Как будет работать космический лифт

Космический лифт - это предлагаемая транспортная система, соединяющая поверхность Земли с космосом. Лифт позволит транспортным средствам двигаться на орбиту или в космос без использования ракеты. Хотя поездка на лифте не будет быстрее, чем на ракете, она будет намного дешевле и может использоваться непрерывно для перевозки грузов и, возможно, пассажиров.

Константин Циолковский впервые описал космический лифт в 1895 году. Циолковский предложил построить башню от поверхности до геостационарной орбиты, по сути, сделав невероятно высокое здание. Проблема с его идеей состояла в том, что структура будет разрушена всеми вес над ним. Современные концепции космических лифтов основаны на другом принципе - напряженности. Лифт будет построен с использованием кабеля, прикрепленного на одном конце к поверхности Земли, и массивного противовеса на другом конце выше геостационарной орбиты (35 786 км). Сила тяжести будет тянуть вниз по кабелю, в то время как центробежная сила от орбитального противовеса тянет вверх. Противостоящие силы уменьшат нагрузку на лифт по сравнению со строительством башни в космос.

В то время как обычный лифт использует движущиеся кабели для подъема и опускания платформы, космический лифт полагаться на устройства, называемые гусеницы, альпинисты или подъемники, которые перемещаются по стационарному кабелю или ленты. Другими словами, лифт будет двигаться по кабелю. Несколько альпинистов должны будут путешествовать в обоих направлениях, чтобы компенсировать вибрации от силы Кориолиса, действующей на их движение.

Установка для лифта будет выглядеть примерно так: массивная станция, захваченный астероид или группа альпинистов будут расположены выше геостационарной орбиты. Поскольку натяжение кабеля было бы максимальным в орбитальной позиции, кабель был бы самым толстым там, сужаясь к поверхности Земли. Скорее всего, кабель будет либо развернут из космоса, либо построен в несколько секций, спускаясь к Земле. Альпинисты будут двигаться вверх и вниз по кабелю на роликах, удерживаемых на месте благодаря трению. Энергия может подаваться с помощью существующих технологий, таких как беспроводная передача энергии, солнечная энергия и / или накопленная ядерная энергия. Точкой соединения на поверхности может быть мобильная платформа в океане, обеспечивающая безопасность лифта и гибкость во избежание препятствий.

Путешествие на космическом лифте не будет быстрым! Время в пути от одного конца до другого будет от нескольких дней до месяца. Чтобы определить расстояние в перспективе, если альпинист двигался со скоростью 300 км / ч (190 миль в час), для достижения геосинхронной орбиты потребуется пять дней. Поскольку альпинисты должны работать совместно с другими над кабелем, чтобы сделать его устойчивым, вероятно, прогресс будет намного медленнее.

Самым большим препятствием для строительства космического лифта является отсутствие материала с достаточно высоким предел прочности и эластичность и достаточно низко плотность построить кабель или ленту. До сих пор самыми прочными материалами для кабеля были алмазные нити (впервые синтезированные в 2014 году) или углеродные нанотрубки. Эти материалы еще предстоит синтезировать до достаточной длины или отношения прочности на разрыв к плотности. ковалентные химические связи Соединение атомов углерода в углеродных или алмазных нанотрубках может выдержать только такое сильное напряжение до того, как они расстегнутся или разорвутся. Ученые рассчитывают напряжение, которое могут поддерживать облигации, подтверждая, что хотя в один прекрасный день возможно построить ленту, достаточно длинную, чтобы простираясь от Земли до геостационарной орбиты, она не сможет выдержать дополнительную нагрузку от окружающей среды, вибраций и альпинистов.

Вибрации и колебания являются серьезным фактором. Кабель будет подвержен давлению от солнечный ветергармоники (то есть, как очень длинная струна скрипки), удары молнии и колебание от силы Кориолиса. Одним из решений было бы контролировать движение гусениц, чтобы компенсировать некоторые эффекты.

Другая проблема заключается в том, что пространство между геостационарной орбитой и поверхностью Земли усеяно космическим мусором и мусором. Решения включают в себя очистку околоземного пространства или создание орбитального противовеса, способного уклоняться от препятствий.

Другие проблемы включают коррозию, воздействия микрометеоритов и воздействие радиационных поясов Ван Аллена (проблема как для материалов, так и для организмов).

Масштабы проблем в сочетании с разработкой многоразовых ракет, таких как разработанные SpaceX, уменьшил интерес к космическим лифтам, но это не означает, что идея лифта мертвых.

Подходящий материал для наземного космического лифта еще не разработан, но существующие материалы достаточно прочны, чтобы поддерживать космический лифт на Луне, других спутниках, Марсе или астероидах. Марс имеет примерно треть силы тяжести Земли, но вращается примерно с той же скоростью, поэтому марсианский космический лифт будет намного короче, чем построенный на Земле. Лифт на Марсе должен был бы обратиться к низкой орбите Луна Фобос, который регулярно пересекает марсианский экватор. Сложность для лунного лифта, с другой стороны, заключается в том, что Луна вращается недостаточно быстро, чтобы предложить стационарную точку орбиты. Тем не мение, лагранжевы точки может быть использован вместо Даже если лунный лифт будет иметь длину 50 000 км на ближней стороне Луны и еще длиннее на его противоположной стороне, более низкая гравитация делает возможным строительство. Марсианский лифт мог бы обеспечить постоянный транспорт за пределами гравитационного колодца планеты, в то время как лунный лифт мог бы использоваться для отправки материалов с Луны в место, легко доступное для Земли.

Многочисленные компании предложили планы космических лифтов. Технико-экономическое обоснование показывает, что лифт не будет построен до тех пор, пока (а) не будет обнаружен материал, который может поддерживать натяжение земного лифта, или (б) потребуется лифт на Луну или Марс. Хотя вполне вероятно, что условия будут выполнены в 21-м веке, добавление поездки на космическом лифте в ваш список может быть преждевременным.

• Лэндис, Джеффри А. & Cafarelli, Craig (1999). Представлено в качестве документа IAF-95-V.4.07, 46-й Конгресс Международной федерации космонавтики, Осло, Норвегия, 2–6 октября 1995 г. "Циолковская башня пересмотрена". Журнал Британского межпланетного общества. 52: 175–180.
• Коэн, Стивен С.; Мисра, Арун К. (2009). «Влияние транзита альпиниста на динамику космического лифта». Acta Astronautica. 64 (5–6): 538–553.
• Фицджеральд М., Лебедь П., Пенни Р. Лебедь, C. Архитектура и дорожные карты космического лифта, Lulu.com Publishers 2015