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/ Space & Astronomy / Space and Astronomy (October 1993).iso / mac / TEXT / SPACEDIG / V13_6 / V13_622.TXT < prev    next >
Internet Message Format  |  1991-06-08  |  20KB

  1. Return-path: <ota+space.mail-errors@andrew.cmu.edu>
  2. X-Andrew-Authenticated-as: 7997;andrew.cmu.edu;Ted Anderson
  3. Received: from hogtown.andrew.cmu.edu via trymail for +dist+/afs/andrew.cmu.edu/usr11/tm2b/space/space.dl@andrew.cmu.edu (->+dist+/afs/andrew.cmu.edu/usr11/tm2b/space/space.dl)
  4.           ID </afs/andrew.cmu.edu/usr11/tm2b/Mailbox/scI9=8O00WBw41xU4I>;
  5.           Sat,  8 Jun 91 04:18:16 -0400 (EDT)
  6. Message-ID: <ccI9=3200WBwA1vk5M@andrew.cmu.edu>
  7. Precedence: junk
  8. Reply-To: space+@Andrew.CMU.EDU
  9. From: space-request+@Andrew.CMU.EDU
  10. To: space+@Andrew.CMU.EDU
  11. Date: Sat,  8 Jun 91 04:18:11 -0400 (EDT)
  12. Subject: SPACE Digest V13 #622
  13.  
  14. SPACE Digest                                     Volume 13 : Issue 622
  15.  
  16. Today's Topics:
  17.           Re: Tethers (was Re: Gas Guns and Tethers
  18.           Re: What comes after Fred's death?
  19.                Laser numbers sent to me
  20.              Re: Asteroid mining
  21.              Re: Building Infrastructure
  22.              Re: 2001 and "The Endeavor"
  23.                 Re: lifeboats
  24.           Perspective: SS Freedom vs. Space Science
  25.       Re: Fred vs. Exploration: head-to-head competition
  26.  
  27. Administrivia:
  28.  
  29.     Submissions to the SPACE Digest/sci.space should be mailed to
  30.   space+@andrew.cmu.edu.  Other mail, esp. [un]subscription requests,
  31.   should be sent to space-request+@andrew.cmu.edu, or, if urgent, to
  32.              tm2b+@andrew.cmu.edu
  33.  
  34. ----------------------------------------------------------------------
  35.  
  36. Date: 21 May 91 13:18:06 GMT
  37. From: usc!zaphod.mps.ohio-state.edu!sol.ctr.columbia.edu!emory!ox.com!fmsrl7!wreck@apple.com  (Ron Carter)
  38. Subject: Re: Tethers (was Re: Gas Guns and Tethers
  39.  
  40. In article <2837@ke4zv.UUCP>, ke4zv!gary (Gary Coffman) writes:
  41. >In article <41941@fmsrl7.UUCP> wreck@fmsrl7.UUCP (Ron Carter) writes:
  42. [tidal/centrifugal acceleration is 4e-6 m/sec^2/m vertical sep]
  43. >Unless I totally screwed up the integration, it would take 11.5 days
  44. >for the shuttle to drop 50 km in this system. Is that reasonable?
  45.  
  46. I think not.
  47.  
  48. Simplifying assumption:  tether tension is set so that there is a
  49. net 10 N downward acceleration on the Shuttle.  Initial separation
  50. is 50 meters, initial tension is 10 N.  Shuttle mass is 1e5 kg.
  51.  
  52. d = .5 * a * t^2  implies  t = sqrt( 2 * d / a )
  53.  
  54. d = 5e4 m (minus a bit)
  55. a = 1e-4 m/sec^2
  56.  
  57. t = sqrt(2 * 5e4m/1e-4 m/sec^2) = sqrt(1e9 sec^2) = 3.16e4 sec = 8.78 hours.
  58.  
  59. If tether tension was not increased to maintain a constant acceleration,
  60. but was kept to a constant proportion of the tidal/centrifugal force,
  61. then the Shuttle's speed would increase exponentially and this time
  62. would be MUCH shorter.  I haven't worked the diffeq yet, but the
  63. acceleration rises roughly linearly with increasing distance, so...
  64.  
  65. Would you mind posting your analysis if it's so different?
  66. Perhaps you caught some glitch that I ignored.  The requirement
  67. of rotating the relative velocity vector at omega might make a
  68. big difference, and my above simple analysis would have missed it.
  69. I also didn't take into account the requirement for tidal force
  70. to spin up the tether; as the two masses separate, their angular
  71. inertia increases, and angular momentum must be input to keep its
  72. rate of spin at omega (1/orbit).  This must come from tidal torque;
  73. the lower mass moves forward as spin slows, and the upper moves
  74. backward, yielding a tidal torque increasing the spin.
  75.  
  76. >I'm confused by the energy balances here. It seems you could get
  77. >electrical energy *or* you could change the station's orbit. How
  78. >are you dividing the energy gain from converting gravitational
  79. >potential energy and orbital kinetic energy (I assume) between the
  80. >reel and the orbit changing?
  81.  
  82. No, you get both.  The energy input to the reel is the integral
  83. of the tension over the length of extension; the tension is > 0
  84. whenever the two centers-of-mass are not co-incident.  The orbit
  85. change is a result of the tether holding *both* end masses in
  86. disequilibrium; the upper one is moving faster than circular
  87. orbit speed, but the downward pull gives it a greater omega
  88. than it would maintain in free fall.  The lower one is moving
  89. slower than circular orbit speed, but the upward tension keeps
  90. it from falling into a lower orbit and maintains its lower omega.
  91. So long as the two halves are held together by the tether, their
  92. center of mass, somewhere between, is what is really "in orbit".
  93. Oh, yes, they've also picked up some energy of rotation about
  94. their center of mass, due to constant omega but increased angular
  95. inertia about the CG.  I haven't analyzed the system to find
  96. out exactly where this comes from.
  97.  
  98. When the tether is released, both masses go into elliptical orbits.
  99. The upper one follows an ellipse with the perigee at the point of
  100. release, and the lower follows an ellipse with the apogee at the
  101. point of release.  The upper one goes even higher, the lower one
  102. goes even lower.
  103.  
  104. >Another thing I can't quite picture is the fact that the shuttle,
  105. >in dropping to a lower orbit, has got to go faster to stay in that
  106. >orbit. It will lead the station by more and more as the cable is
  107. >unreeled. Doesn't the shuttle need more energy in order to go faster?
  108.  
  109. If the Shuttle were in an inertial frame, you would be correct.
  110. However, the tether tension pulling up accelerates it, offsets
  111. the force of gravity, and allows it to maintain a circular path
  112. while moving slower than circular-orbit speed.  So, as long as
  113. the tether remains vertical, as the Shuttle goes down, it also
  114. slows down, and stays slower until it lets go of the tether.
  115.  
  116. >Isn't this the energy gained by the shuttle in dropping to the lower
  117. >orbit? Doesn't that mean there is none left over to raise the station's
  118. >orbit or generate electricity from turning the reel? Have I completely
  119. >misunderstood something? 
  120.  
  121. To that last:  yup.
  122.  
  123. If you go back to your orbital mechanics, you'll find that the
  124. kinetic energy >gained< by going to a lower circular orbit is
  125. exactly 1/2 the gravitational energy >lost< in dropping lower.
  126. If the Shuttle drops lower, but doesn't pick up the speed
  127. commensurate with the drop (it's part of a larger assemblage
  128. with a center-of-mass somewhere above), guess where the "lost"
  129. kinetic energy goes?  It goes into the tether reel and upper mass.
  130.  
  131. >I just reread what I wrote in the last paragraph. I must be missing 
  132. >something, *my* questions sound screwy to me. The shuttle can't gain
  133. >enough energy from a drop (delta h) to increase it's orbital speed
  134. >(delta v) enough to establish a stable orbit. If it did, it wouldn't
  135. >drop anymore. What's the real geometry of the situation?
  136.  
  137. Well, if you let the tether *go*, you'd establish a stable elliptical
  138. orbit (assuming it doesn't intersect something, like air or mountains).
  139. The reason your questions sound screwy is that you're trying to apply
  140. orbital mechanics to a part of the system which does not contain the
  141. center of mass (it is not in free fall), and conservation laws to an
  142. open system (half of a system connected by a tether, which transfers
  143. momentum and energy).
  144.  
  145. ------------------------------
  146.  
  147. Date: 21 May 91 07:52:50 GMT
  148. From: agate!maelstrom.Berkeley.EDU!fcrary@ucbvax.Berkeley.EDU  (Frank Crary)
  149. Subject: Re: What comes after Fred's death?
  150.  
  151. In article <1991May20.174837.15589@cfa250.harvard.edu> willner@cfa.harvard.edu (Steve Willner) writes:
  152. >Hasn't it occurred to anyone that life sciences research (keeping a
  153. >couple of astronauts in orbit for a year or so) can be done without a
  154. >space station?  All that should be needed are another couple of
  155. >shuttle orbiters, extended duration modifications (up to 30 days is
  156. >already planned), and rendezvous capability.
  157. >
  158.  
  159. Not really. First of all, it would be nice to have a large sample of
  160. human subjects, e.g. 4 or more per year. To do this by shuffeling 
  161. people back and forth between orbiters would take up over half the
  162. crew of the shuttle. This would mean loosing the bulk of the research
  163. talent on each shuttle mission. Second, it would be a real mental
  164. hardship (something I generally like to ignore.) for someone to
  165. spend a year in such a confined space (or series of small, identical
  166. confined spaces.) I doubt that it would be considered a good idea by
  167. the NASA phych people. Third, and most important, it would require
  168. 12 flights a year of the Space Shuttle system. The greatest number
  169. of launches to date is, I believe 9. Even with additional orbiters,
  170. the rate could not go above 14 (without building a new Vehicle Assembly
  171. Building, Shuttle Processing Facility, etc...) And 14 flights assumes
  172. everything goes perfectly. I doubt the Shuttle could do it.
  173.  
  174. Anyway, I would rather see, say, 50 rats as the subject. The sample size
  175. is larger, and you can disect the rats after the flight.
  176.  
  177.                       Frank Crary
  178.                       UC Berkeley
  179.  
  180. ------------------------------
  181.  
  182. Date: 21 May 91 17:59:12 GMT
  183. From: agate!spool.mu.edu!sdd.hp.com!caen!ox.com!fmsrl7!wreck@ucbvax.Berkeley.EDU  (Ron Carter)
  184. Subject: Laser numbers sent to me
  185.  
  186. I'm sure Doug wouldn't mind me posting this information rather
  187. than having to sum it up in my own words.
  188. =====================================================================
  189. Date: Tue, 21 May 91 11:45:46 -0500
  190. Message-Id: <9105211645.AA27651@ux1.cso.uiuc.edu>
  191. From: sharkey!citi!gatech!aries.scs.uiuc.edu!mcdonald (Doug McDonald)
  192. To: fmsrl7!wreck (Ron Carter)
  193. Subject: Re: Laser launchers
  194.  
  195. In article <42475@fmsrl7.UUCP> wreck@fmsrl7.UUCP (Ron Carter) writes:
  196. >Incidentally, the characteristic impedance of free space is about
  197. >377 ohms per square, if memory serves.  1 KW/cm^2 implies an RMS
  198. >electric field strength of 614 volts/cm, which is nowhere near
  199. >the dielectric breakdown point of air.  100 GW/m^2 is 10 MW/cm^2,
  200. >implying an RMS FS of about 61 KV/cm.   That's where I'd start
  201. >to worry about things turning to plasma.
  202.  
  203. Examples: a 10 joule 1 microsecond CO2 laser produces 10 megawatts. This
  204. produces breakdown in air at a cross section of roughly 1 square millimeter,
  205. or 1 gigawatt per square centimeter, 10^15 watts per square meter.
  206.  
  207. At 20 gigawatts per square centimeterat 1.06 microns I have not observed
  208. breakdown, for 10^-10 second pulses.
  209.  
  210. HOWEVER, this is really an unimportant point for laser launchers. Those
  211. figures are  for air at ONE ATMOSPHERE. At lower pressures the powers get less -
  212. much less indeed. I have no hard numbers, though. You probably
  213. could count on not having breakdown problems up to maybe 5 or 10 miles.
  214. Then, of course, at say 50 or 100 miles up again lasers will for sure
  215. propagate nicely.
  216.  
  217. Doug McDonald
  218. =====================================================================
  219.  
  220. [Ron again.]
  221.  
  222. It appears that a system running a peak power of 1 GW/m^2 would have
  223. a rather large safety factor before breakdown of air becomes a problem.
  224. If necessary, it could run higher power levels early and late, and
  225. coast through troublesomely conductive parts of the atmosphere.
  226.  
  227. ------------------------------
  228.  
  229. Date: 21 May 91 19:33:31 GMT
  230. From: agate!spool.mu.edu!think.com!zaphod.mps.ohio-state.edu!rpi!news-server.csri.toronto.edu!utzoo!henry@ucbvax.Berkeley.EDU  (Henry Spencer)
  231. Subject: Re: Asteroid mining
  232.  
  233. In article <1991May21.150342.18827@watdragon.waterloo.edu> jdnicoll@watyew.uwaterloo.ca (James Davis Nicoll) writes:
  234. >    The Sudbury asteroid has two advantages that allow it to produce
  235. >nickel at a lower cost than nickel produced by exploiting other asteroids.
  236.  
  237. Just to nit-pick:  it is not in fact clear that the Sudbury mines are mining
  238. an asteroid.  The ore body is clearly the result of an impact, but whether
  239. it is the remains of the impacting body, or the remains of metal-rich magma
  240. released from deep in the crust by the impact, was not settled last I heard.
  241. -- 
  242. And the bean-counter replied,           | Henry Spencer @ U of Toronto Zoology
  243. "beans are more important".             |  henry@zoo.toronto.edu  utzoo!henry
  244.  
  245. ------------------------------
  246.  
  247. Date: 22 May 91 03:57:48 GMT
  248. From: cis.ohio-state.edu!zaphod.mps.ohio-state.edu!uakari.primate.wisc.edu!dali.cs.montana.edu!ogicse!sequent!muncher.sequent.com!szabo@tut.cis.ohio-state.edu
  249. Subject: Re: Building Infrastructure
  250.  
  251. In article <1991May21.181312.13381@zoo.toronto.edu> henry@zoo.toronto.edu (Henry Spencer) writes:
  252.  
  253. >My understanding has always been that there was
  254. >no particular market for *air* mail before the Kelly Act.  Customers just
  255. >didn't think the faster delivery was worth anything to them. 
  256.  
  257. This is a nit.  Mail was a very large current market, and it was well 
  258. known and much desired that mail be delivered as quickly as possible.
  259. Airplanes were proven as mail carriers before the Act.  Furthermore,
  260. mail was already a government business, like defense.  Finally, 
  261. "bean counters" -- people who actually do the arithmetic instead 
  262. of daydreaming -- did market surveys and worked out the dollar figures.
  263.  
  264. When was the last time somebody did a marketing survey and revenue/cost
  265. statement for a space station?
  266.  
  267.  
  268. -- 
  269. Nick Szabo                szabo@sequent.com
  270. "If you understand something the first time you see it, you probably
  271. knew it already.  The more bewildered you are, the more successful
  272. the mission was." -- Ed Stone, Voyager space explorer
  273.  
  274. ------------------------------
  275.  
  276. Date: 22 May 91 04:31:29 GMT
  277. From: cis.ohio-state.edu!zaphod.mps.ohio-state.edu!uakari.primate.wisc.edu!caen!uwm.edu!csd4.csd.uwm.edu!markh@tut.cis.ohio-state.edu  (Mark William Hopkins)
  278. Subject: Re: 2001 and "The Endeavor"
  279.  
  280. In article <1991May12.045943.24244@leland.Stanford.EDU> rick@pangea.Stanford.EDU (Rick Ottolini) writes:
  281. (2001)
  282. >When I first saw the movie, a year before the moon landing, I thought many of
  283. >the things in the movie would occur by that time.  It looks like they won't.
  284.  
  285. It looks like they won't in the public sector.  When Kennedy died, America
  286. lost its vision, the last vestige (the moon landing) of his vision spent itself
  287. in short time, and everything went after that.
  288.  
  289. But don't rule out the private sector by any means.  A few enterprising souls,
  290. not constrained by excessive politicking or ingrown bureaucracies, will make
  291. all the difference probably by even the date mentioned above.
  292.  
  293. ------------------------------
  294.  
  295. Date: 23 May 91 21:51:15 GMT
  296. From: agate!linus!linus!cyclone!sokay@ucbvax.Berkeley.EDU  (S. J. Okay)
  297. Subject: Re: lifeboats
  298.  
  299. In article <1991May22.164023.21559@zoo.toronto.edu> henry@zoo.toronto.edu (Henry Spencer) writes:
  300. >If all you want is a bit of maneuverability for rendezvous, given an
  301. >accurate launch I think you can get by with my suggestion -- mount the
  302. >SM thruster quads on whatever adapter you're using to hold retros.
  303.  
  304. This was my original point about lifeboats and my  query about the CM.
  305. A lifeboat is exactly that, its a small shell/can to hold a crew and
  306. recovery device and MAYBE thrusters if picking up your astronauts
  307. wherever they land is a problem.  A small kick-thruster package to
  308. get you pointed in the right attitude for re-entry is about all you
  309. need for a lifeboat. Anything else isn't a lifeboat per se and is
  310. more like a Hermes or something. If you want your Hermes or ECRV
  311. to double as a lifeboat, thats another thing entirely.
  312.  
  313. ---Steve
  314.  
  315. ------------------------------
  316.  
  317. Date: 20 May 91 18:14:31 GMT
  318. From: agate!spool.mu.edu!sdd.hp.com!elroy.jpl.nasa.gov!usc!nic.csu.net!csun.edu!corona!swalton@ucbvax.Berkeley.EDU  (Stephen Walton)
  319. Subject: Perspective: SS Freedom vs. Space Science
  320.  
  321. I've scanned (not read thoroughly, don't have the time) the various
  322. back and forth over the recent House action.  As someone who faxed a
  323. letter to the committee asking them to continue funding space science,
  324. I suppose I bear some responsibility for the current situation.
  325. However:  the letter I wrote simply asked the committee to preserve
  326. space science funding.  As I understood the situation of two weeks ago,
  327. the House wanted a $700M cut from NASA, and Truly was taking the
  328. position that this cut should come entirely out of space science
  329. because of the recent de-scoping of Freedom.  A cut of this magnitude,
  330. according to my NASA sources, would have meant the cancellation of
  331. *every* space science mission not already flying, as well as
  332. significant cuts in NASA support of ground-based astronomy.
  333.  
  334. My letter, which I'd be glad to send the text of to anyone who cares to
  335. read it, simply pointed out that space science has real benefits.  I also
  336. quoted the Augustine Commission report to the effect that they recommended
  337. that space science funding be kept at its current level of 20% (that's
  338. right, 1/5th) of the NASA budget and that the strategic plan from the
  339. Office of Space Science and Applications be maintained.  I did not mention
  340. SS Freedom or any other government program as being less worthy of funding
  341. than space science;  I simply asked the committee to do what they could to
  342. preserve an active space science program despite current budget problems.
  343. Similar letters were no doubt sent by other astronomers and members of
  344. the space science community.  The decision to zero out SS Freedom came as
  345. a complete surprise.
  346. -- 
  347. Stephen Walton, Dept. of Physics & Astronomy, Cal State Univ. Northridge
  348.     "Lately it occurs to me/What a long, strange trip it's been"
  349.  
  350. ------------------------------
  351.  
  352. Date: 20 May 91 22:40:10 GMT
  353. From: agate!spool.mu.edu!mips!zaphod.mps.ohio-state.edu!swrinde!elroy.jpl.nasa.gov!jpl-devvax!ddc@ucbvax.Berkeley.EDU  (Douglas Creel)
  354. Subject: Re: Fred vs. Exploration: head-to-head competition
  355.  
  356. I find it humorous how people cite the "wisdom" of Congres when it suits their
  357. own personal beliefs, and then attack Congress when its decisions don't support
  358. their views. How someone can trust the judgement of a Congressional            
  359. subcommittee, which is nothing but a bunch of lawyers whose knowledge of science
  360. and engineering is woefully pitiful, over that of NASAs' leadership is beyond
  361. my comprehension. And by the way, NASA's leadership is compromised of more
  362. than just astronauts. I don't recall William Lenoir ever riding on a shuttle,
  363. and last time I checked he was in favor of the station.
  364.  
  365. As far as manned space drawing funds away from "space science" projects, there
  366. certainly was no shortage of unmanned missions to the planets during the
  367. sixties and early seventies, and that was during the height of the Apollo
  368. Program. The shuttle only seemed to draw away funds from space science
  369. because space scientists were getting a slice of a smaller pie. If you look
  370. at the percentage of NASA funds devoted to space science during the Apollo 
  371. program, and the percentage during the shuttle program, I'd wager that there
  372. wouldn't be much of a difference at all. In fact, one area which has suffered
  373. since the Apollo era has been NASA's technology base. Much of what has been
  374. accomplished in the last decade has been born on the investment in research
  375. done well in the past. If we're going to cut Fred, the we should plow some of
  376. that money in to R&D in such projects as NASP, Aerobrake experiment, nuclear
  377. propulsion and advanced life support systems.
  378.  
  379. How are we ever going to build a permanent presence in space if we don't 
  380. invest the funds to find out how to do it. As far as I see it, the main reason
  381. for building Fred isn't microgravity research, or life sciences research but
  382. simply stated this:
  383.  
  384. We should build a space station, so we can learn how to build a space station.
  385.  
  386. If this sounds like a circular argument, it is not. Only by operating a space
  387. station will we learn the lessons necessary to teach us how to operate
  388. efficiently and affordably in space in the future.  An investment in Fred is
  389. an investment in the future. Those who attack the space station the most, are
  390. of course those who feel they will personally lose the most. No shame here. 
  391. But don't use catch phrases like "pork barrel" to justify attacks on Fred,
  392. Because AXAF and SIRTF and CRAF/Cassini are every much pork barrel projects
  393. as Space Station Freedom is.
  394.  
  395. Douglas D. Creel
  396. Navigation Systems Section (Mars Observer Project)
  397. Jet Propulsion Laboratory
  398.  
  399. P.S. Oh, and as you can see, my livelihood also depends on space science funding
  400.      and not manned space funding, so my views are not influenced by personal
  401.      gains or losses.
  402.  
  403. ------------------------------
  404.  
  405. End of SPACE Digest V13 #622
  406. *******************
  407.