Кольцо на околоземной орбите

Классическая картинка: герметичная труба, свёрнутая в кольцо, вращается вокруг оси. Можно ли построить такое на разумных технологиях и что определяет его массу? Короткий ответ: при радиусах в сотни метров прочность материалов — не проблема. Массу задают давление воздуха, радиационная защита и «начинка».

Параметры кольца

Вид сверху, в масштабе. Рядом — Starship (50 м) для сравнения.

Формулы

Обруч с погонной массой λ при скорости обода v растянут силой (кольцо держит само себя, спицы не нужны):
$$T = \lambda v^2, \qquad v = \omega R = \sqrt{gR}$$
Силовой пояс сечения Ab из материала с допускаемым напряжением σдоп несёт груз и сам себя:
$$A_b = \frac{\lambda_{\text{груз}}\,v^2}{\sigma_{\text{доп}} - \rho_b v^2}, \qquad v_{\max} = \sqrt{\sigma_{\text{доп}}/\rho_b}$$
Предельная скорость обода для стали при запасе 3 — около 180 м/с, для углепластика — 650 м/с. При 1 g это радиусы 3 и 40 км.
Гермооболочка трубы радиуса a под давлением p (кольцевое напряжение):
$$t = \frac{p\,a}{\sigma_{\text{доп}}}, \qquad \lambda_{\text{оболочки}} = 2\pi a\,t\,\rho$$

Как это себя ведёт

Модель не учитывает спицы, ступицу, стыковочный узел, окна, внутренние перекрытия. Это нижняя оценка массы.