Kā darbotos kosmosa lifts

Kosmosa liftu zinātne

Giphy

Kosmosa lifts ir ierosināta transporta sistēma, kas savieno Zemes virsmu ar kosmosu. Lifts ļautu transportlīdzekļiem pārvietoties orbītā vai kosmosā, neizmantojot raķetes . Lai gan ceļošana ar liftu nebūtu ātrāka par raķešu pārvietošanos, tā būtu daudz lētāka, un to varētu nepārtraukti izmantot kravas un, iespējams, pasažieru pārvadāšanai.

Konstantīns Ciolkovskis pirmo reizi kosmosa liftu aprakstīja 1895. gadā. Ciolkovskis ierosināja uzbūvēt torni no virsmas līdz ģeostacionārajai orbītai, būtībā veidojot neticami augstu ēku. Problēma ar viņa ideju bija tāda, ka konstrukciju sagraus visi svars virs tā. Mūsdienu kosmosa liftu koncepcijas ir balstītas uz citu principu - spriedzi. Lifts tiks būvēts, izmantojot kabeli, kas vienā galā piestiprināts pie Zemes virsmas, bet otrā galā ar masīvu pretsvaru virs ģeostacionārās orbītas (35 786 km). Gravitācija vilkt uz leju kabeli, kamēr centrbēdzes spēks no orbītā pretsvara vilktos uz augšu. Pretējie spēki samazinātu slodzi uz liftu, salīdzinot ar torņa celtniecību kosmosā.

Lai gan parastais lifts izmanto kustīgus kabeļus, lai paceltu platformu augšup un lejup, kosmosa lifts paļautos uz ierīcēm, ko sauc par rāpuļkāpnēm, kāpējiem vai pacēlājiem, kas pārvietojas pa stacionāru kabeli vai lenti. Citiem vārdiem sakot, lifts pārvietotos pa kabeli. Vairākiem kāpējiem būtu jābrauc abos virzienos, lai kompensētu vibrācijas no Koriolisa spēka, kas iedarbojas uz viņu kustību.

Kosmosa lifta daļas

Lifta uzstādīšana būtu aptuveni šāda: masīva stacija, sagūstīts asteroīds vai alpīnistu grupa būtu novietota augstāk par ģeostacionāro orbītu. Tā kā kabeļa spriegums būtu maksimālais orbitālajā stāvoklī, kabelis tur būtu visbiezākais, sašaurinoties pret Zemes virsmu. Visticamāk, kabelis tiks izvietots no kosmosa vai konstruēts vairākās daļās, virzoties uz Zemi. Alpīnisti virzījās uz augšu un uz leju pa kabeli uz veltņiem, kurus turēja berze. Enerģiju varētu nodrošināt, izmantojot esošās tehnoloģijas, piemēram, bezvadu enerģijas pārnešanu, saules enerģiju un/vai uzkrāto kodolenerģiju. Savienojuma punkts virszemē varētu būt mobila platforma okeānā, kas piedāvā lifta drošību un elastību, lai izvairītos no šķēršļiem.

Ceļošana kosmosa liftā nebūtu ātra! Ceļojuma laiks no viena gala līdz otram būtu no vairākām dienām līdz mēnesim. Lai aplūkotu attālumu perspektīvā, ja alpīnists pārvietotos ar ātrumu 300 km/h (190 jūdzes stundā), ģeosinhronās orbītas sasniegšanai būtu vajadzīgas piecas dienas. Tā kā alpīnistiem ir jāstrādā saskaņoti ar citiem, lai kabelis būtu stabils, visticamāk, progress būs daudz lēnāks.

Izaicinājumi, kas vēl jāpārvar

Lielākais šķērslis kosmosa lifta būvniecībai ir materiāla trūkums ar pietiekami augstu stiepes izturība un elastība un pietiekami zems blīvums lai izveidotu kabeli vai lenti. Līdz šim izturīgākie materiāli kabelim būtu dimanta nanovītnes (pirmo reizi sintezētas 2014. gadā) vai oglekļa nanocaurules . Šie materiāli vēl ir jāsintezē līdz pietiekama garuma vai stiepes izturības un blīvuma attiecībai. The kovalentās ķīmiskās saites oglekļa atomu savienošana oglekļa vai dimanta nanocaurulēs var izturēt tikai tik lielu spriedzi, pirms tiek izņemta rāvējslēdzēja vai saplēsts. Zinātnieki aprēķina deformāciju, ko var izturēt saites, apstiprinot, ka, lai gan kādu dienu varētu būt iespējams izveidot pietiekami garu lenti, lai tā stieptos no Zemes līdz ģeostacionārajai orbītai, tā nespētu izturēt papildu stresu no vides, vibrācijām un alpīnisti.

Vibrācijas un svārstības ir nopietns apsvērums. Kabelis būtu jutīgs pret spiedienu no saules vējš , harmonikas (t.i., kā patiešām gara vijoles stīga), zibens spērieni un svārstības no Koriolisa spēka. Viens no risinājumiem būtu kontrolēt kāpurķēžu kustību, lai kompensētu dažus efektus.

Vēl viena problēma ir tā, ka telpa starp ģeostacionāro orbītu un Zemes virsmu ir piesātināta ar kosmosa atkritumiem un atkritumiem. Risinājumi ietver Zemes tuvumā esošās telpas attīrīšanu vai orbītas pretsvara spēju izvairīties no šķēršļiem.

Citas problēmas ietver koroziju, mikrometeorītu ietekmi un Van Allen radiācijas joslu ietekmi (problēma gan materiāliem, gan organismiem).

Izaicinājumu apjoms kopā ar atkārtoti lietojamu raķešu izstrādi, piemēram, SpaceX izstrādātajām, ir mazinājis interesi par kosmosa liftiem, taču tas nenozīmē, ka lifta ideja ir mirusi.

Kosmosa lifti nav paredzēti tikai Zemei

Piemērots materiāls uz Zemes izvietotam kosmosa liftam vēl ir jāizstrādā, taču esošie materiāli ir pietiekami izturīgi, lai atbalstītu kosmosa liftu uz Mēness, citiem pavadoņiem, Marsa vai asteroīdiem.Marsam irapmēram trešdaļa Zemes gravitācijas, tomēr rotē aptuveni tādā pašā ātrumā, tāpēc Marsa kosmosa lifts būtu daudz īsāks nekā uz Zemes uzbūvētais. Liftam uz Marsa būtu jārisina zemā orbītamēness Foboss, kas regulāri šķērso Marsa ekvatoru. No otras puses, Mēness lifta sarežģītība ir tāda, ka Mēness negriežas pietiekami ātri, lai piedāvātu stacionāru orbītas punktu. tomērLagranža punktivietā varētu izmantot. Lai gan Mēness lifts būtu 50 000 km garš Mēness tuvākajā pusē un vēl garāks tā tālākajā pusē, mazāka gravitācija padara to konstrukciju iespējamu. Marsa lifts varētu nodrošināt pastāvīgu transportu ārpus planētas gravitācijas akas, savukārt Mēness liftu varētu izmantot, lai nosūtītu materiālus no Mēness uz vietu, kuru Zeme viegli sasniedz.

Kad tiks uzbūvēts kosmosa lifts?

Daudzi uzņēmumi ir ierosinājuši kosmosa liftu plānus. Priekšizpētē norādīts, ka lifts netiks uzbūvēts, kamēr (a) netiks atklāts materiāls, kas var noturēt Zemes lifta spriegumu, vai (b) uz Mēness vai Marsa būs nepieciešams lifts. Lai gan ir iespējams, ka nosacījumi tiks izpildīti 21. gadsimtā, ceļojuma ar kosmosa liftu pievienošana jūsu kausu sarakstam varētu būt pāragri.

Ieteicamā literatūra

• Lendiss, Džefrijs A. un Kafarelli, Kreigs (1999). Iesniegts papīra formā IAF-95-V.4.07, 46. Starptautiskās Astronautikas federācijas kongress, Oslo, Norvēģija, 1995. gada 2.–6. oktobris. “The Tsiolkovski Tower Reexamined”. Britu starpplanētu biedrības žurnāls . 52 : 175–180.
• Koens, Stīvens S.; Misra, Arun K. (2009). 'Alpīnistu tranzīta ietekme uz kosmosa lifta dinamiku'. Astronautikas akts . 64 (5–6): 538–553.
• Fitzgerald, M., Swan, P., Penny, R. Swan, C. Space Elevator Architectures and Roadmaps, Lulu.com Publishers 2015