Kā kosmosa lifts darbotos

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

Konstantīns Tsiolkovskis pirmo reizi aprakstīja kosmosa liftu 1895. gadā. Tsiolkovksy ierosināja būvēt torni no virsmas līdz ģeostacionārā orbītā, būtībā padarot neticami augstu ēku. Viņa idejas problēma bija tā, ka struktūru sagraus visi svars virs tā. Mūsdienu kosmosa liftu koncepcijas balstās uz atšķirīgu principu - spriedzi. Lifts tiks uzbūvēts, izmantojot kabeli, kas vienā galā piestiprināts pie Zemes virsmas, un ar masīvu pretsvaru, kas atrodas otrā galā, virs ģeostacionārās orbītas (35 786 km). Smagums bet velk lejup uz kabeli centrbēdzes spēks no riņķojošā pretsvara varētu pacelties augšup. Pretējie spēki samazinātu stresu uz lifta, salīdzinot ar torņa celtniecību kosmosā.

Kamēr parasts lifts platformas vilkšanai augšup un lejup izmanto kustīgus kabeļus, kosmosa lifts to darītu paļauties uz ierīcēm, ko sauc par kāpurķēdēm, kāpējiem vai pacēlājiem, kas pārvietojas pa stacionāru kabeli vai lente. Citiem vārdiem sakot, lifts varētu pārvietoties pa kabeli. Vairākiem alpīnistiem ir jābrauc abos virzienos, lai kompensētu Koriolisa spēka, kas iedarbojas uz viņu kustību, vibrācijas.

Lifta iestatīšana būtu aptuveni šāda: Masīva stacija, sagūstīts asteroīds vai alpīnistu grupa tiktu novietota augstāk nekā ģeostacionārā orbīta. Tā kā kabeļa spriegums būtu maksimālais orbitālajā stāvoklī, kabelis tur būtu visbiezākais, konusveida virzienā uz Zemes virsmu. Visticamāk, kabelis tiks izlikts no kosmosa vai konstruēts vairākās sekcijās, virzoties uz leju uz Zemi. Alpīnisti virzīsies uz augšu un uz leju pa rullīšu vadu, ko tur berze. Enerģiju varētu piegādāt esošās tehnoloģijas, piemēram, bezvadu enerģijas pārvade, saules enerģija un / vai uzkrātā kodolenerģija. Savienojuma punkts virspusē varētu būt mobila platforma okeānā, piedāvājot lifta drošību un elastību, lai izvairītos no šķēršļiem.

Ceļojums ar kosmosa liftu nebūtu ātrs! Ceļojuma laiks no viena gala līdz otram būtu vairākas dienas līdz mēnesim. Attāluma skatījumā, ja alpīnists pārvietojas ar ātrumu 300 km / h (190 jūdzes stundā), ģeosinhronajā orbītā sasniegšanai vajadzīgas piecas dienas. Tā kā alpīnistiem jādarbojas kopā ar citiem, izmantojot kabeli, lai tas būtu stabils, iespējams, ka progress būs daudz lēnāks.

Lielākais šķērslis kosmosa elevatora būvniecībai ir tāda materiāla trūkums, kura ir pietiekami augsts stiepes izturība un elastība un pietiekami zems blīvums lai izveidotu kabeli vai lenti. Līdz šim visspēcīgākie kabeļa materiāli būtu dimanta nanotie pavedieni (pirmo reizi sintezēti 2014. gadā) vai oglekļa nanocaurulītes. Šie materiāli vēl nav jāsintezē līdz pietiekamai garuma vai stiepes izturības attiecībai pret blīvumu. kovalentās ķīmiskās saites savienojot oglekļa atomus oglekļa vai dimanta nanocaurulītēs, var tikai izturēt tik lielu stresu, pirms tie tiek izsaiņoti vai saplēsti. Zinātnieki aprēķina spriedzi, kuru saites var atbalstīt, apstiprinot, ka, kaut arī varētu būt iespējams kādu dienu uzbūvēt lenti pietiekami ilgi, lai stiepjas no Zemes uz ģeostacionāru orbītu, tā nespētu izturēt papildu stresu no apkārtējās vides, vibrācijām un alpīnistiem.

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

Vēl viena problēma ir tā, ka atstarpe starp ģeostacionāru orbītu un Zemes virsmu ir piepildīta ar kosmosa atkritumiem un gružiem. Risinājumi ietver kosmosa Zemes tuvumā tīrīšanu vai orbītas pretsvara nodrošināšanu, lai tas varētu izvairīties no šķēršļiem.

Citas problēmas ir korozija, mikrometeorīta ietekme un Van Allena starojuma jostu ietekme (problēma gan materiāliem, gan organismiem).

Izaicinājumu lielums kopā ar atkārtoti izmantojamo raķešu attīstību, tāpat kā attīstītās pēc SpaceX, ir mazinājusies interese par kosmosa liftiem, taču tas nenozīmē, ka lifta ideja ir miris.

Vēl ir jāizstrādā piemērots materiāls kosmiskajam liftam uz Zemes, taču esošie materiāli ir pietiekami izturīgi, lai atbalstītu kosmosa liftu uz Mēness, citiem pavadoņiem, Marsu vai asteroīdiem. Marsam ir apmēram trešdaļa no Zemes gravitācijas, tomēr rotē apmēram tādā pašā ātrumā, tāpēc Marsa kosmosa lifts būtu daudz īsāks nekā uz Zemes uzbūvētais. Lifts uz Marsa būtu jānovērš zemā orbītā mēness Foboss, kas regulāri šķērso Marsa ekvatoru. No otras puses, sarežģījums Mēness liftam ir tāds, ka Mēness negriežas pietiekami ātri, lai piedāvātu stacionāru orbītas punktu. Tomēr Lagrangian punkti varētu izmantot tā vietā. Kaut arī Mēness lifts būtu 50 000 km garš Mēness tuvākajā pusē un vēl garāks tā tālākajā pusē, zemāks gravitācijas līmenis ļauj celtniecību veikt. Marsa lifts varētu nodrošināt nepārtrauktu transportēšanu ārpus planētas gravitācijas urbuma, savukārt Mēness liftu var izmantot materiālu nosūtīšanai no Mēness uz vietu, kuru Zeme viegli sasniedz.

Daudzi uzņēmumi ir ierosinājuši kosmosa liftu plānus. Priekšizpēte norāda, ka lifts netiks būvēts, kamēr (a) netiks atklāts materiāls, kas var izturēt Zemes lifta spriegumu, vai (b) ir nepieciešams lifts uz Mēness vai Marsa. Lai gan ir iespējams, ka nosacījumi tiks izpildīti 21. gadsimtā, varētu būt pāragri pievienot kausu sarakstam kosmosa liftu.

• Landiss, Džefrijs A. & Cafarelli, Kreigs (1999). Prezentēts kā papīrs IAF-95-V.4.07, 46. Starptautiskās astronautikas federācijas kongress, Oslo, Norvēģija, 1995. gada 2. – 6. Oktobris. "Tsiolkovski tornis pārbaudīts". Lielbritānijas Starpplanētu biedrības žurnāls. 52: 175–180.
• Koens, Stefans S.; Misra, Aruns K. (2009). "Alpīnistu tranzīta ietekme uz kosmosa lifta dinamiku". Acta Astronautica. 64 (5–6): 538–553.
• Ficdžeralds, M., Gulbis, P., Penijs, R. Gulbis, Č. Kosmosa liftu arhitektūra un ceļveži, Lulu.com izdevējs 2015