Cum ar funcționa un elevator spațial

Un elevator spațial este un sistem de transport propus care conectează suprafața Pământului la spațiu. Ascensorul ar permite vehiculelor să călătorească pe orbită sau în spațiu fără utilizarea rachetelor. În timp ce călătoria cu liftul nu ar fi mai rapidă decât călătoria cu rachetele, aceasta ar fi mult mai puțin costisitoare și ar putea fi folosită continuu pentru transportul de marfă și eventual pasageri..

Konstantin Tsiolkovsky a descris pentru prima dată un elevator spațial în 1895. Tsiolkovksy a propus construirea unui turn de la suprafață până la orbita geostationară, făcând în esență o clădire incredibil de înaltă. Problema cu ideea lui a fost că structura va fi strivită cu toată greutatea de deasupra ei. Conceptele moderne de ascensoare spațiale se bazează pe un principiu diferit - tensiunea. Ascensorul ar fi construit folosind un cablu atașat la un capăt la suprafața Pământului și la o contraponderare masivă la celălalt capăt, deasupra orbitei geostationare (35.786 km). Gravitatea ar trage în jos pe cablu, în timp ce forța centrifugă de la contragreutatul orbitant ar trage în sus. Forțele opuse ar reduce stresul ascensorului, în comparație cu construirea unui turn în spațiu.

În timp ce un elevator normal folosește cabluri în mișcare pentru a trage o platformă în sus și în jos, elevatorul spațial s-ar baza pe dispozitivele numite crawlere, alpiniste sau ascensoare care călătoresc de-a lungul unui cablu sau panglică staționară. Cu alte cuvinte, liftul s-ar muta pe cablu. Mai mulți alpinisti ar trebui să călătorească în ambele direcții pentru a compensa vibrațiile din forța Coriolis care acționează în mișcarea lor.

Părți ale unui elevator spațial

Setarea pentru ascensor ar fi așa: o stație masivă, un asteroid capturat sau un grup de alpinisti ar fi poziționat mai sus decât orbita geostationară. Deoarece tensiunea pe cablu ar fi maximă în poziția orbitală, cablul ar fi cel mai gros acolo, rotind spre suprafața Pământului. Cel mai probabil, cablul ar fi fie dislocat din spațiu, fie construit în mai multe secțiuni, deplasându-se pe Pământ. Climberii s-ar deplasa în sus și în jos pe cablu pe role, ținute la locul lor prin frecare. Energia ar putea fi furnizată de tehnologia existentă, cum ar fi transferul de energie wireless, energia solară și / sau energia nucleară stocată. Punctul de conectare la suprafață ar putea fi o platformă mobilă în ocean, oferind securitate ascensorului și flexibilitate pentru evitarea obstacolelor.

Călătoria cu un elevator spațial nu ar fi rapid! Durata călătoriei de la un capăt la celălalt ar fi de câteva zile la o lună. Pentru a pune distanța în perspectivă, dacă alpinistul s-ar deplasa cu 300 km / h (190 mph), ar fi nevoie de cinci zile pentru a ajunge pe orbita geosincronă. Deoarece alpinistii trebuie să lucreze în concert cu alții pe cablu pentru a-l face stabil, este probabil ca progresul să fie mult mai lent.

Totuși, provocările trebuie depășite

Cel mai mare obstacol în calea construcției elevatorului spațial este lipsa unui material cu o rezistență la tracțiune suficientă și elasticitate și densitate suficient de mică pentru a construi cablul sau panglica. Până în prezent, cele mai puternice materiale pentru cablu ar fi nanotuburile de diamant (sintetizate pentru prima dată în 2014) sau nanotubulele de carbon. Aceste materiale nu au fost încă sintetizate la o lungime suficientă sau la rezistență la tracțiune și densitate. Legăturile chimice covalente care leagă atomii de carbon în nanotuburi de carbon sau de diamant pot rezista atât de mult la stres înainte de a se dezlipi sau a se rupe. Oamenii de știință calculează încordarea pe care le pot susține legăturile, confirmând că, deși ar putea fi posibil ca o zi să construiască o panglică suficient de lungă pentru a se întinde de pe Pământ până pe orbita geostationară, nu ar putea suporta stresul suplimentar din mediul înconjurător, vibrații și alpiniști.

Vibrațiile și ondularea sunt o considerație serioasă. Cablul ar fi susceptibil la presiune de la vântul solar, armonice (de exemplu, ca o coardă de vioară foarte lungă), fulgere și vornic din forța Coriolis. O soluție ar fi controlul mișcării crawlerelor pentru a compensa unele dintre efecte.

O altă problemă este că spațiul dintre orbita geostationară și suprafața Pământului este plin de gunoi spațial și resturi. Soluțiile includ curățarea spațiului aproape de Pământ sau capacitatea de contrapondere orbitală să poată evita obstacolele.

Alte probleme includ coroziunea, impactul micrometeoritelor și efectele centurilor de radiații Van Allen (o problemă atât pentru materiale cât și pentru organisme).

Mărimea provocărilor cuplată cu dezvoltarea rachetelor reutilizabile, precum cele dezvoltate de SpaceX, a scăzut interesul pentru ascensoarele spațiale, dar asta nu înseamnă că ideea de ascensor este moartă..

Ascensoarele spațiale nu sunt doar pentru Pământ

Un material adecvat pentru un elevator spațial bazat pe Pământ nu a fost încă dezvoltat, însă materialele existente sunt suficient de puternice pentru a susține un elevator spațial pe Lună, alte luni, Marte sau asteroizi. Marte are aproximativ o treime din greutatea Pământului, totuși se rotește cam cu aceeași viteză, astfel încât un elevator spațial marțian ar fi mult mai scurt decât unul construit pe Pământ. Un elevator de pe Marte ar trebui să se ocupe de orbita joasă a lunii Phobos, care intersectează în mod regulat ecuatorul marțian. Complicația pentru un elevator lunar, pe de altă parte, este că Luna nu se rotește suficient de repede pentru a oferi un punct de orbită staționară. Cu toate acestea, punctele lagrangiene ar putea fi utilizate în schimb. Chiar dacă un elevator lunar ar avea o lungime de 50.000 km pe partea apropiată a Lunii și chiar mai lung pe partea sa îndepărtată, gravitația mai mică face viabilă construcția. Un elev marțian ar putea asigura un transport continuu în afara puțului gravitațional al planetei, în timp ce un elevator lunar ar putea fi folosit pentru a trimite materiale de pe Lună într-o locație ușor de atins de Pământ.

Când va fi construit un elevator spațial?

Numeroase companii au propus planuri pentru ascensoarele spațiale. Studiile de fezabilitate indică faptul că un elevator nu va fi construit până când (a) este descoperit un material care poate susține tensiunea pentru un elevator de pe Pământ sau (b) este nevoie de un elevator pe Lună sau pe Marte. Deși este probabil că condițiile vor fi îndeplinite în secolul 21, adăugarea unei plimbări cu liftul spațial pe lista de găleată poate fi prematură.

Lectură recomandată

• Landis, Geoffrey A. & Cafarelli, Craig (1999). Prezentat ca lucrare IAF-95-V.4.07, al 46-lea Congres al Federației Internaționale de Astronautică, Oslo Norvegia, 2-6 octombrie 1995. "Turnul Tsiolkovski reexaminat". Jurnalul Societății Interplanetare Britanice. 52: 175-180. 
• Cohen, Ștefan S.; Misra, Arun K. (2009). "Efectul tranzitului alpinistului asupra dinamicii ascensoarelor spațiale". Acta Astronautica. 64 (5-6): 538-553. 
• Fitzgerald, M., Swan, P., Penny, R. Swan, C. Architectura elevatorului spațial și foile de parcurs, Edituri Lulu.com 2015