Πώς θα λειτουργούσε ένας διαστημικός ανελκυστήρας

Ένας χώρος ανελκυστήρας είναι ένα προτεινόμενο σύστημα μεταφοράς που συνδέει την επιφάνεια της Γης με το χώρο. Ο ανελκυστήρας θα επιτρέπει στα οχήματα να ταξιδεύουν σε τροχιά ή χώρο χωρίς τη χρήση ρουκετών. Ενώ το ταξίδι του ανελκυστήρα δεν θα ήταν ταχύτερο από το ταξίδι με πυραύλους, θα ήταν πολύ λιγότερο δαπανηρό και θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί συνεχώς για τη μεταφορά φορτίου και ενδεχομένως επιβατών.

Ο Κωνσταντίνος Τσιολκόφσκι περιέγραψε για πρώτη φορά έναν ασανσέρ το 1895. Ο Tsiolkovksy πρότεινε την κατασκευή ενός πύργου από την επιφάνεια μέχρι την γεωστατική τροχιά, κάνοντας ουσιαστικά ένα απίστευτα ψηλό κτίριο. Το πρόβλημα με την ιδέα του ήταν ότι η δομή θα συνθλίβεται από όλους το βάρος πάνω από αυτό. Οι σύγχρονες έννοιες των ανελκυστήρων χώρου βασίζονται σε μια διαφορετική αρχή - ένταση. Ο ανελκυστήρας θα κατασκευαστεί χρησιμοποιώντας ένα καλώδιο προσαρτημένο στο ένα άκρο στην επιφάνεια της Γης και σε ένα τεράστιο αντίβαρο στο άλλο άκρο, πάνω από τη γεωστατική τροχιά (35.786 χλμ.).

Ενώ ένας κανονικός ανελκυστήρας χρησιμοποιεί κινούμενα καλώδια για να τραβήξει μια πλατφόρμα προς τα πάνω και προς τα κάτω, ο ασανσέρ χώρου θα μπορούσε βασίζονται σε συσκευές που ονομάζονται crawlers, ορειβάτες ή ανυψωτές που ταξιδεύουν κατά μήκος ενός σταθερού καλωδίου ή ταινία. Με άλλα λόγια, ο ανελκυστήρας θα κινηθεί στο καλώδιο. Πολλοί αναρριχητές θα πρέπει να ταξιδεύουν και προς τις δύο κατευθύνσεις για να αντισταθμίσουν τους κραδασμούς από τη δύναμη Coriolis που ενεργούν στην κίνηση τους.

Η εγκατάσταση για τον ανελκυστήρα θα ήταν κάτι σαν αυτό: Ένας μαζικός σταθμός, ο αστεροειδής που έχει συλληφθεί ή μια ομάδα αναρριχητών θα τοποθετηθούν υψηλότερα από την γεωστατική τροχιά. Επειδή η τάση στο καλώδιο θα ήταν στο μέγιστο της στην τροχιακή θέση, το καλώδιο θα ήταν παχύτερο εκεί, κοντύτερα προς την επιφάνεια της Γης. Πιθανότατα, το καλώδιο είτε θα εγκατασταθεί από το διάστημα είτε θα κατασκευαστεί σε πολλαπλά τμήματα, μετακινώντας προς τη Γη. Οι αναρριχητές θα κινηθούσαν πάνω και κάτω από το καλώδιο σε κυλίνδρους, οι οποίοι κρατούσαν στη θέση τους με τριβή. Η ισχύς θα μπορούσε να παρέχεται από την υπάρχουσα τεχνολογία, όπως η ασύρματη μεταφορά ενέργειας, η ηλιακή ενέργεια και / ή η αποθηκευμένη πυρηνική ενέργεια. Το σημείο σύνδεσης στην επιφάνεια θα μπορούσε να είναι μια κινητή πλατφόρμα στον ωκεανό, προσφέροντας ασφάλεια για τον ανελκυστήρα και ευελιξία για την αποφυγή εμποδίων.

Το ταξίδι σε ένα ασανσέρ δεν θα ήταν γρήγορο! Ο χρόνος ταξιδιού από το ένα άκρο προς τον άλλο θα είναι αρκετές ημέρες έως ένα μήνα. Για να τοποθετήσουμε την απόσταση σε προοπτική, εάν ο ορειβάτης κινηθεί στα 300 χλμ. / Ώρα (190 μίλια / ώρα), θα χρειαστούν πέντε ημέρες για να φτάσει η γεωσύγχρονη τροχιά. Επειδή οι αναρριχητές πρέπει να δουλεύουν μαζί με άλλους για να το κάνουν σταθερό, είναι πιθανό ότι η πρόοδος θα είναι πολύ πιο αργή.

Το μεγαλύτερο εμπόδιο για την κατασκευή ανελκυστήρα διαστήματος είναι η έλλειψη υλικού με αρκετά υψηλή αντοχή εφελκυσμού και ελαστικότητα και αρκετά χαμηλά πυκνότητα για την κατασκευή του καλωδίου ή της κορδέλας. Μέχρι στιγμής, τα ισχυρότερα υλικά για το καλώδιο θα είναι νανοσωματίδια διαμαντιών (πρώτα συνθετικά το 2014) ή νανοσωλήνες άνθρακα. Αυτά τα υλικά δεν έχουν ακόμη συντεθεί σε επαρκές μήκος ή αντοχή σε εφελκυσμό. ο ομοιοπολικούς χημικούς δεσμούς συνδέοντας τα άτομα άνθρακα σε άνθρακα ή διαμάντι νανοσωλήνες μπορεί να αντέξει μόνο τόσο πολλή πίεση πριν από την αποσυμπίεση ή σχισίματος. Οι επιστήμονες υπολογίζουν το στέλεχος που μπορούν να στηρίξουν οι δεσμοί, επιβεβαιώνοντας ότι ενώ θα ήταν δυνατό να κατασκευαστεί μια μέρα μια κορδέλα αρκετά καιρό που εκτείνονται από τη Γη σε γεωστατική τροχιά, δεν θα ήταν σε θέση να διατηρήσει πρόσθετη πίεση από το περιβάλλον, τις δονήσεις και τους ορειβάτες.

Οι κραδασμοί και οι ταλαντεύσεις αποτελούν σοβαρό παράγοντα. Το καλώδιο θα είναι επιρρεπές σε πίεση τον ηλιακό άνεμο, αρμονικές (δηλαδή, όπως μια πολύ μεγάλη σειρά βιολιού), αστραπές και ταλάντευση από τη δύναμη Coriolis. Μία λύση θα ήταν ο έλεγχος της κίνησης των ανιχνευτών για να αντισταθμιστούν μερικά από τα αποτελέσματα.

Ένα άλλο πρόβλημα είναι ότι ο χώρος μεταξύ της γεωστατικής τροχιάς και της επιφάνειας της Γης είναι γεμάτος από σκουπίδια χώρου και συντρίμμια. Οι λύσεις περιλαμβάνουν τον καθαρισμό χώρου πλησίον της γης ή το καθιστώντας το τροχό αντίβαρο ικανό να αποφύγει εμπόδια.

Άλλα θέματα είναι η διάβρωση, οι μικρομετεριωτικές επιπτώσεις και οι επιπτώσεις των ζωνών ακτινοβολίας Van Allen (πρόβλημα τόσο για υλικά όσο και για οργανισμούς).

Το μέγεθος των προκλήσεων σε συνδυασμό με την ανάπτυξη επαναχρησιμοποιήσιμων πυραύλων, όπως αυτές που αναπτύχθηκαν από το SpaceX, έχουν μειωθεί το ενδιαφέρον για τους ανελκυστήρες χώρου, αλλά αυτό δεν σημαίνει την ιδέα του ανελκυστήρα νεκρός.

Ένα κατάλληλο υλικό για ένα διαστημικό ασανσέρ βασισμένο στη Γη δεν έχει ακόμη αναπτυχθεί, αλλά τα υπάρχοντα υλικά είναι αρκετά ισχυρά για να στηρίξουν ένα ασανσέρ στο φεγγάρι, σε άλλα φεγγάρια, στον Άρη ή σε αστεροειδείς. Ο Άρης έχει περίπου το ένα τρίτο της βαρύτητας της Γης, αλλά περιστρέφεται περίπου με τον ίδιο ρυθμό, οπότε ένας αστικός ανελκυστήρας θα ήταν πολύ μικρότερος από έναν που χτίστηκε στη Γη. Ένας ανελκυστήρας στον Άρη θα πρέπει να αντιμετωπίσει τη χαμηλή τροχιά του το φεγγάρι Φόβο, η οποία διασταυρώνει τακτικά τον Αρειανό ισημερινό. Η επιπλοκή για έναν σεληνιακό ανελκυστήρα, από την άλλη πλευρά, είναι ότι η Σελήνη δεν περιστρέφεται αρκετά γρήγορα για να προσφέρει ένα στάσιμο σημείο τροχιάς. Ωστόσο, τα Lagrangey σημεία μπορεί να χρησιμοποιηθεί. Παρόλο που ένας σεληνιακός ανελκυστήρας θα είχε μήκος 50.000 χλμ. Στην κοντινή πλευρά της Σελήνης και ακόμα περισσότερο στη μεριά του, η χαμηλότερη βαρύτητα καθιστά δυνατή την κατασκευή. Ένας αστικός ανελκυστήρας θα μπορούσε να παρέχει συνεχή μεταφορά έξω από τη βαρύτητα του πλανήτη καλά, ενώ ένας σεληνιακός ανελκυστήρας θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί για να στείλετε υλικά από τη Σελήνη σε μια τοποθεσία εύκολα προσβάσιμη από τη Γη.

Πολλές εταιρείες έχουν προτείνει σχέδια για διαστημικούς ανελκυστήρες. Οι μελέτες σκοπιμότητας δείχνουν ότι ένας ανελκυστήρας δεν θα κατασκευαστεί μέχρι (α) ένα υλικό που ανακαλύφθηκε ότι μπορεί να στηρίξει την ένταση για έναν ανελκυστήρα γης ή (β) υπάρχει ανάγκη για ένα ασανσέρ στη Σελήνη ή τον Άρη. Ενώ είναι πιθανό οι συνθήκες να πληρούνται στον 21ο αιώνα, προσθέτοντας μια διαστημική ασανσέρ βόλτα στη λίστα κουβά σας μπορεί να είναι πρόωρη.

• Landis, Geoffrey Α. & Cafarelli, Craig (1999). Παρουσιάστηκε ως χαρτί IAF-95-V.4.07, 46ο Διεθνές Συνέδριο Αστροναυτικής Ομοσπονδίας, Όσλο Νορβηγίας, 2-6 Οκτωβρίου 1995. "Ο πύργος του Τσιολκόφσκι επανεξετάστηκε". Εφημερίδα της βρετανικής διαπλανητικής κοινωνίας. 52: 175–180.
• Cohen, Stephen S.; Misra, Arun Κ. (2009). "Η επίδραση της διαμετακόμισης του ορειβάτη στη δυναμική διαστημικού ανελκυστήρα". Acta Astronautica. 64 (5–6): 538–553.
• Fitzgerald, Μ., Swan, Ρ., Penny, R. Swan, C. Αρχιτεκτονικές και οδικοί χάρτες διαστημικών ασανσέρ, εκδότες Lulu.com 2015