Космічний ліфт - це запропонована транспортна система, що з'єднує поверхню Землі з космосом. Ліфт дозволить транспортним засобам подорожувати на орбіту або в космос без використання ракет. Хоча подорожі на ліфті не будуть швидшими, ніж подорож ракетами, це було б набагато дешевше і може бути постійно використовуватися для перевезення вантажів і, можливо, пасажирів.
Костянтин Ціолковський вперше описав космічний ліфт в 1895 році. Ціолковки запропонували побудувати вежу від поверхні до геостаціонарної орбіти, по суті зробивши неймовірно високу будівлю. Проблема з його ідеєю полягала в тому, що структура буде розчавлена всією вагою над нею. Сучасні концепції космічних ліфтів засновані на іншому принципі — напрузі. Ліфт буде побудований за допомогою кабелю, прикріпленого на одному кінці до поверхні Землі, і масивної противаги на іншому кінці, над геостаціонарною орбітою (35 786 км). Гравітація буде тягнути вниз по кабелю, в той час як відцентрова сила з орбітальної противаги буде тягнути вгору. Протилежні сили зменшать навантаження на ліфт, в порівнянні з будівництвом вежі в космос.
У той час як звичайний ліфт використовує рухомі кабелі, щоб витягнути платформу вгору і вниз, космічний ліфт буде покладатися на пристрої, які називаються сканерами, альпіністами або підйомниками, які подорожують по стаціонарному кабелю або стрічці. Іншими словами, ліфт буде рухатися по кабелю. Кілька альпіністів повинні будуть подорожувати в обох напрямках, щоб компенсувати вібрації від сили Коріоліса, що діє на їх рух.
Частини космічного ліфта
Установка для ліфта буде приблизно такою: масивна станція, захоплений астероїд або група альпіністів будуть розташовані вище геостаціонарної орбіти. Оскільки напруга на кабелі буде максимальною в орбітальному положенні, кабель буде там товстим, звужується до поверхні Землі. Швидше за все, кабель буде або розгорнутий з космосу, або побудований в декількох секціях, рухаючись вниз на Землю. Альпіністи рухалися вгору і вниз по кабелю на роликах, утримуваних на місці тертям. Електроенергія може поставлятися за існуючими технологіями, такими як бездротова передача енергії, сонячна енергія та / або збережена ядерна енергія. Точка з'єднання на поверхні може бути мобільною платформою в океані, пропонуючи безпеку ліфта і гнучкість для уникнення перешкод.
Подорож на космічному ліфті не буде швидкою! Час у дорозі від одного кінця до іншого становитиме від декількох днів до місяця. Щоб поставити відстань в перспективі, якщо альпініст рухається зі швидкістю 300 км / год (190 миль / год), це займе п'ять днів, щоб досягти геосинхронної орбіти. Оскільки альпіністи повинні працювати спільно з іншими на кабелі, щоб зробити його стабільним, цілком ймовірно, прогрес буде набагато повільнішим.
Виклики, які ще належить подолати
Найбільшою перешкодою для будівництва космічного ліфта є відсутність матеріалу з досить високою міцністю і еластичністю на розрив і досить низькою щільністю для побудови кабелю або стрічки. До сих пір найсильнішими матеріалами для кабелю будуть алмазні нанопотоки (вперше синтезовані в 2014 році) або вуглецеві нанотрубочки. Ці матеріали ще не синтезовані до достатньої довжини або міцності на розрив до щільності. Ковалентні хімічні зв'язки, що з'єднують атоми вуглецю в вуглецевих або алмазних нанотрубках, можуть витримати стільки стресу, перш ніж розпакувати або розірвати. Вчені підрахували напругу, яку можуть підтримувати зв'язки, підтверджуючи, що, хоча одного разу можна буде побудувати стрічку досить довго, щоб розтягнутися від Землі до геостаціонарної орбіти, вона не зможе витримати додатковий стрес від навколишнього середовища, вібрацій і альпіністів.
Вібрації і коливання є серйозними міркуваннями. Кабель буде сприйнятливий до тиску від сонячного вітру, гармоніки (тобто, як дійсно довга скрипкова струна), ударів блискавки і хитатися від сили Коріоліса. Одним з рішень було б контролювати рух сканерів, щоб компенсувати деякі ефекти.
Інша проблема полягає в тому, що простір між геостаціонарною орбітою і поверхнею Землі завалений космічним сміттям і сміттям. Рішення включають очищення навколоземного простору або створення орбітальної противаги, здатної ухилятися від перешкод.
Інші проблеми включають корозію, вплив мікрометеориту та вплив радіаційних поясів Ван Аллена (проблема як для матеріалів, так і для організмів).
Масштаби проблем у поєднанні з розробкою багаторазових ракет, таких як розроблені SpaceX, зменшили інтерес до космічних ліфтів, але це не означає, що ідея ліфта мертва.
Космічні ліфти не тільки для Землі
Відповідний матеріал для космічного ліфта на Землі ще не розроблений, але існуючі матеріали досить сильні, щоб підтримувати космічний ліфт на Місяці, інших супутниках, Марсі або астероїдах. Марс має близько третини гравітації Землі, але обертається приблизно з тією ж швидкістю, тому марсіанський космічний ліфт буде набагато коротше, ніж побудований на Землі. Ліфт на Марсі повинен буде вирішити низьку орбіту місяця Фобос, який регулярно перетинає марсіанський екватор. Ускладнення для місячного ліфта, з іншого боку, полягає в тому, що Місяць не обертається досить швидко, щоб запропонувати стаціонарну точку орбіти. Однак замість цього можна використовувати лагранжіанські точки. Незважаючи на те, що місячний ліфт буде довжиною 50 000 км на ближній стороні Місяця і навіть довше на його дальній стороні, менша гравітація робить будівництво можливим. Марсіанський ліфт може забезпечити постійний транспорт за межами гравітації планети, в той час як місячний ліфт може бути використаний для відправки матеріалів з Місяця в місце, легко досягнуте Землею.
Коли буде побудований космічний ліфт?
Багато компаній запропонували плани космічних ліфтів. Техніко-економічні обґрунтування показують, що ліфт не буде побудований, поки (а) не буде виявлено матеріал, який може підтримувати напругу для земного ліфта або (б) є потреба в ліфті на Місяці або Марсі. Хоча цілком імовірно, що умови будуть виконані в 21 столітті, додавання поїздки на космічному ліфті до вашого списку відра може бути передчасним.
Гельменстін, Енн Марі, доктор філософії "Як буде працювати космічний ліфт". ThoughtCo, 16 лютого 2021 року, thoughtco.com/how-a-space-elevator-would-work-4147230.
