Jak by fungoval vesmírný výtah

Vesmírný výtah je navrhovaný dopravní systém spojující zemský povrch s vesmírem. Výtah by umožnil vozidlům cestovat na orbitu nebo do prostoru bez použití rakety. Zatímco cestování výtahem by nebylo rychlejší než cestování rakety, bylo by to mnohem levnější a mohlo by být použito nepřetržitě k přepravě nákladu a případně cestujících.

Konstantin Tsiolkovsky poprvé popsal kosmický výtah v roce 1895. Tsiolkovksy navrhl postavit věž z povrchu až na geostacionární orbitu, což v podstatě vytvořilo neuvěřitelně vysokou budovu. Problém s jeho myšlenkou byl v tom, že struktura by byla rozdrcena všemi váha nad tím. Moderní koncepty vesmírných výtahů jsou založeny na jiném principu - napětí. Výtah by byl postaven pomocí kabelu připojeného na jednom konci k zemskému povrchu a na masivní protiváhu na druhém konci, nad geostacionární orbitou (35 786 km). Gravitace zatáhl by za kabel dolů odstředivá síla od oběžného protizávaží by se vytáhlo nahoru. Protilehlé síly by snížily napětí na výtahu ve srovnání s výstavbou věže do vesmíru.

Zatímco normální výtah používá pohyblivé kabely k tažení plošiny nahoru a dolů, vesmírný výtah by spoléhejte na zařízení zvaná prohledávače, horolezci nebo zvedáky, které cestují podél stacionárního kabelu nebo stuha. Jinými slovy, výtah by se pohyboval po kabelu. Aby bylo možné vyrovnat vibrace Coriolisovy síly působící na jejich pohyb, muselo by cestovat v obou směrech více horolezců.

Nastavení výtahu by bylo něco podobného: Masivní stanice, zajatý asteroid nebo skupina horolezců by byla umístěna výše než geostacionární orbita. Protože by napětí na kabelu bylo v maximální poloze v orbitální poloze, kabel by tam byl nejsilnější a zužoval se směrem k zemskému povrchu. Nejpravděpodobněji by byl kabel rozmístěn z vesmíru nebo postaven ve více sekcích, pohybujících se dolů na Zemi. Horolezci by se pohybovali nahoru a dolů kabelem na válcích, držených na místě třením. Energii by mohla dodávat stávající technologie, jako je bezdrátový přenos energie, sluneční energie a / nebo uložená jaderná energie. Spojovacím bodem na povrchu může být mobilní platforma v oceánu, která poskytuje zabezpečení výtahu a flexibilitu pro vyhýbání se překážkám.

Cestování ve vesmírném výtahu by nebylo rychlé! Doba cesty z jednoho konce na druhý bude několik dní až měsíců. Abychom uvedli vzdálenost v perspektivě, pokud by se horolezec pohyboval rychlostí 300 km / h (190 mph), trvalo by geosynchronní orbitě pět dnů. Protože horolezci musí na kabelu spolupracovat s ostatními, aby byl stabilní, je pravděpodobné, že by pokrok byl mnohem pomalejší.

Největší překážkou v konstrukci kosmického výtahu je nedostatek dostatečně vysokého materiálu pevnost v tahu a pružnost a dostatečně nízko hustota postavit kabel nebo stuhu. Nejsilnějšími materiály pro kabel by dosud byly diamantové nanotreads (poprvé syntetizované v roce 2014) nebo uhlíkové nanotrubičky. Tyto materiály musí být dosud syntetizovány na dostatečnou délku nebo poměr pevnosti v tahu k hustotě. kovalentní chemické vazby Spojování atomů uhlíku v uhlíkových nebo diamantových nanotrubičkách může odolávat tolik stresu, než se rozepnou nebo roztrhnou. Vědci vypočítají napětí, které mohou vazby podporovat, a potvrzují, že i když by bylo možné jednoho dne postavit stuhu dostatečně dlouho, aby táhnout se od Země k geostacionární oběžné dráze, to by nebylo schopné udržet další stres od prostředí, vibrací a horolezců.

Vibrace a kolísání jsou vážným hlediskem. Kabel by byl citlivý na tlak sluneční vítr, harmonické (tj. jako opravdu dlouhý houslový řetězec), údery blesku a kolísání od Coriolisovy síly. Jedním řešením by bylo řízení pohybu prolézacích modulů, aby se kompenzovaly některé účinky.

Dalším problémem je, že prostor mezi geostacionární orbitou a zemským povrchem je posetý vesmírným odpadem a troskami. Řešení zahrnují vyčištění prostoru blízkého Zemi nebo umožnění orbitální protiváhy vyhnout se překážkám.

Mezi další problémy patří koroze, dopady mikrometeoritů a účinky radiačních pásů Van Allen (problém jak pro materiály, tak pro organismy).

Velikost výzev spojených s vývojem opakovaně použitelných raket, jako jsou ty vyvinuté od SpaceX, mají snížený zájem o kosmické výtahy, ale to neznamená, že nápad na výtah je mrtvý.

Vhodný materiál pro pozemský vesmírný výtah musí být ještě vyvinut, ale stávající materiály jsou dostatečně silné, aby podporovaly vesmírný výtah na Měsíci, dalších měsících, Marsu nebo asteroidech. Mars má asi třetina gravitace Země, přesto se otáčí přibližně stejnou rychlostí, takže marťanský kosmický výtah by byl mnohem kratší než jeden postavený na Zemi. Výtah na Marsu by musel řešit nízkou oběžnou dráhu Měsíc Phobos, který pravidelně protíná marťanský rovník. Na druhou stranu komplikací pro měsíční výtah je to, že Měsíc se neotáčí dostatečně rychle, aby nabídl stacionární orbitální bod. Nicméně, Lagrangovské body místo toho lze použít. I když by lunární výtah byl na blízké straně Měsíce dlouhý 50 000 km a na jeho vzdálené straně ještě delší, díky nižší gravitaci je konstrukce proveditelná. Marťanský výtah by mohl zajistit pokračující transport mimo gravitaci planety, zatímco lunární výtah by mohl být použit k odesílání materiálů z Měsíce na místo, které Země snadno dosáhne.

Četné společnosti navrhly plány pro kosmické výtahy. Studie proveditelnosti naznačují, že výtah nebude postaven, dokud (a) nebude objeven materiál, který může podporovat napětí pro výtah na Zemi nebo (b) je potřeba výtah na Měsíci nebo na Marsu. I když je pravděpodobné, že podmínky budou splněny v 21. století, přidání do kosmického výtahu může být předčasné.

• Landis, Geoffrey A. & Cafarelli, Craig (1999). Prezentováno jako papír IAF-95-V.4.07, 46. mezinárodní kongres Astronautické federace, Oslo Norsko, 2. – 6. Října 1995. "Tsiolkovského věž přehodnocena". Žurnál britské meziplanetární společnosti. 52: 175–180.
• Cohen, Stephen S.; Misra, Arun K. (2009). "Vliv tranzitu horolezce na dynamiku kosmického výtahu". Acta Astronautica. 64 (5–6): 538–553.
• Fitzgerald, M., Swan, P., Penny, R. Swan, C. Architektury a plány vesmírných výtahů, vydavatelé Lulu.com 2015