Kako bi deloval vesoljski dvigalo

Vesoljsko dvigalo je predlagani transportni sistem, ki Zemljino površino povezuje s vesoljem. Z dvigalom bi vozila lahko potovala v orbito ali vesolje brez uporabe rakete. Medtem ko vožnja z dvigalom ne bi bila hitrejša od raketne vožnje, bi bila veliko cenejša in bi jo bilo mogoče nenehno uporabljati za prevoz tovora in morda potnikov.

Konstantin Tsiolkovsky je leta 1895 prvič opisal vesoljsko dvigalo. Tsiolkovksy je predlagal gradnjo stolpa od površine do geostacionarne orbite, kar je v bistvu naredilo neverjetno visoko zgradbo. Težava njegove ideje je bila, da bi strukturo podrli vsi teža nad njo. Sodobni koncepti dvigal vesolja temeljijo na drugačnem načelu - napetosti. Dvigalo bi bilo zgrajeno s kablom, pritrjenim na enem koncu Zemljinega površja, in masivnim protiutežom na drugem koncu, nad geostacionarno orbito (35.786 km). Gravitacija bi se kabel potegnil navzdol, medtem ko centrifugalna sila iz orbite bi se protiutež potegnila navzgor. Nasprotne sile bi zmanjšale obremenitev dvigala v primerjavi z gradnjo stolpa v vesolje.

Medtem ko običajno dvigalo uporablja premikajoče se kable, da vleče ploščad navzgor in navzdol, bi vesoljsko dvigalo se zanašajo na naprave, ki jih imenujemo pajki, plezalci ali dvigalci, ki potujejo po stacionarnem kablu ali trak. Z drugimi besedami, dvigalo bi se premikalo po kablu. Več plezalcev bi moralo potovati v obe smeri, da bi odstranili vibracije od sile Coriolis, ki deluje na njihovo gibanje.

Namestitev dvigala bi bila nekaj takega: Masivna postaja, ujeti asteroid ali skupina plezalcev bi bila postavljena višje od geostacionarne orbite. Ker bi bila napetost na kablu v orbitalnem položaju največja, bi bil kabel tam debelejši in bi se zožil proti Zemljinemu površju. Najverjetneje bi bil kabel bodisi razporejen iz vesolja bodisi zgrajen na več odsekih in se premikal navzdol na Zemljo. Plezalci bi premikali kabel navzgor in navzdol na kolescih, ki jih je držal na mestu zaradi trenja. Moč bi se lahko oskrbela z obstoječo tehnologijo, kot so brezžični prenos energije, sončna energija in / ali shranjena jedrska energija. Priključna točka na površini bi lahko bila mobilna ploščad v oceanu, ki bi nudila varnost dvigala in prožnost za preprečevanje ovir.

Potovanje na vesoljskem dvigalu ne bi bilo hitro! Čas potovanja od enega do drugega konca bi bil nekaj dni do enega meseca. Če pogledamo razdaljo v perspektivo, če bi se plezalec gibal s hitrostjo 300 km / h (190 mph), bi potrebovali pet dni, da bi dosegli geosinhrono orbito. Ker morajo plezalci sodelovati z drugimi na kablu, da so stabilni, bo verjetno napredek veliko počasnejši.

Največja ovira pri gradnji vesoljskih dvigal je pomanjkanje materiala z dovolj visoko natezno trdnost in elastičnost in dovolj nizko gostota za izdelavo kabla ali traku. Doslej so najmočnejši materiali za kabel bili diamantni nanodelci (prvič sintetizirani leta 2014) oz. ogljikove nanotubule. Te materiale še ni treba sintetizirati na zadostno razmerje med dolžino ali natezno trdnostjo in gostoto. The kovalentne kemijske vezi povezovanje ogljikovih atomov v ogljikovih ali diamantnih nanocevkah lahko zdrži le toliko stresa, preden razpnete ali raztrgate. Znanstveniki izračunavajo obremenitev, ki jo vezi lahko podpirajo, in potrjujejo, da je mogoče nekega dne sestaviti trak, dovolj dolgo, da sega od Zemlje do geostacionarne orbite, ne bi mogel podpreti dodatnega stresa iz okolja, vibracij in plezalcev.

Vibracije in nihanje so resna težava. Kabel bi bil dovzeten za pritisk sončni veter, harmonike (t.j. kot res dolga violinska struna), strele in vihtanje od Coriolisove sile. Ena izmed rešitev bi bila nadzorovanje gibanja gosenic, da bi nadomestili nekatere učinke.

Druga težava je, da je prostor med geostacionarno orbito in Zemljino površino zasut s vesoljskim smeti in naplavinami. Rešitve vključujejo čiščenje vesoljskega vesolja ali omogočanje orbitalne protiuteži, da se izogne ​​oviram.

Druga vprašanja vključujejo korozijo, mikrometeoritne učinke in učinke Van Allenovih sevalnih pasov (težava tako materialov kot organizmov).

Obseg izzivov skupaj z razvojem raket za večkratno uporabo, kot so bile razvite podjetje SpaceX je zmanjšalo zanimanje za vesoljska dvigala, vendar to še ne pomeni, da je ideja o dvigalih mrtev.

Primeren material za vesoljsko dvigalo na Zemlji še ni razvit, vendar so obstoječi materiali dovolj močni, da podpirajo vesoljsko dvigalo na Luni, drugih lunah, Marsu ali asteroidih. Mars ima približno tretjino gravitacije Zemlje, vendar se vrti s približno enako hitrostjo, tako da bi bilo marsovsko vesoljsko dvigalo veliko krajše kot eno, zgrajeno na Zemlji. Dvigalo na Marsu bi moralo reševati nizko orbito luna Phobos, ki redno seka marsovski ekvator. Nasprotno, lunarno dvigalo je, da se Luna ne vrti dovolj hitro, da bi ponudila stacionarno točko orbite. Vendar pa je dr. Lagrangijeve točke lahko namesto tega. Čeprav bi bilo lunarno dvigalo dolgo na 50.000 km na bližnji strani Lune in še dlje na njegovi skrajni strani, je spodnja gravitacija gradnjo izvedljiva. Marsovsko dvigalo bi lahko zagotavljalo tekoči prevoz izven gravitacije planeta, medtem ko bi lahko lunarno dvigalo uporabljalo za pošiljanje materialov z Lune na lokacijo, ki jo je dosegla Zemlja.

Številna podjetja so predlagala načrte za vesoljska dvigala. Študije izvedljivosti kažejo, da dvigalo ne bo zgrajeno, dokler (a) ne odkrijemo materiala, ki bi lahko podpiral napetost za zemeljsko dvigalo ali (b) dvigalo na Luni ali Marsu mora biti. Čeprav je verjetno, da bodo pogoji izpolnjeni v 21. stoletju, je dodajanje vožnje z dvigalom na seznam vedra lahko prezgodaj.

• Landis, Geoffrey A. & Cafarelli, Craig (1999). Predstavljen kot papir IAF-95-V.4.07, 46. kongres Mednarodne astronavtske federacije, Oslo Norveška, 2. in 6. oktober 1995. "Prenovljen je bil stolp Tsiolkovski". Časopis Britanskega medplanetarnega društva. 52: 175–180.
• Cohen, Stephen S.; Misra, Arun K. (2009). "Vpliv plezalskih tranzitov na dinamiko vesoljskih dvigal". Acta Astronautica. 64 (5–6): 538–553.
• Fitzgerald, M., Swan, P., Penny, R. Labod, C. Vesoljska dvigala Arhitekture in načrti, Lulu.com Publishers 2015