Kaip kosminis liftas veiktų

Kosminis liftas yra siūloma transportavimo sistema, jungianti Žemės paviršių su kosmosu. Liftas leistų transporto priemonėms keliauti į orbitą ar erdvę nenaudojant raketos. Kelionė liftu nebūtų greitesnė nei kelionė raketa, tačiau ji būtų daug pigesnė ir galėtų būti nuolat naudojama gabenant krovinius ir galbūt keleivius.

Konstantinas Tsiolkovskis pirmą kartą aprašė kosminį liftą 1895 m. Tsiolkovksy pasiūlė pastatyti bokštą nuo paviršiaus iki geostacionarios orbitos, iš esmės padarydamas neįtikėtinai aukštą pastatą. Jo sumanymo problema buvo ta, kad struktūrą sugriaus visi svoris virš jo. Šiuolaikinės kosminių liftų koncepcijos grindžiamos kitu principu - įtampa. Liftas būtų pastatytas naudojant kabelį, pritvirtintą prie vieno žemės paviršiaus paviršiaus, o kitame gale prie masyvios atsvaros - aukščiau geostacionarinės orbitos (35 786 km). Gravitacija tuo tarpu trauktų žemyn ant kabelio išcentrinė jėga nuo orbitos atsvaros trauktųsi aukštyn. Priešingos jėgos sumažintų stresą liftui, palyginti su bokšto statymu į kosmosą.

Nors įprastas liftas naudoja judančius kabelius platformai traukti aukštyn ir žemyn, kosminis liftas tai darytų pasikliaukite įrenginiais, vadinamais vikšriniais, vijokliais ar keltuvais, kurie eina stacionariu kabeliu arba kaspinas. Kitaip tariant, liftas judėtų kabeliu. Keli alpinistai turės važiuoti abiem kryptimis, kad kompensuotų vibraciją, atsirandančią iš Koriolio jėgos, veikiančios jų judesį.

Lifto sąranka būtų maždaug tokia: Masyvi stotis, užfiksuota asteroidu ar alpinistų grupe, būtų išdėstyta aukščiau nei geostacionarinė orbita. Kadangi kabelio įtampa bus maksimali orbitos padėtyje, kabelis ten bus storiausias, siaurėjantis link Žemės paviršiaus. Labiausiai tikėtina, kad kabelis bus dislokuotas iš kosmoso arba pastatytas keliose atkarpose, judant žemyn. Alpinistai judėtų aukštyn ir žemyn ant ritinėlių, laikomų vietoje trinties, lynu. Energiją galėtų tiekti esamos technologijos, tokios kaip belaidis energijos perdavimas, saulės energija ir (arba) kaupiama branduolinė energija. Ryšio taškas paviršiaus paviršiuje galėtų būti mobili platforma vandenyne, siūlanti saugumą liftui ir lankstumą, norint išvengti kliūčių.

Kelionė kosminiu liftu nebūtų greita! Kelionės laikas nuo vieno galo iki kito būtų kelios dienos iki mėnesio. Jei atstumas būtų perspektyvus, jei alpinistas judėtų 300 km / h greičiu (190 mylių per valandą), pasiekti geosinchroninę orbitą prireiktų penkių dienų. Kadangi alpinistai turi dirbti kartu su kitais kabeliu, kad jis būtų stabilus, greičiausiai progresas bus daug lėtesnis.

Didžiausia kliūtis kosminio lifto statybai yra pakankamai aukštos medžiagos trūkumas tempiamasis stipris ir elastingumas ir pakankamai žemas tankis nutiesti kabelį ar juostą. Iki šiol stipriausios kabelio medžiagos būtų deimantiniai nanotriegiai (pirmą kartą sintezuoti 2014 m.) Arba anglies nanovamzdeliai. Šios medžiagos dar neturi būti susintetintos iki pakankamo ilgio arba atsparumo tempimui ir tankio santykio. kovalentiniai cheminiai ryšiai jungiant anglies atomus anglies arba deimantiniuose nanovamzdeliuose, jie gali atlaikyti tik tiek streso, prieš išardydami ar subraižydami. Mokslininkai apskaičiavo, kokią įtampą gali palaikyti ryšiai, patvirtindami, kad nors vieną dieną gali būti įmanoma pastatyti juostelę pakankamai ilgą, kad nuo žemės paviršiaus iki geostacionarios orbitos, ji nepajėgs išlaikyti papildomo aplinkos, vibracijos ir alpinistų streso.

Vibracija ir bangavimas yra rimtas dalykas. Kabelis bus jautrus saulės vėjas, armonikos (t. y. kaip tikrai ilga smuiko styga), žaibas trenkia ir banguoja iš Coriolio jėgos. Vienas iš sprendimų būtų kontroliuoti vikšrų judesį, kad būtų kompensuotas tam tikras poveikis.

Kita problema yra ta, kad erdvė tarp geostacionarinės orbitos ir Žemės paviršiaus yra užpildyta kosmoso šiukšlėmis ir šiukšlėmis. Tarp tokių sprendimų yra kosmoso išvalymas arti Žemės arba orbitos atsvara, leidžianti išvengti kliūčių.

Kitos problemos yra korozija, mikrometeoritų poveikis ir Van Allen radiacijos diržų poveikis (tiek medžiagų, tiek organizmų problema).

Iššūkių mastas, susijęs su pakartotinai naudojamų raketų, tokių kaip jos, sukūrimu „SpaceX“, sumažėjo susidomėjimas kosminiais liftais, tačiau tai nereiškia, kad lifto idėja yra tokia miręs.

Tinkama medžiaga žemės paviršiaus kosminiam liftui dar turi būti sukurta, tačiau esamos medžiagos yra pakankamai stiprios, kad palaikytų kosminį liftą Mėnulyje, kituose mėnuliuose, Marse ar asteroiduose. Marsas turi maždaug trečdaliu Žemės gravitacijos, tačiau sukasi maždaug tokiu pačiu greičiu, taigi Marso kosminis liftas būtų daug trumpesnis nei tas, kuris pastatytas Žemėje. Liftas ant Marso turėtų kreiptis į žemą orbitą mėnulis Phobos, kuris reguliariai kerta Marso pusiaują. Kita vertus, mėnulio lifto komplikacija yra tai, kad Mėnulis nesisuka pakankamai greitai, kad pasiūlytų nejudantį orbitos tašką. Tačiau Lagrango taškai galėtų būti naudojami vietoj. Net jei mėnulio liftas būtų 50 000 km ilgio artimoje Mėnulio pusėje ir dar ilgesnis tolimiausiame jo šone, mažesnis sunkio sunkumas leidžia konstrukciją įgyvendinti. Marso liftas galėtų užtikrinti nuolatinį gabenimą už planetos gravitacijos šulinio, o mėnulio liftas galėtų būti naudojamas medžiagoms iš Mėnulio siųsti į vietą, kurią lengvai pasiekia Žemė.

Daugybė kompanijų pasiūlė kosminių liftų planus. Galimybių studijos rodo, kad liftas nebus pastatytas tol, kol (a) nebus rasta medžiaga, kuri palaiko žemės lifto įtempimą, arba b) prireiks lifto Mėnulyje ar Marse. Nors tikėtina, kad XXI amžiuje bus įvykdytos sąlygos, įtraukti į kosminių liftų sąrašą į savo kibirų sąrašą gali būti per anksti.

• Landis, Geoffrey A. & Cafarelli, Craigas (1999). Pateikta kaip popierius IAF-95-V.4.07, 46-asis Tarptautinės astronautikos federacijos kongresas, Oslas, Norvegija, 1995 m. Spalio 2–6 d. „Tsiolkovskio bokštas iš naujo išnagrinėtas“. Didžiosios Britanijos tarpplanetinės visuomenės žurnalas. 52: 175–180.
• Cohenas, Stephenas S.; Misra, Arūnas K. (2009). "Alpinistų tranzito poveikis kosminio lifto dinamikai". Acta Astronautica. 64 (5–6): 538–553.
• Fitzgerald, M., Swan, P., Penny, R. Gulbė, C. Kosminių liftų architektūra ir gairės, „Lulu.com“ leidykla, 2015 m