Kuinka avaruushissi toimisi

Avaruushissi on ehdotettu kuljetusjärjestelmä, joka yhdistää maan pinnan avaruuteen. Hissi sallii ajoneuvojen matkustaa kiertoradalle tai avaruuteen käyttämättä raketteja. Vaikka hissimatka ei olisi nopeampaa kuin rakettimatka, se olisi paljon halvempaa ja sitä voitaisiin käyttää jatkuvasti lastin ja mahdollisesti matkustajien kuljettamiseen.

Konstantin Tsiolkovsky kuvasi avaruushissin ensimmäisen kerran vuonna 1895. Tsiolkovksy ehdotti tornin rakentamista maanpinnasta geostaattoriseen kiertoradalle, mikä tekee olennaisesti uskomattoman korkeasta rakennuksesta. Hänen ajatuksensa ongelmana oli, että kaikki murskaisivat rakenteen paino sen yläpuolella. Nykyaikaiset avaruushissikäsitteet perustuvat erilaiseen periaatteeseen - jännitteeseen. Hissi rakennettaisiin kaapelilla, joka on kiinnitetty toisesta päästä maanpintaan ja massiiviseen vastapainoon toisessa päässä, geostatsionaarisen kiertoradan yläpuolella (35 786 km). painovoima vetoa alaspäin kaapelissa samalla keskipakoisvoima kiertävästä vastapainosta vetoa ylöspäin. Vastakkaiset voimat vähentäisivät hissin rasitusta verrattuna tornin rakentamiseen avaruuteen.

Vaikka normaali hissi käyttää liikkuvia kaapeleita vetoaksesi alustaa ylös ja alas, avaruushissi käyttäisi luottaa laitteisiin, joita kutsutaan indeksoijiksi, kiipeilijöiksi tai nostolaitteiksi, jotka kulkevat kiinteän kaapelin tai nauha. Toisin sanoen hissi liikkuu kaapelin päällä. Useiden kiipeilijöiden on kuljettava molempiin suuntiin liikkuessaan vaikuttavan Coriolis-voiman värähtelyjen korvaamiseksi.

Hissin asennus olisi jotain tällaista: Massiivinen asema, vangittu asteroidi tai kiipeilijäryhmä sijoitettaisiin korkeammalle kuin geostaattorinen kiertorata. Koska kaapelin jännitys olisi maksimaalinen kiertoradan kohdalla, kaapeli olisi siellä paksin, kapeneva kohti maan pintaa. Todennäköisesti kaapeli joko sijoitettaisiin avaruudesta tai rakennettaisiin useisiin osiin, siirtyen maan päälle. Kiipeilijät liikkuvat ylös ja alas rullailla olevalla kaapelilla kitkan pitäessä paikoillaan. Voimaa voidaan syöttää olemassa olevalla tekniikalla, kuten langaton energiansiirto, aurinkoenergia ja / tai varastoitu ydinenergia. Pinnan liitoskohta voi olla meressä oleva liikkuva alusta, joka tarjoaa hissille turvallisuuden ja joustavuuden esteiden välttämiseksi.

Avaruushissillä matkustaminen ei olisi nopeaa! Matka-aika päästä toiseen olisi useita päiviä kuukauteen. Etäisyyden asettamiseksi perspektiiviin, jos kiipeilijä liikkui nopeudella 300 km / h (190 mph), geosynkroniselle kiertoradalle kuluu viisi päivää. Koska kiipeilijöiden on työskenneltävä yhdessä muiden kanssa kaapelin kanssa, jotta kaapeli pysyy vakaana, eteneminen on todennäköisesti paljon hitaampaa.

Suurin este avaruushissien rakennukselle on riittävän korkean materiaalin puute Vetolujuus ja jousto ja riittävän alhainen tiheys kaapelin tai nauhan rakentamiseksi. Toistaiseksi vahvimmat kaapelin materiaalit olisivat timanttinanolangat (syntetisoitiin ensimmäisen kerran vuonna 2014) tai hiilinanoputket. Nämä materiaalit on vielä syntetisoitu riittävään pituuteen tai vetolujuuteen suhteessa tiheyteen. kovalenttiset kemialliset sidokset hiiliatomien yhdistäminen hiili- tai timantti nanoputkissa kestää vain niin paljon stressiä ennen kuin purkaa tai revitään. Tutkijat laskevat kannan, jota sidokset voivat tukea, vahvistaen, että vaikka saattaa olla mahdollista, että yksi päivä rakennetaan nauha riittävän pitkä ulottuu maapallolta geostaattoriseen kiertoradalle, se ei pystyisi kestämään ylimääräistä stressiä ympäristöstä, värähtelyistä ja kiipeilijöistä.

Tärinä ja heiluminen ovat vakava huomio. Kaapeli olisi herkkä paineelle aurinko tuuli, harmoniset (ts. kuin todella pitkä viulujono), salama iskee ja heiluttaa Corioliksen voimasta. Yksi ratkaisu olisi ohjata indeksointirobotien liikettä joidenkin vaikutusten kompensoimiseksi.

Toinen ongelma on, että geostationaarisen kiertoradan ja maan pinnan välinen tila on täynnä avaruusromua ja roskia. Ratkaisuihin kuuluu maanpinnan lähellä olevan tilan puhdistaminen tai kiertoradan vastapainon tekeminen kykeneväksi välttämään esteitä.

Muita aiheita ovat korroosio, mikrometeoriittien vaikutukset ja Van Allen -säteilyhihnojen vaikutukset (sekä materiaalien että organismien ongelma).

Haasteiden suuruus yhdistettynä uusittujen rakettien kehittämiseen, kuten kehitettiin SpaceX: n mukaan, ovat vähentäneet kiinnostusta avaruushisseihin, mutta se ei tarkoita, että hissiidea on kuollut.

Maapohjaiseen avaruushissiin sopivaa materiaalia ei ole vielä kehitetty, mutta olemassa olevat materiaalit ovat riittävän vahvoja tukemaan avaruushissiä Kuussa, muissa kuvissa, Marsissa tai asteroideissa. Marsilla on noin kolmasosa maan painosta, mutta pyörii kuitenkin samalla nopeudella, joten marsilainen avaruushissi olisi paljon lyhyempi kuin maan päälle rakennettu. Marsilla olevan hissin pitäisi kohdata matalaa kiertorataa kuu Phobos, joka ristelee Marsin päiväntasaajan säännöllisesti. Kuuhissin komplikaatio puolestaan ​​on, että Kuu ei pyöri riittävän nopeasti tarjotakseen paikallaan olevan kiertoradan. Kuitenkin, Lagrangian pistettä voitaisiin käyttää sen sijaan. Vaikka kuunhissi olisi 50 000 km pitkä Kuun läheisellä puolella ja vielä pidempi sen kauimmalla puolella, alempi painovoima tekee rakentamisesta mahdollista. Marsilainen hissi voisi tarjota jatkuvaa kuljetusta planeetan painovoiman hyvin ulkopuolella, kun taas kuunhissiä voitaisiin käyttää materiaalien lähettämiseen Kuusta sijaintiin, johon Maa helposti pääsee.

Lukuisat yritykset ovat ehdottaneet avaruushissien suunnitelmia. Toteutettavuustutkimukset osoittavat, että hissiä ei rakenneta ennen kuin (a) on löydetty materiaali, joka tukee maanhissin jännitystä, tai (b) on olemassa hissin tarve Kuun tai Marsin päälle. Vaikka olosuhteet todennäköisesti täyttyvät 2000-luvulla, avaruushissin ajamisen lisääminen kauhaluetteloosi saattaa olla ennenaikaista.

• Landis, Geoffrey A. & Cafarelli, Craig (1999). Esitelty paperina IAF-95-V.4.07, 46. kansainvälisen astronauttisten liittojen kongressi, Oslo, Norja, 2.-6. Lokakuuta 1995. "Tsiolkovskin torni tutkittiin uudelleen". British Interplanetary Society -lehti. 52: 175–180.
• Cohen, Stephen S.; Misra, Arun K. (2009). Msgstr "Kiipeilijöiden vaikutukset avaruushissin dynamiikkaan". Acta Astronautica. 64 (5–6): 538–553.
• Fitzgerald, M., Swan, P., Penny, R. Swan, C. Space Elevator -arkkitehtuurit ja tiekartat, Lulu.com kustantaja 2015