта на поверхности Земли. Поскольку гелий постепенно просачивается через оболочку 11, возникает необходимость подкачивать аэростаты гелием, поэтому по трубам 5 и 6 подается гелий, который дополняет утерянный аэростатами гелий. Потребность в подкачке гелия существует не постоянная, поэтому большую часть времени вентиляторы 13 могут быть выключены и включаются только периодически для подкачки. Отключение вентиляторов осуществляется подобно отключению вентиляторов, качающих водяной пар и холодный воздух в системе водоснабжения, то есть по очереди сверху вниз по мере оседания гелия. Лифт предпочтительнее было бы строить из гелиевых аэростатов, но поскольку запасы гелия на Земле ограничены, из земного гелия может быть построен только один лифт. Чтобы не возникало конфликта между странами, которые хотят построить каждая себе лифт, из-за гелия для лифта, предусмотрена возможность строительства лифта из тепловых аэростатов. Первые лифты будут построены из тепловых аэростатов, а также без аэростатов, а когда начнется добыча гелия из атмосфер планет-гигантов, как это описано в уровне техники пункт 22, то станет возможным строительство большого количества лифтов с ветроломами, содержащими аэростаты из гелия. Недостатком тепловых аэростатов является то, что при сжигании топлива образуется углекислый газ. Остальные газы и пыль улавливают устройства по очистке выхлопов тепловых электростанций. Например, пыль почти полностью осаждается при ионизации выхлопного газа. Углекислый газ будет попадать в атмосферу и увеличивать парниковый эффект. Поэтому необходимо для переработки углекислого газа из атмосферы применять современные технологии, которые перечислены в уровне техники пункт 25.
По мере освоения технологий изготовления труб из сверхпрочной стали, графита, жемчужного пластика и других современных материалов будут строиться на Земле лифты без аэростатов. Сверхпрочная сталь, облученная электронами, графит и жемчужный пластик - материалы для военных технологий. Если военные не пойдут на примирение друг с другом, они будут держать изготовление этих материалов в секрете, тогда массового применения этих материалов в международной гражданской промышленности не будет и лифты из них будут строить только в странах, владеющих технологиями их изготовления, и работы с этими материалами, а аэростатные лифты из сталей, облученных ионами, будут строиться на экспорт из этих стран в страны, не владеющие технологиями сверхпрочных материалов (сверхпрочных сталей, облученных электронами, жемчужного пластика и графена). Но если удастся избежать серьезного военного противостояния, то технологии работы со сверхпрочными материалами распространятся по всему миру, и лифты с аэростатами станут редкостью.
На других планетах пока не найдены месторождения материалов, из которых можно было бы изготавливать секции лифта. Лунный реголит и марсианский песок при спекании песчинок в 3D-принтере образуют куски материала прочностью, сравнимой с прочностью гипса, поэтому для изготовления труб лифта они не пригодны. Если строить лифт из графена, то придется строить мощные солнечные электростанции на Луне или другой планете, завозить туда в спускаемых аппаратах космических кораблей графитовые хлопья и 3D-принтер для печати труб. Если строить лифт из металла или жемчужного пластика, придется кроме солнечных электростанций для сварки завозить в спускаемых аппаратах космических кораблей листы металла или жемчужного пластика и гнуть их в трубы. Размеры листов металла или жемчужного пластика ограничены размерами спускаемого аппарата, поэтому секции труб будут короче 10 метров, такие длинные секции возможны только на Земле. Если строить лифт на Луне или другой планете из старых марок стали или старых марок металлов, то трубы придется отливать на Земле и доставлять их на поверхность планеты. Печатать прочные трубы из старых видов сталей и старых видов металла на 3D-принтере еще не научились, но возможно еще научатся, тогда на другие планеты будет доставляться порошок старого вида стали или старого металла.
В конце заявки я хотел бы подробно остановится на новых возможностях использования космического лифта.
Лифт является более дешевым средством доставки грузов, чем ракета. Ему не требуются тонны топлива для взлета, достаточно зарядить аккумулятор в теле несущего робота. Не надо при каждом подъеме строить новую ракету. Учитывая, что робот может подниматься 365 раз в год после небольшого осмотра перед восхождением, затраты на строительство окупятся. Использование нескольких роботов на одной лестнице ускорит окупаемость проекта. Чтобы удешевить билеты на поездку в лифте, возможно строить его на собранные у добровольных жертвователей средства. Тогда в стоимость поездки не будет включаться выплата кредита за строительство.
Ракеты при их массовом запуске являются экологически опасным средством вывода груза на орбиту планеты и на орбиту вокруг Солнца. В настоящее время ежегодно осуществляется порядка 80 пусков ракет в год. При интенсивном космическом движении между планетами понадобится делать по 1000 пусков в год и больше. Выхлопные газы ракет загрязнят атмосферу Земли. В настоящее время начинают использовать новые компоненты топлива в ракетах, при сжигании этих компонентов в атмосферу выбрасываются углекислый газ и вода. Углекислый газ вызывает парниковый эффект, экологи борются за сокращение выбросов углекислого газа в атмосферу. В случае использования в качестве компонентов топлива водорода и кислорода возможна экологическая проблема другого рода. Водород и кислород получают электролитическим разложением воды. Запасы воды на планете ограничены, она требуется для бытовых нужд, не везде ее хватает. При массовых полетах на кислороде и водороде наступит обезвоживание планеты. Строительство лифта без аэростатов полностью решит экологическую проблему, строительство лифта с тепловыми аэростатами решит ее частично, поскольку понадобится утилизировать углекислый газ описанными в пункте 25 уровня техники способами.
Лифт экономит ракетное топливо. Для подъема кабины оно не требуется, а для разгона космического корабля, отстыковавшегося от вершины лифта, требуется меньше топлива, чем для взлета с поверхности Земли. Кроме того, для разгона можно использовать сжатый газ, например, азот или ионные реактивные двигатели. Спроектированы ядерные буксиры для подобных целей (см. уровень техники пункт 19).
Подъем кабины лифта происходит медленнее, чем взлет ракеты или шаттла, поэтому ее пассажир не испытывает перегрузок, что может быть полезно для транспортировки космических туристов, даже пожилые люди и дети смогут стать космическими туристами. Единственным противопоказанием для них окажется плохое перенесение невесомости. Турист может находиться в невесомости на борту космической станции на вершине лифта или на борту космического корабля, отстыковавшегося от нее, долгое время. Это продлит его удовольствие от нахождения в невесомости в отличие от суборбитального полета, где невесомость турист испытывает лишь краткое время. Подъем в кабине лифта стоит дешевле, чем взлет в ракете, а значит полет в космос станет доступен для людей со средним достатком, а не только для сверхбогатых людей.
С военной точки зрения станция на вершине космического лифта открывает новые возможности для ремонта поврежденных в бою космических аппаратов. Шаттл или свободно летающая космическая станция могут снять с орбиты и манипуляторами поместить в свой отсек поврежденный космический аппарат, экипаж может осмотреть этот аппарат, найти вышедший из строя блок. Но этот блок надо заменить на новый, такой же, который должен быть доставлен с Земли. Доставка занимает несколько месяцев. Пока построят новую ракету, это займет время. При наличии космической станции на вершине лифта, новый блок доставляется в течение суток в кабине космического лифта. Станций у лифта не менее четырех, следовательно, одновременно можно ремонтировать и запустить обратно 4 космических аппарата. С боевой точки зрения космический лифт является крупной удобной мишенью для любого снаряда, начиная от выстрела гранатомета и кончая крылатой ракетой. Но средства охраны и средства противовоздушной и космической обороны все совершенствуются, поэтому этот недостаток лифта компенсируется.
В настоящее время ведутся работы по созданию тросовых космических лифтов для доставки грузов на высокую орбиту Земли и на Луну (уровень техники пункт 7). Лифт описанной конструкции не мешает строительству и дополняет использование тросовых лифтов. Для доставки людей он более предпочтителен, так как он находится ниже радиационных поясов Земли, а его космическая станция обнесена многослойной надувной оболочкой, защищающей космонавтов от радиации, а по тросовому лифту человеку придется ехать через радиационные пояса Земли, где он получит высокую дозу облучения. Тросовый лифт имеет один канал для подъема груза вдоль троса, а низкоорбитальный лифт может иметь 4 и более лестницы, которые могут поднимать грузы одновременно. Низкоорбитальный лифт может поднимать более тяжелый груз, чем тросовый лифт, и опираются робот они на толстые стержни лестницы, а не на тонкую нить. Низкоорбитальный лифт может доставлять грузы с поверхности Земли до нижнего конца троса тросового лифта, протянутого с Луны, дополняя лунный тросовый лифт.
Космический лифт может оказаться полезен в сборе и переработке космического мусора. Космическим аппаратам, которые ловят космический мусор, чтобы гонятся за ним, нужно много топлива. Вместо того, чтобы осуществлять дорогостоящие запуски космических аппаратов с топливом на борту и дозаправлять с них мусоросборочные аппараты, последние можно пристыковывать к космической станции на вершине лифта и заправлять их там, и разгружать. Сейчас в планах руководства космического агентства России не сталкивать космический мусор с орбиты, чтобы он сгорел в верхних слоях атмосферы, и не сажать аппараты с комическим мусором на Землю, а разбирать космический мусор на отдельные узлы и строить из них новые аппараты прямо на орбите. Проблема в том, что наука быстро развивается. Те радиодетали, которые использовались на космических аппаратах 20-30 лет назад, в новых аппаратах не используются, придется их переплавлять в новые детали, что дешевле делать в условиях Земли. Низкоорбитальный космический лифт удешевляет доставку отслуживших космических аппаратов на Землю и подъем обратно сделанных из них новых космических аппаратов, становится рентабельно переделывать их на Земле. Сталкивать космический мусор с орбиты на Землю, означает терять ценные материалы вместе с деталями, добыча которых вновь дорога, хотя эта операция самая дешевая с точки зрения ее осуществления.
По сравнению с исследовательской космической станцией станция на вершине космического лифта имеет преимущество ежедневного обмена грузами с Землей. Это ускоряет исследования, поскольку исследователям не надо ждать несколько месяцев, чтобы доставить необходимое оборудование на станцию. На прикрепленной к вершине космического лифта космической станции лучше бытовые условия для космонавтов. Им не надо мыться, обтираясь мокрыми салфетками, они могут помыть руки водой из крана и спустится на выходные дни на Землю, чтобы помыться в бане.
Захоронение ядерных отходов на Земле, как правило, вызывает протесты рядом живущих людей, а в пустыне хранить ядерные отходы дорого, надо строить дороги и охладительные системы. Запускать корабль с ядерными отходами в космос опасно, поскольку при взлете он может потерпеть аварию, тогда радиоактивному заражению подвергнутся большие территории, где живут люди, животные и растения. Доставка ядерных отходов на орбиту с помощью лифта более надежна, чем в ракете. Перегрузив контейнеры с такими отходами из кабины космического лифта в космический корабль, а затем разгрузив его через такой же лифт на Луне, можно оставить эти контейнеры подальше от космического лифта на Луне, где никто не живет. Лифты строятся не только для доставки контейнеров с ядерными отходами, но и для других целей, которые окупят строительство лифта.
Космический лифт открывает также возможности для инновационных политических решений на Земле. Например, есть две конфликтующие страны, их надо примирить. Для этого их надо вовлечь в совместные проекты. Таким проектом может стать строительство космического лифта. Несколько лестниц космического лифта можно разместить на территории одной страны, а несколько - на территории другой страны. Космическую станцию на вершине лифта они смогут использовать совместно. Пример таких стран - это Южная и Северная Кореи. Космический лифт таким же образом можно использовать для увеличения связности территорий одной страны и межнациональных контактов в многонациональном государстве, если построить его так, что часть стоек находится на территории, где проживают люди одной национальности, а часть стоек - там, где проживают люди другой национальности, чтобы люди разных национальностей пользовались станцией на вершине космического лифта. Примером такого государства является Россия.
Таким образом, космический лифт создает новые возможности для освоения космоса и объединения жителей Земли для совместной деятельности.
Расчет экономии материала, из которого сделаны трубы лифта, и прочности лифта при уменьшении количества вертикальных наклоненных труб и их удлинении и утончении снизу вверх.
В сообщении Академии наук сказано, что метод лазерной обработки позволяет в 5 раз повысить прочность стали по сравнению с наиболее распространенной технической сталью и в 8 раз, если эту сталь добавить фуллерены (уровень техники пункт 15). Под сверхпрочной сталью в формуле изобретения подразумевается именно такая сталь. Для расчетов возьмем в качестве наиболее распространенной технической стали сталь марки AlSl 201 (12×15Г9НД). Ее плотность ρ=7880 кг/м3, предел прочности 640 МПа, твердость НВ 217×9,81. Следовательно, увеличение твердости в 5 раз означает твердость HB5:
А увеличение твердости в 8 раз означает твердость HB8:
По ГОСТу 22761-77 от 31.10.1977 г. «Металлы и сплавы. Метод измерения твердости по Бринеллю переносными твердометрами статического действия» такую твердость перевести во временное сопротивление при растяжении невозможно, поскольку наибольшее значение твердости по нему 4903 МПа или 500 кгс/мм2. Поэтому оценим временное сопротивление при растяжении σв по формуле, предложенной в учебнике Морозовой А.С., Ремневой В.В., Тонких Г.П. «Организация и проведение обследования технического состояния строительных конструкций зданий и сооружений» М.: Маршрут, 2005, с. 101 (она приведена также в статье «Применение зависимости прочность-твердость при обследовании стальных конструкций с помощью портативных твердометров» / wvvw.armada-ndt.ra):
Здесь К=0,34 при НВ < 175 и К=0,36 при НВ > 175. Тогда для твердости, увеличенной в 5 раз, получим
А для твердости, увеличенной в 8 раз, получим
Для расчета предела прочности ствола лифта используем формулу:
Здесь Р - давление, которое выдерживает сталь без повреждения, m - масса стали, g - ускорение свободного падения на планете, S - площадь поперечного сечения изделия из стали, h - высота изделия из стали, ρ - плотность стали. Как видно из формулы 3, прочность не зависит от площади поперечного сечения изделия из стали, а зависит только от его высоты.
Точкой невозврата для Земли является точка на высоте 101 км. У планеты с массой, меньше, чем у Земли эта точка будет находиться ниже. Чтобы не рассчитывать точку невозврата для всех планет, возьмем 101 км как высоту, достаточную для всех планет с массой меньше Земной для вывода груза на орбиту планеты. Для строительства голых стволов в виде прямолинейных труб без использования аэростатов 16, 17 высотой 101 км на каждой планете понадобится следующая прочность стволов из стали, рассчитанная по формуле 6:
Сравнивая результаты с формулой 4, можно сказать, что на Луне, Меркурии и Марсе возможно построить лифт с голыми стойками без аэростатов высотой 101 км без включения фуллеренов в состав стали в качестве материала стволов. На Земле даже с фуллеренами сталь не выдержит веса стволов. Но на Земле до высоты 41 км можно установить аэростаты и стратостаты, компенсирующие вес нижней части стволов, тогда верхняя часть стволов будет иметь достаточную прочность для удержания веса стволов, если их делать из стали с фуллеренами:
Кроме того, нижняя точка вывода спутника на орбиту зависит от толщины атмосферы планеты. У Марса толщина атмосферы приблизительно равна 101 км, поэтому формула 9 справедлива. У Титана толщина атмосферы составляет 400 км, поэтому для него расчеты с высотой 101 км непригодны. Поэтому для Титана можно рассчитать прочность голых стволов лифта для высоты 400 км по формуле 6:
Как видно из формул 4, 5 и 12 на Титане лифт с голыми стволами без аэростатов высотой 400 км может быть построен при использовании в качестве материалов ствола упомянутой стали с фуллеренами. Конечно, возможно построить на Титане лифт с аэростатами, но тогда придется далеко возить баллоны с подъемным газом, оболочки аэростатов, трубообразные оболочки, оборудование для строительства путем подъема стоек из горизонтального положения (грузы, барабаны с тросами, трубы с рожками и т.д.). Поэтому с точки зрения перевозки необходимого для строительства оборудования выгоднее на Титане строить лифт с голыми стволами в виде прямолинейных труб без баллонетов.
Эти расчеты предлагались для прототипа лифта, у которого были прямолинейные стволы. Но в предложенной конструкции предлагается с высотой уменьшать количество труб в конструкции, за счет чего может быть достигнута экономия материала и снижение веса верхней части конструкции лифта.
101 км делится на 5 участков по 20 км 200 м. Каждые 20 км 200 м толщина трубы уменьшается на 6 мм, диаметр трубы уменьшается на 15 см, труба удлиняется за счет пропуска одного узла при ее подсоединении к нижележащему поясу (на фиг. 3 это показано на четвертом снизу поясе). Толщина труб меняется от 5,6 см в нижних поясах до 3,2 см в верхних поясах. В первом снизу поясе вертикальные наклоненные трубы 5 стоят следующим образом: 1 м - наружный диаметр трубы, между основаниями пары труб одного узла 2 м, 1 м между крайними трубами соседних узлов. То есть пара труб занимает 5 метров ширины по горизонтали. Высота пояса 50 м. Вертикальные наклоненные трубы делятся на секции порядка 10 метров, пять таких секций составляют трубу одного пояса. Существенного наклона труб 5 в нижнем поясе нет, поэтому их длина приближается к 50 метрам. Углубления 20 при расчете диаметра трубы не учитываются.
В верхнем поясе лифта две самые верхние вертикальные наклоненные трубы занимают ширину 80 м, все трубы нижних поясов, которые находятся ниже этих двух труб и держат их относятся к одному сектору. Башня лифта также имеет секции, которые имеют высоту 20 км 200 метров, что составляет 404 пояса, и ширину 80 м и включают вертикальные наклоненные трубы одинаковой длины и толщины и горизонтальные кольцеобразные трубы с длиной 80 м. 5 секций, установленных одна на другую составляют сектор. 2 вертикальные наклоненные трубы одного пояса верхней секции держат 4 вертикальные наклоненные трубы одного пояса четвертой снизу секции, их в свою очередь держат 8 труб одного пояса третьей снизу секции, их в свою очередь держат 16 труб одного пояса второй снизу секции, их в свою очередь держат 32 трубы одного пояса первой снизу секции.
Расчет нижней секции.
На одну трубу в одном поясе нижней секции приходится 2,5 метра ширины. Ее длина L1 вычисляется из прямоугольного треугольника, образованного высотой пояса, длиной 2,5 м вдоль горизонтальной кольцеобразной трубы, и в качестве гипотенузы служит сама наклоненная вертикальная труба.
Толщина ΔR этой трубы 5,6 см, радиус R - 0,5 метра. Тогда ее объем V1
Объем 32 труб, приходящихся на ширину 80 м, V32:
Таких поясов в нижней секции 404, высота пояса 50 м, высота секции 20200 м. Объем вертикальных труб нижней секции Vв1c равен
Длина горизонтальной трубы шириной одной секции 80 м, таких труб в секции 403, их общая длина 1 равна
Объем горизонтальных труб одной первой секции Vг1c
Тогда объем всех труб первой секции V1c равен результату сложения формул 16 и 18
Радиус эквивалентного стержня R1, то есть такого, который имеет такой же объем и высоту h=20200 м, равен
Эквивалентный радиус отражает эффект объединения труб лифта горизонтальными трубами. Подобно тому, как прутки веника легко ломаются по одному, но веник из объединенных прутков не ломается усилием рук человека, так и отдельные вертикальные наклоненные трубы лифта более хрупкие, чем их объединение в поясе. Этот факт формализуется введением понятия эквивалентного стержня, то есть такого, который имеет тот же объем и ту же высоту, что и вертикальные трубы совместно с горизонтальными.
Расчет второй снизу секции.
На одну трубу в одном поясе второй снизу секции приходится 2,5 метра × 2 = 5 метров ширины. Ее длина L2 вычисляется из прямоугольного треугольника, образованного высотой пояса, длиной 5 м вдоль горизонтальной кольцеобразной трубы, и в качестве гипотенузы служит сама наклоненная вертикальная труба.
Толщина ΔR2 этой трубы 5,6 см - 6 мм = 5,0 см. Радиус R2 0,5-0,075=0,425 м. Тогда ее объем V2
Объем 16 труб, приходящихся на ширину 80 м, V16:
Объем вертикальных труб второй снизу секции Vв2c равен
Из формулы 15, учитывая толщину горизонтальных труб 0,046 м, найдем объем горизонтальных труб второй снизу секции Vг2с
Тогда объем всех труб второй снизу секции V2c равен результату сложения формул 24 и 25
Радиус эквивалентного стержня R2, то есть такого, который имеет такой же объем и высоту h=20200 м, равен
Расчет третьей снизу секции.
На одну трубу в одном поясе третьей снизу секции приходится 2,5 метра × 4 = 10 метров ширины. Ее длина L3 вычисляется из прямоугольного треугольника, образованного высотой пояса, длиной 10 м вдоль горизонтальной кольцеобразной трубы, и в качестве гипотенузы служит сама наклоненная вертикальная труба.
Толщина ΔR3 этой трубы 5,0 см - 6 мм = 4,4 см. Радиус R3 0,425-0,075=0,35 м. Тогда ее объем V3
Объем 8 труб, приходящихся на ширину 80 м, V8:
Объем вертикальных труб третьей снизу секции Vв3с равен
Из формулы 15, учитывая толщину горизонтальных труб 0,044 м, найдем объем горизонтальных труб третьей снизу секции Vг3c
Тогда объем всех труб третьей снизу секции V3с равен результату сложения формул 31 и 32
Радиус эквивалентного стержня R3, то есть такого, который имеет такой же объем и высоту h=20200 м, равен
Расчет четвертой снизу секции.
На одну трубу в одном поясе четвертой снизу секции приходится 2,5 метра × 8=20 метров ширины. Ее длина L4 вычисляется из прямоугольного треугольника, образованного высотой пояса, длиной 20 м вдоль горизонтальной кольцеобразной трубы, ж в качестве гипотенузы служит сама наклоненная вертикальная труба.
Толщина ΔR4 этой трубы 4,4 см - 6 мм = 3,8 см. Радиус R4 трубы 0,35-0,075=0,275 м. Тогда ее объем V4
Объем 4 труб, приходящихся на ширину 80 м, V4:
Объем вертикальных труб четвертой снизу секции Vв4c равен
Из формулы 15, учитывая толщину горизонтальных труб 0,038 м, найдем объем горизонтальных труб четвертой снизу секции Vг4c
Тогда объем всех труб четвертой снизу секции V4c равен результату сложения формул 38 и 39
Радиус эквивалентного стержня R4, то есть такого, который имеет такой же объем и высоту h=20200 м, равен
Расчет пятой снизу секции.
На одну трубу в одном поясе пятой снизу секции приходится 2,5 метра × 16 = 40 метров ширины. Ее длина L5 вычисляется из прямоугольного треугольника, образованного высотой пояса, длиной 40 м вдоль горизонтальной кольцеобразной трубы, и в качестве гипотенузы служит сама наклоненная вертикальная труба.
Толщина ΔR5 этой трубы 3,8 см - 6 мм = 3,2 см. Радиус R5 0,275-0,075=0,200 м. Тогда ее объем V5
Объем 2 труб, приходящихся на ширину 80 м, V2:
Объем вертикальных труб пятой снизу секции Vв5c равен
Из формулы 15, учитывая толщину горизонтальных труб 0,032 м, найдем объем горизонтальных труб пятой снизу секции Vг5c.
Тогда объем всех труб пятой снизу секции V5c равен результату сложения формул 45 и 46
Радиус эквивалентного стержня R5, то есть такого, который имеет такой же объем и высоту h=20200 м, равен
Общий объем сектора лифта.
Посчитаем общий объем сектора лифта сложив объемы по формулам 19, 26, 33, 40 и 47:
Если сделать весь сектор, как нижний сектор из 32 труб на ширине 80 м, то объем каждой секции будет такой же как у нижней секции (формула 19), тогда общий объем сектора Vполн будет равен
Из формул 49,50 соотношение объемов будет равно
То есть сектор лифта с уменьшающимися по толщине и удлиняющимися трубами по объему будет составлять только 33% от лифта с одинаковой толщиной и длиной труб. Тогда экономия объема и массы составит
Расчет массы и предела нагрузки трех верхних секций лифта.
Лифт можно делать с участием аэростатов до высоты 41 км, а на оставшихся 60 километрах оставить голые трубы. 60 км - это приблизительно высота трех верхних секций башни лифта. Объем трех верхних секций башни лифта V3-5 в результате сложения данных формул 33, 40 и 47 получится
Тогда масса трех верхних секций лифта, сделанных из разных материалов, будет равна
Из стали 
Из графена 
Из жемчужного пластика 
Плотность жемчужного пластика не опубликована, поэтому взята плотность пресноводного жемчуга для расчета по формуле 56. За плотность графена взята плотность для графита.
Вес трех верхних секций лифта, сделанных из разных материалов, будет равен
Из стали 
Из графена 
Из жемчужного пластика 
Разделим вес на площадь эквивалентного стержня третьей снизу секции, радиус которого мы считали по формуле 34, чтобы определить нагрузку Р на него при изготовлении из разных материалов. Сначала найдем площадь эквивалентного стержня третьей снизу секции S3, а потом рассчитаем нагрузки.
Из стали 
Из графена 
Из жемчужного пластика 
По ГОСТу 22761-77 от 31.10.1977 г. «Металлы и сплавы. Метод измерения твердости по Бринеллю переносными твердометрами статического действия» сталь имеет прочность от 378 до 1736 МПа для марок стали, существовавших в 1970-тые годы. Согласно сравнению формулы 61 с ГОСТом из таких сталей делать верхние 60 км лифта на Земле нельзя. Согласно сравнению с формулой 4 получается, что из стали без фуллеренов, облученной электронами и лазером, такую конструкцию делать можно.
Прочность графита (согласно словарю Физика. М: БРЭ, 1998, с. 595) равна 24000 МПа. Получается, что такой вес графен выдерживает. Прочность жемчужного пластика составляет 1,4 от графита (соответственно в 14 раз и в 10 раз прочнее стали согласно уровню техники пункты 16, 17), то есть 
Получается, что жемчужный пластик выдерживает такую нагрузку.
Расчет массы и предельной нагрузки верхних 2,5 секций лифта высотой 50 км.
Лифт можно делать с участием аэростатов до высоты 51 км, а на оставшихся 50 километрах оставить голые трубы. 50 км - это приблизительно высота двух с половиной верхних секций башни лифта. Объем 2,5 верхних секций башни лифта V2,5 в результате сложения данных формул 33, 40 и 47 получится
Если трубы из графена и жемчужного пластика выдерживают вес сектора лифта высотой 60 км, то 50 км они выдержат и подавно. Поэтому расчет сделаем только для стальных труб. Масса стальных труб верхних 2,5 секций лифта равна
Вес труб будет равен
Нагрузка с учетом формулы 60 будет равна
По ГОСТу 22761-77 от 31.10.1977 г. «Металлы и сплавы. Метод измерения твердости по Бринеллю переносными твердометрами статического действия» сталь имеет прочность от 378 до 1736 МПа для марок стали, существовавших в 1970-тые годы. Согласно сравнению формулы 68 с ГОСТом из таких сталей делать верхние 50 км лифта на Земле возможно. А значит из новых марок сверхпрочной стали это тем более возможно. Но, как показал приведенный ниже расчет массы, поднимаемой аэростатами, на высоте 50 км невозможно создать аэростат, держащий такой большой вес. Это возможно сделать только на высоте 12 км. Поэтому на Земле невозможно создать лифт из старых марок стали, существовавших в 1970-тые годы.
Расчет массы и предельной нагрузки всего сектора лифта высотой 101 км.
Общий объем сектора лифта был рассчитан в формуле 49. Найдем его массу из разных материалов.
Из стали 
Из графена 
Из жемчужного пластика 
Найдем вес сектора лифта из разных материалов.
Из стали 
Из графена 
Из жемчужного пластика 
Рассчитаем нагрузку на эквивалентный стержень нижней секции. Сначала найдем площадь эквивалентного стержня нижней секции, зная радиус R1, рассчитанный в формуле 20:
Тогда нагрузки На стержни из разных материалов будет равна
Из стали 
Из графена 
Из жемчужного пластика 
Сравнивая с нагрузкой, которую может выдержать сталь старых марок 1970-тых годов, можно сделать вывод, что из такой стали целый лифт без аэростатов на Земле не построить. Согласно формуле 4 из стали новых марок без фуллеренов такой лифт без аэростатов можно построить на Земле. Сравнивая с прочностью графена и жемчужного пластика, можно сделать вывод, что на Земле из них можно построить описанный лифт без аэростатов. Раз такой лифт можно построить на Земле, то тем более его можно построить на других планетах, где ускорение свободного падения меньше.
Рассчитаем, можно ли сделать такой лифт из стали старых марок 1970-тых годов на других планетах, кроме Земли. В формуле 69 была оценена масса сектора лифта из стали. Рассчитаем вес сектора лифта на разных планетах, умножив ускорение свободного падения на этих планетах на его массу.
На Луне 
На Меркурии 
На Марсе 
Отнесем этот вес к площади поперечного сечения эквивалентного стержня, рассчитанной по формуле 75 и найдем нагрузку.
На Луне 
На Меркурии 
На Марсе 
По ГОСТу 22761-77 от 31.10.1977 г. «Металлы и сплавы. Метод измерения твердости по Бринеллю переносными твердометрами статического действия» сталь имеет прочность от 378 до 1736 МПа для марок стали, существовавших в 1970-тые годы. Нагрузки по формулам 82-84 такая сталь выдержит. Поэтому на других планетах возможно строить лифты из стали старых марок.
Расчет объема аэростатов, компенсирующих вес труб.
Необходимо убедиться в том, что объем аэростатов, компенсирующих вес труб, не слишком большой, что возможно создать такие аэростаты. Для проверки рассчитаем объем аэростатов внизу, на высоте первого пояса, и на самом верху, на высоте 50 км, то есть на высоте 1010 пояса.
Здесь mт - масса поднимаемых труб, двух наклонных вертикальных и участка одной горизонтальной трубы, соединяющей их снизу, ρв - плотность воздуха на соответствующей высоте, ρгв - плотность горячего воздуха на той же высоте, Vаэ - объем аэростата, т0б - масса оболочки аэростата, mвент - масса трубы 10 с вентилятором и заслонкой 15 и провода молниеотвода.
Рассчитаем сначала массу оболочки. Плотность оболочки возьмем среднюю между полиамидом, покрытым полиуретаном, 1200-1220 кг/м3 и кевларом, из которого изготовлены тросы, 1400-1500 кг/м3. Пусть средняя плотность оболочки будет 1350 кг/м3. Оболочку возьмем цилиндрической формы с радиусом основания R и высотой h=50 м, которая соответствует высоте одного пояса.
Здесь d=0,002 м - толщина оболочки, Vоб - объем оболочки, ρоб - средняя плотность оболочки. Подставив соответствующие значения получим
Из формул 85 и 87 получим
Учитывая объем трубы первого пояса по формуле 14 и объем части горизонтальной кольцеобразной трубы, а также плотность стали, найдем массу труб первого пояса
Массу вентилятора и молниеотвода берем равную 300 кг. Находим R из уравнения
Плотность воздуха смотрим согласно ГОСТу 24631-8 «Атмосферы справочные» Таблица 8 «Средние значения параметров атмосферы в декабре - январе на широте 80°». плотность горячего воздуха смотрим при 1000 градусах Цельсия по таблице «Плотность сухого воздуха при различной температуре и нормальном атмосферном давлении (760 мм рт. ст.)» / Справочник www.Textab.ru.
Корень квадратного уравнения равен
Второй корень этого квадратного уравнения отрицательный, поэтому его не учитываем. Диаметр такого цилиндра в два раза больше радиуса, и он не умещается в ширину 5 м, отведенную двум трубам первого пояса. Это может быть компенсировано глиптической формой основания цилиндра, при которой одна полуось эллипса, параллельная горизонтальной трубе, будет порядка 4 метров, а вторая ось эллипса, перпендикулярная горизонтальной трубе, будет порядка 62 м.
Рассчитаем массу двух труб 1010-того пояса на высоте 50 км (третья секция снизу), взяв объем труб 5 из формулы 29, учтя объем участка горизонтальной трубы 6 и плотность стали.
Примем, что на этой высоте воздух не нагрет до 1000 градусов Цельсия, как на высоте первого пояса, поэтому его плотность не в 5,1 раза ниже, чем у окружающего воздуха, а только в 2 раза ниже, что соответствует примерно температуре 200 градусов Цельсия. Тогда уравнение 88 (с учетом массы вентиляторов и молниепровода 300 кг) запишется в следующей форме:
Корень квадратного уравнения равен
Получается, что корень такого квадратного уравнения в реальных цифрах не существует, поскольку под корнем квадратным стоит отрицательное число. Это означает, что целую трубу третьей секции аэростат не удержит. Но мы можем взять не две трубы, а одну седьмую часть такой трубы, тогда уравнение 94 перепишется в следующем виде:
Тогда уравнение 88 (с учетом массы вентилятора и молниепровода 300 кг) запишется в следующем виде:
Корень квадратного уравнения равен
Получается отрицательное число. Аэростат не существует, следовательно, обычную сталь с аэростатами до 50 км применить на Земле нельзя. Лифт из новой сверхпрочной стали, облученной электронами, держит вес без аэростатов, следовательно, на него этот расчет не влияет. Но возможно применить новые марки сверхпрочной стали, облученной ионами, которые уступают по прочности сверхпрочной стали, облученной электронами, и занимают промежуточное положение по прочности между старыми сортами стали, применяемыми в 1970-тых годах, и новой сверхпрочной сталью, облученной электронами. Рассчитаем тогда, до какой высоты могут быть применены аэростаты в лифте из такой стали.
При изучении плотностей атмосферы по ГОСТу 24631-8 «Атмосферы справочные» Таблица 8 «Средние значения параметров атмосферы в декабре - январе на широте 80°» оказалось, что аэростаты могут держать вес конструкции поясов башни лифта из стали, облученной ионами, начиная с 12000 м высоты. Тогда получится выражение, как в формулах 91, 92, но с другой плотностью атмосферного газа.
Корень квадратного уравнения 101 равен
Такой широкий аэростат не уместится в ширину 5 метров, поэтому он может быть изготовлен в форме эллипса на горизонтальном срезе, диаметр малой полуоси которого будет порядка 4 метров, а большой полуоси 553,74 метра. Аэростаты на высоте до 12 км будут иметь средние радиусы между предложенным в формуле 93 и предложенным в формуле 102. Необходимо также рассчитать нагрузку, которую выдержит сталь для башни высотой (101000 м - 12000 м) = 89000 м с учетом того, что лифт постепенно утолщается книзу.
Объем верхних 89000 метров сектора лифта будет такой же, как в формуле 49, но объем первой секции берется не полный, а его доля, равная (20200-12000)/20200=0,406. Тогда объем верхней части сектора лифта высотой 89000 м V89000 будет равен
Масса верхней части сектора лифта из стали высотой 89000 м будет равна на Земле
Ее вес будет равен
Берем площадь эквивалентного стержня нижней секции из формулы 75 и находим нагрузку:
Получается, что сталь старых марок по ГОСТу 22761-77 от 31.10.1977 г. «Металлы и сплавы. Метод измерения твердости по Бринеллю переносными твердометрами статического действия» могла бы держать такой вес, но из-за того, что в верхней части лифта на высоте 40400 м лифт более тонкий, и старая сталь не держит вес трех верхних секций, невозможно построить лифт из старой стали, а только из марок стали, более прочных, чем старая сталь, облученных ионами, но менее прочных, чем сталь, облученная электронами. Также такую конструкцию можно строить из других металлов, чья плотность в несколько раз ниже стали, а прочность во столько же раз меньше указанной в формулах 61, 68, 76, 106.
Расчет давления в трубах.
По давлению из классификации газопроводов с природным газом газопровод внутри башни лифта относится к газопроводам низкого давления с давлением до 0,005 МПа. Такое давление возможно создать центробежными вентиляторами 13. Статическое давление воздуха в трубе можно рассчитать по формуле
Здесь m - масса воздуха в трубе, g - ускорение свободного падения Земли, S - площадь поперечного сечения трубы, V - объем воздуха в трубе, ρ - плотность воздуха в зимнее время, на широте 80 градусов вблизи поверхности Земли, это самая большая плотность воздуха, выше она падает, h - высота трубы.
Большую высоту, чем 50 м до длины 50,990 м не имеет смысла рассматривать (50,990 м - длина вертикальной наклоненной трубы третьей секции, см. первый расчет), поскольку непрерывный столб воздуха образуют именно такие трубы, ограниченные вентиляторами 13, то есть барометрическая формула здесь не работает, поскольку она написана для непрерывного столба воздуха, а здесь столб воздуха ограничен работой вентилятора 13, качающего воздух снизу вверх и создающий обратное давление, преодолевающее статическое давление. Чтобы поддерживать в трубе давление 5000 Па, вентилятор должен создавать давление 5694,82 Па, чтобы преодолевать статическое давление воздуха. Имеется в виду, что в трубы башни лифта подается очищенный воздух от примесей и пыли по трубам 30, средства очистки воздуха в настоящее время разработаны экологами. Например, для очистки от пыли воздух ионизируется.
Формулу, аналогичную формуле 107 для воздуха можно написать для водяного пара. Если взять плотность водяного пара при влажности 62% и нормальном атмосферном давлении 0,36 кг/м3, то давление водяного пара рв будет равно
Чтобы преодолевать такое давление и создавать давление 5000 Па вентилятор должен качать давление 5176,4 Па. При выключении вентиляторов 13 в трубах с водяным паром ключом 80 верхние вентиляторы должны выключаться сразу, чтобы после включения таймера ставший самым верхним вентилятор создавал нулевое давление в трубе радиатора 75. Если разделить давление, создаваемое вентилятором на давление пара в одной трубе, то получится количество вентиляторов в верхней части труб, которое должно быть выключено сразу.
То есть при выключении вентиляторов верхние 30 вентиляторов выключаются совсем, и только у тридцать первого вентилятора включается таймер.
Расчет диаметра башни лифта с учетом нагрузки на изгиб.
Критическая нагрузка ркр определяется формулой Эйлера (В.И. Феодосьев Сопротивление материалов. М.: Наука, 1967, с. 420-421):
Здесь Е - модуль упругости материала, J - момент инерции относительно нейтральной линии поперечного сечения башни, h - ее высота.
Вес башни G равен
Здесь D - диаметр башни, δ - толщина полых труб, h - высота башни, ρ - плотность материала башни, g - ускорение свободного падения планеты.
Соотношение величин из формул 110 и 111 должно быть меньше единицы, чтобы башня была устойчивой.
Подставив момент инерции полой цилиндрической трубки (В.И. Феодосьев Сопротивление материалов. М: Наука, 1967, с. 131-133) получим
δ возьмем диаметр эквивалентного стержня первой секции по формуле 20 1,372 м × 2 = 2,744 м. Модуль Юнга для сверхпрочной стали не опубликован, поэтому возьмем модуль Юнга для обычной стали Е=2×1011 Па, плотность стали возьмем 8000 кг/м3.
Высоту берем 101000 м. На Земле диаметр лифта будет составлять
На Луне эта величина будет составлять
То есть на планетах земной и лунной группы, где ускорения свободного падения занимают значение, промежуточное между лунным и земным, диаметр лифта будет от 1674,826 м до 1931,076 м.
Если вместо стали использовать графен, то его плотность 2150 кг/м3 (Таблица плотности. / www.dpva.ru. 13.08.2019 г.), а его модуль Юнга Е=1012 Па (Ю. Ерин Графен оказался прочнее всех. / www.elementy.ru. 13.08.2019 г.) Остальные характеристики возьмем, как в уравнениях 107, 108. На Земле диаметр лифта из графена будет составлять
На Луне диаметр лифта из графена будет составлять
То есть диаметр лифта из графена на планетах земной группы будет варьировать от 398,177 м до 728,773 м.
Для жемчужного пластика значения диаметра будут близки к значениям диаметра для лифта из графена, но из-за того, что модуль Юнга для жемчужного пластика и для жемчуга не опубликован, рассчитать точно диаметр такого лифта невозможно. Поскольку в формуле 114 стоит знак больше, а не равно, вышележащие секции можно не сужать, а сделать их диаметр таким же, как у нижней секции.
Группа изобретений относится к подъемному оборудованию для доставки грузов и персонала с поверхности планеты в область низких околопланетных орбит. Предлагаемый космический лифт (КЛ) представляет собой полую цилиндрическую башню из секций ферменного типа в виде пар наклоненных к вертикали труб, которые периодически (по высоте) расходятся и сходятся. Эти трубы соединены горизонтальными кольцеобразными трубами, образуя пояса. Масса секций, толщина и количество наклоненных труб уменьшаются, а длина труб увеличивается от основания к вершине КЛ, на которой крепятся четыре космических станции. Предусмотрена возможность по трубам наполнять аэростаты, которые компенсируют вес нижней части трубы, горячим воздухом от теплоэлектростанций или гелием. КЛ может быть построен на Земле и на других планетах и спутниках (в том числе без аэростатов). Монтаж КЛ осуществляется сборочными пауками с манипуляторами и антропоморфными роботами-носильщиками. На Земле лифт окружен ветроломами, огораживающими его от ветра. Технический результат направлен на совершенствование конструкции КЛ, приближающее его реализацию. 2 н. и 8 з.п. ф-лы, 36 ил.
1. Космический лифт для доставки пассажиров и грузов с поверхности Земли или иной планеты на низкую орбиту и обратно, включающий фундамент, стойки и космическую станцию на вершине лифта, обнесенную многослойной надувной оболочкой со слоями, соединенными радиальными тросами, причем лифт обнесен ограждением из ветроломов, расположенных по окружности вокруг него, отличающийся тем, что стойки выполнены в виде пар наклоненных вертикальных труб, секции которых периодически в одном поясе расходятся, а в следующем поясе сходятся, наклоненные вертикальные трубы соединены параллельными горизонтальными кольцеобразными трубами и сообщаются с ними, трубы соединены фланцевыми соединениями и сделаны из сверхпрочного материала, все трубы лифта имеют периодически повторяющиеся кольцеобразные углубления на наружной поверхности, при этом трубы образуют цилиндрическую башню высотой не менее 101 км и через каждые 20,2 км или менее вертикальные наклоненные трубы выполняются тоньше и длиннее, а количество их уменьшается за счет подсоединения каждой пары труб через узел верхнего пояса нижележащей секции, при этом число космических станций на вершине лифта равно четырем или более, и к каждой станции протянута простая вертикальная лестница, прикрепленная к горизонтальным кольцеобразным трубам и вертикальным наклоненным трубам в местах прохождения мимо них, с возможностью восхождения крупного человекоподобного несущего робота с кабиной лифта на спине по лестнице и стыковки кабины лифта с переходным отсеком, состыкованным с космической станцией и прикрепленным к верхней горизонтальной кольцеобразной трубе, причем на некоторых горизонтальных кольцеобразных трубах рядом с лестницами закреплены площадки для сидения робота с устройствами для подзарядки аккумуляторов робота от проводов, протянутых вдоль лестницы, с возможностью расхождения одновременно поднимающихся и спускающихся по лестнице несущих роботов, при этом фундаментом каждой стойки служит массивная стальная А-образная стойка, которая опирается на железобетон, который опирается на сваи, а нижние секции двух наклоненных вертикальных труб заглублены в А-образную стойку и закреплены в ней.
2. Космический лифт для доставки пассажиров и грузов с поверхности Земли или иной планеты на низкую орбиту и обратно по п. 1, отличающийся тем, что в плотных слоях атмосферы кольцеобразные горизонтальные трубки имеют трубообразные ответвления, соединенные с трубами, удерживающими тепловые аэростаты, вентиляторы и заслонки для перекрывания поступления горячего атмосферного газа в аэростаты, причем вентиляторы также установлены в вертикальных наклоненных трубах рядом с местами их сообщения с горизонтальными кольцеобразными трубами, снизу аэростатов имеются также не подсоединенные к трубопроводу трубы с вентиляторами и заслонками для перекрывания удаления охлажденного атмосферного газа, с возможностью заполнять аэростаты очищенным горячим атмосферным газом от тепловых электростанций на поверхности планеты по системе вертикальных и горизонтальных труб и удалять охлажденный атмосферный газ снизу аэростатов по радиокомандам управляющего центра на поверхности планеты, при этом вентиляторы запитаны от изолированных проводов, протянутых внутри труб, внутренние просветы секций вертикальных наклоненных труб, находящихся ниже места сообщения выхлопных труб тепловых электростанций и выше самого верхнего аэростата башни, перегорожены пробками с возможностью предотвращения попадания горячего атмосферного газа в трубы выше и ниже рабочей зоны в плотных слоях атмосферы, аэростаты стянуты пересекающимися под прямым углом тросами, причем тросы аэростата, перпендикулярные горизонтальным кольцеобразным трубам, обвязаны вокруг труб, держащих заслонки, а тросы аэростата, параллельные горизонтальным кольцеобразным трубам, привязаны к расположенным ближе к их концам наклоненным вертикальным трубам в местах кольцеобразных углублений, вдоль вертикальных труб и на аэростатах размещен провод молниеотвода с токоприемниками, аэростаты снабжены устройствами для защиты от ветра, включающими цилиндрическую оболочку с неподвижными стенками и отклоняемыми ветром пластинами в ее составе, и с одного конца цилиндрической оболочки расположены две трубы с возможностью удаления атмосферного газа в сторону, противоположную направлению ветра, внутренние стенки труб содержат теплоизоляционные трубки, покрытые антикоррозионным покрытием.
3. Космический лифт для доставки пассажиров и грузов с поверхности Земли или иной планеты на низкую орбиту и обратно по п. 1, отличающийся тем, что в плотных слоях атмосферы кольцеобразные горизонтальные трубы имеют трубообразные ответвления, соединенные с трубами, держащими заполненные подъемным газом аэростаты, вентиляторы и заслонки для перекрывания поступления подъемного газа в аэростаты, причем вентиляторы также установлены в вертикальных наклоненных трубах рядом с местами их сообщения с горизонтальными кольцеобразными трубами, с возможностью заполнять аэростаты подъемным газом из хранилищ на поверхности планеты по системе вертикальных и горизонтальных труб по радиокомандам управляющего центра на поверхности планеты, при этом вентиляторы запитаны от изолированных проводов, протянутых внутри труб, внутренние просветы секций вертикальных наклоненных труб, находящихся ниже места сообщения труб хранилищ подъемного газа и выше самого верхнего аэростата башни, перегорожены пробками с возможностью предотвращения попадания подъемного газа в трубы выше и ниже рабочей зоны в плотных слоях атмосферы, аэростаты стянуты пересекающимися под прямым углом тросами, причем тросы аэростата, перпендикулярные горизонтальным кольцеобразным трубам, обвязаны вокруг труб, держащих заслонки, а тросы аэростата, параллельные горизонтальным кольцеобразным трубам, привязаны к расположенным ближе к их концам наклоненным вертикальным трубам в местах кольцеобразных углублений, вдоль вертикальных труб и на аэростатах размещен провод молниеотвода с токоприемниками, аэростаты снабжены устройствами для защиты от ветра, включающими цилиндрическую оболочку с неподвижными стенками и отклоняемыми ветром пластинами в ее составе, и с одного конца цилиндрической оболочки расположены две трубы с возможностью удаления атмосферного газа в сторону, противоположную направлению ветра.
4. Космический лифт для доставки пассажиров и грузов с поверхности Земли или иной планеты на низкую орбиту и обратно по п. 1, отличающийся тем, что каждая станция снабжена водопроводом в виде трубы с водяным паром и трубы с охлажденным атмосферным газом, подающими пар и газ с поверхности планеты, периодически - не реже чем через 50 метров по высоте - установленными радиальными вентиляторами внутри обеих труб, при этом вентиляторы запитаны от изолированных проводов, протянутых внутри труб, с радиатором наверху, с возможностью теплообмена между трубами с водяным паром и трубами с охлажденным воздухом и конденсации водяного пара в жидкость с подачей ее насосами на станцию, при этом секции труб с водяным паром и холодным воздухом периодически в одном поясе сходятся, а в следующем расходятся, полости труб с водяным паром и холодным воздухом с полостями кольцеобразных горизонтальных труб не сообщаются, а огибают их, будучи скреплены с ними.
5. Космический лифт для доставки пассажиров и грузов с поверхности Земли или иной планеты на низкую орбиту и обратно по п. 1, отличающийся тем, что стенки секций труб состоят из вставленных друг в друга трубок сверхпрочного материала, находящиеся в центре стенок внутренние трубки перфорированы с возможностью облегчения их веса, фланцы трубок вертикальных наклоненных труб набраны из тонких колец сверхпрочного материала, внутренние цельные трубки вертикальных наклоненных труб достигают края колец и имеют разрезанные и загнутые вдоль колец фланцев концы с образованием лучевых пластин, между фланцами вертикальных наклоненных труб проложены диэлектрические кольцеобразные прокладки с треугольными выступами между лучевыми пластинами, фланцы горизонтальных кольцеобразных труб образованы разрезанными и загнутыми концами всех трубок в составе их стенок с образованием соединительных лучевых пластин и кольцеобразными диэлектрическими прокладками без выступов, места присоединения трубообразных ответвлений к горизонтальным кольцеобразным трубам имеют вырезы с загибами концов трубок трубообразных ответвлений в форме опорных лучевых пластин снаружи горизонтальной кольцеобразной трубы и закрепительных лучевых пластин внутри горизонтальной кольцеобразной трубы, фланцы соединены болтами с диэлектрическим покрытием с несколькими гайками каждый, А-образные стойки фундамента набраны из С-образных, первичных П-образных и вторичных П-образных пластин, в железобетон фундамента залиты складные пластины арматуры, которые устанавливаются рядами - каждая складная пластина перпендикулярно следующей складной пластине - во встречные надрезы.
6. Космический лифт для доставки пассажиров и грузов с поверхности Земли или иной планеты на низкую орбиту и обратно по п. 1, отличающийся тем, что место установки космического лифта ограждено ветроломами с возможностью экранировки от прямых потоков ветра, каждый ветролом включает в себя два изогнутых по направлению отклонения ветра ряда вертикальных труб и отдельных вертикальных труб с краев рядов между рядами, внутри труб протянуты изолированные электрические провода и периодически - не реже чем через 50 метров по высоте - установлены радиальные вентиляторы, запитанные от этих проводов, при этом трубы имеют периодические кольцеобразные углубления, между секциями вертикальных труб на фланцах находятся кольцеобразные диэлектрические прокладки, фланцы соединены болтами с диэлектрическим покрытием, трубы периодически - через интервал не менее 50 метров по высоте - попарно соединены поперечными мостками, поперечные мостки одного уровня соединены между собой продольными мостками, трубы опираются на фундамент из свай, железобетона и А-образных стоек, между соседними по вертикали мостками и с противоположной стороны от мостков у каждой трубы установлены тепловые аэростаты, каждый из которых подсоединен не менее чем в двух точках через трубообразные ответвления к вертикальной трубе и через трубы, держащие заслонки и вентиляторы тепловых аэростатов, с возможностью при дистанционно открытых заслонках заполнения аэростатов горячим атмосферным газом от тепловых электростанций, находящихся у подножия ветролома, не менее одной трубы с заслонкой и вентилятором подвешено снизу каждого аэростата с возможностью при дистанционном открытии последней заслонки удаления охлажденного атмосферного газа из каждого аэростата, оболочки аэростатов стянуты пересекающимися под прямым углом тросами, вдоль вертикальных труб и на аэростатах размещен провод молниеотвода с токоприемниками, аэростаты снабжены устройствами для защиты от ветра, включающими цилиндрическую оболочку с неподвижными стенками и отклоняемыми ветром пластинами в ее составе, и с одного конца цилиндрической оболочки расположены две трубы с возможностью удаления атмосферного газа в сторону, противоположную направлению ветра, но не в сторону лифта, внутренние стенки труб содержат теплоизоляционные трубки, покрытые антикоррозионным покрытием.
7. Способ строительства космического лифта, согласно которому роют котлован, забивают сваи, укладывают на них железобетон, устанавливают А-образные стойки по очереди, заливают под них железобетон по очереди, вставляют в отверстия в А-образных стойках нижние концы вертикальных наклоненных труб нижнего пояса и прикрепляют эти концы к А-образным стойкам, запускают на подъем по вертикальным наклоненным трубам сборочных пауков, держащих в передней паре рук-манипуляторов секцию монтируемой трубы, закрытую с верхнего конца пробкой, и вставляющих при восхождении пары пальцев четырех задних ног-манипуляторов в кольцеобразные углубления на наружной поверхности труб, затем пауки вынимают пробки из верхних концов уже установленных труб, затем устанавливают монтируемые секции труб на продолжении секций уже установленных труб первой парой рук, второй парой рук достают из ящика, закрепленного на головогруди, болты с гайками и скрепляют секции, причем пауки также поднимают секции лестницы и крепят их на горизонтальных кольцеобразных трубах и вертикальных наклоненных трубах, затем крупный человекоподобный робот поднимает на спине по лестнице каждый переходный отсек до самой верхней горизонтальной трубы, пауки прикрепляют выступы переходного отсека к фланцам самой верхней горизонтальной кольцеобразной трубы и отвинчивают переходный отсек от спины робота, далее к каждому переходному отсеку пристыковывают космическую станцию и обносят ее многослойной надувной оболочкой.
8. Способ строительства космического лифта по п. 7, отличающийся тем, что в атмосфере планеты наполняют аэростатические оболочки нагретым атмосферным газом, два или более сборочных пауков берут концы тросов аэростатов в первую пару передних рук и поднимаются одновременно по наклоненным вертикальным трубам до места монтажа, еще несколько пауков - по количеству трубообразных ответвлений горизонтальных труб, к которым крепятся трубы с заслонками аэростата, - поднимаются к месту монтажа и прикрепляют трубообразные ответвления горизонтальных труб к трубам, держащим заслонки, в составе аэростата, первые упомянутые пауки привязывают концы тросов аэростатов к кольцеобразным углублениям на ближайших вертикальных наклоненных трубах, далее пауки возвращаются вниз, забирают по очереди секции провода молниеотвода, протягивают его вдоль вертикальных наклоненных труб и закрепляют на них, соединяют секции молниеотвода между собой.
9. Способ строительства космического лифта по п. 7, отличающийся тем, что в атмосфере планеты наполняют аэростатические оболочки подъемным газом, два или более сборочных пауков берут концы тросов аэростатов в первую пару передних рук и поднимаются одновременно по наклоненным вертикальным трубам до места монтажа, еще несколько пауков - по количеству трубообразных ответвлений горизонтальных труб, к которым крепятся трубы с заслонками аэростата, - поднимаются к месту монтажа и прикрепляют трубообразные ответвления горизонтальных труб к трубам, держащим заслонки, в составе аэростата, первые упомянутые пауки привязывают концы тросов аэростатов к кольцеобразным углублениям на ближайших вертикальных наклоненных трубах, далее пауки возвращаются вниз, забирают по очереди секции провода молниеотвода, протягивают его вдоль вертикальных наклоненных труб и закрепляют на них, соединяют секции молниеотвода между собой.
10. Способ строительства космического лифта по п. 7, отличающийся тем, что для строительства каждого ветролома роют котлован, забивают сваи, укладывают на них железобетон, устанавливают А-образные стойки по очереди, заливают под них железобетон по очереди, вставляют в отверстия в А-образных стойках нижние концы вертикальных труб нижнего пояса и прикрепляют эти концы к А-образным стойкам, запускают на подъем по вертикальным трубам сборочных пауков, держащих в передней паре рук секцию монтируемой трубы, закрытую с верхнего конца пробкой, и вставляющих при восхождении пары пальцев четырех задних ног в кольцеобразные углубления на наружной поверхности труб, затем пауки вынимают пробки из верхних концов уже установленных труб, устанавливают монтируемые секции труб на продолжении секций уже установленных труб первой парой рук, второй парой рук достают из ящика, закрепленного на головогруди, болты с гайками и скрепляют секции, причем паук, поднимающийся по вертикальной трубе, поднимает поперечный мосток и привертывает его вместе со вторым пауком к широким фланцам двух вертикальных труб соседних рядов, после сборки всех поперечных мостков одного уровня пара пауков поднимает по одной вертикальной трубе продольный мосток и привертывает его по очереди к поперечным мосткам, далее в атмосфере планеты заполняют по очереди аэростаты горячим атмосферным газом, два или более пауков берут концы тросов аэростатов и поднимаются по вертикальной трубе до места монтажа, прикрепляют второй парой рук трубообразные ответвления вертикальных труб к трубам, держащим заслонки, далее таким же способом собираются по очереди остальные пояса ветролома, после чего пауки возвращаются вниз, забирают по очереди секции провода молниеотвода, протягивают его вдоль вертикальных наклоненных труб и закрепляют на них, соединяют секции молниеотвода между собой.
| RU 2016143661 A, 07.05.2018 | |||
| ПНЕВМАТИЧЕСКИЙ ПОДЪЕМНИК | 2005 |
|
RU2317243C9 |
| Регистрирующее устройство с фотографической записью | 1957 |
|
SU111516A2 |
| Способ возведения высотного сооружения | 1983 |
|
SU1157200A1 |
| US 5527216 A, 18.06.1996 | |||
| US 4514447 A, 30.04.1985 | |||
| А | |||
| В | |||
| Крестинин | |||
| Эффективность применения углеродных нанотрубок для упрочнения конструкционных полимеров | |||
| РОССИЙСКИЕ НАНОТЕХНОЛОГИИ, 2019, том 14, N 9-10, с | |||
| Способ использования делительного аппарата ровничных (чесальных) машин, предназначенных для мериносовой шерсти, с целью переработки на них грубых шерстей | 1921 |
|
SU18A1 |
