Hur en rymdhiss skulle fungera

En rymdhiss är ett föreslaget transportsystem som förbinder jordens yta med rymden. Hissen skulle göra det möjligt för fordon att resa till bana eller rymden utan att använda raketer. Medan hissresor inte skulle vara snabbare än raketresor, skulle det vara mycket billigare och skulle kunna användas kontinuerligt för att transportera gods och eventuellt passagerare.

Konstantin Tsiolkovsky beskrev först en rymdshiss 1895. Tsiolkovksy föreslog att bygga ett torn från ytan upp till geostationär bana, i huvudsak att göra en otroligt hög byggnad. Problemet med hans idé var att strukturen skulle krossas av alla vikten ovanför det. Moderna begrepp för rymdhissar bygger på en annan princip - spänning. Hissen skulle byggas med en kabel ansluten i ena änden till jordens yta och till en massiv motvikt i den andra änden, ovanför den geostationära banan (35 786 km). Allvar skulle dra ner på kabeln medan centrifugalkraft från den kretsande motvikten skulle dra uppåt. De motstående krafterna skulle minska spänningen på hissen jämfört med att bygga ett torn till rymden.

Medan en normal hiss använder rörliga kablar för att dra en plattform upp och ner, skulle rymden hissen lita på enheter som kallas sökrobotar, klättrare eller lyftare som reser längs en stationär kabel eller band. Med andra ord skulle hissen flytta på kabeln. Flera klättrare skulle behöva resa i båda riktningarna för att kompensera vibrationer från Coriolis-kraften som verkar på sin rörelse.

Installationen för hissen skulle vara något så här: En massiv station, fångad asteroid eller grupp klättrare skulle placeras högre än geostationär bana. Eftersom spänningen på kabeln skulle vara maximalt vid kretsloppsläget, skulle kabeln vara den tjockaste där, avsmalnande mot jordens yta. Troligtvis skulle kabeln antingen distribueras från rymden eller konstrueras i flera sektioner och flytta ner till jorden. Klättrare flyttade upp och ner kabeln på rullar som hölls på plats av friktion. Kraft kan levereras med befintlig teknik, såsom trådlös energiöverföring, solenergi och / eller lagrad kärnenergi. Anslutningspunkten vid ytan kan vara en mobil plattform i havet, vilket ger säkerhet för hissen och flexibilitet för att undvika hinder.

Det går inte snabbt att resa med en rymdhiss! Restiden från ena änden till den andra skulle vara flera dagar till en månad. För att sätta avståndet i perspektiv, om klättraren rörde sig 300 km / h (190 mph), skulle det ta fem dagar att nå geosynkron bana. Eftersom klättrare måste arbeta i samarbete med andra på kabeln för att göra den stabil, är det troligt att framstegen skulle bli mycket långsammare.

Det största hinderet för konstruktion av rymdhissar är bristen på ett material med tillräckligt högt brottgräns och elasticitet och tillräckligt låg densitet för att bygga kabeln eller bandet. Hittills skulle de starkaste materialen för kabeln vara diamant nanotrådar (först syntetiserade 2014) eller kol nanorör. Dessa material har ännu inte syntetiserats till tillräcklig längd eller draghållfasthet och densitet. De kovalenta kemiska bindningar att ansluta kolatomer i nanorör av kol eller diamant tål bara så mycket stress innan du packar upp eller rivs isär. Forskare beräknar den belastning som obligationerna kan stödja och bekräftar att det kan vara möjligt att en dag konstruera ett band tillräckligt länge för att sträcker sig från jorden till geostationär bana, den skulle inte kunna upprätthålla ytterligare stress från miljön, vibrationer och klättrare.

Vibrationer och wobble är ett allvarligt övervägande. Kabeln skulle vara mottaglig för tryck från solvinden, övertoner (dvs som en riktigt lång fiolsträng), blixtnedslag och vinglar från Coriolis-kraften. En lösning skulle vara att kontrollera crawlers rörelse för att kompensera för några av effekterna.

Ett annat problem är att utrymmet mellan den geostationära banan och jordens yta är full av rymdskräp och skräp. Lösningarna inkluderar städning i närheten av jorden eller att göra den orbitala motvikten kapabel att undvika hinder.

Andra problem inkluderar korrosion, mikrometeoritpåverkan och effekterna av Van Allen-strålningsbälten (ett problem för både material och organismer).

Storleken på utmaningarna i kombination med utvecklingen av återanvändbara raketer, som de som utvecklats av SpaceX, har minskat intresset för rymdhissar, men det betyder inte att hissidén är det död.

Ett lämpligt material för en jordbaserad rymdhiss har ännu inte utvecklats, men befintliga material är tillräckligt starka för att stödja en rymdshiss på månen, andra månar, Mars eller asteroider. Mars har ungefär en tredjedel tyngdkraften på jorden, men roterar ändå i ungefär samma takt, så att en rymdhiss från Martian skulle vara mycket kortare än en byggd på jorden. En hiss på Mars skulle behöva ta itu med den låga omloppsbana månen Phobos, som korsar den Martiska ekvatorn regelbundet. Komplikationen för en månhiss är å andra sidan att månen inte roterar tillräckligt snabbt för att erbjuda en stationär bana. Dock, lagrangiska punkter kan användas istället. Även om en månhiss skulle vara 50 000 km lång på månens nära sida och ännu längre på sin bortre sida, gör den lägre tyngdkraften konstruktionen genomförbar. En Martian-hiss skulle kunna tillhandahålla pågående transport utanför planetens tyngdkraft, medan en månhiss skulle kunna användas för att skicka material från månen till en plats som lätt nås av jorden.

Många företag har föreslagit planer för rymdhissar. Förstudier indikerar att en hiss inte kommer att byggas förrän (a) ett material upptäcks som kan stödja spänningen för en jordhiss eller (b) det finns ett behov av en hiss på månen eller Mars. Även om det är troligt kommer villkoren att vara uppfyllda under 2000-talet, men det kan vara för tidigt att lägga en rymdhissresa till din hinklista.

• Landis, Geoffrey A. & Cafarelli, Craig (1999). Presenteras som papper IAF-95-V.4.07, 46: e internationella kongressen för astronautikförbund, Oslo Norge, 2–6 oktober 1995. "Tsiolkovski Tower Reexamined". Journal of the British Interplanetary Society. 52: 175–180.
• Cohen, Stephen S.; Misra, Arun K. (2009). "Effekten av klättrare transitering på rymdhissens dynamik". Acta Astronautica. 64 (5–6): 538–553.
• Fitzgerald, M., Swan, P., Penny, R. Swan, C. Rymdhissarkitekturer och färdplaner, Lulu.com förlag 2015