كيف يمكن للمصعد الفضاء العمل

المصعد الفضائي هو نظام نقل مقترح يربط سطح الأرض بالفضاء. سيسمح المصعد للمركبات بالسفر إلى المدار أو الفضاء دون استخدام الصواريخ. في حين أن سفر المصعد لن يكون أسرع من حركة الصواريخ ، إلا أنه سيكون أقل تكلفة بكثير ويمكن استخدامه بشكل مستمر لنقل البضائع وربما الركاب.

وصف قنسطنطين تسيولكوفسكي لأول مرة مصعد الفضاء في عام 1895. اقترح Tsiolkovksy بناء برج من السطح حتى المدار الثابت بالنسبة للأرض ، مما يجعل أساسا مبنى طويل القامة بشكل لا يصدق. كانت المشكلة في فكرته هي أن الهيكل سيسحقه الجميع الوزن فوقها. وتستند المفاهيم الحديثة للمصاعد الفضاء على مبدأ مختلف - التوتر. سيتم بناء المصعد باستخدام كبل متصل في أحد أطراف سطح الأرض وثقل موازن هائل في الطرف الآخر ، أعلى المدار الثابت بالنسبة للأرض (35786 كم). الجاذبية سوف تنسحب إلى أسفل على الكابل ، في حين قوة الطرد المركزي من ثقل موازن يدور من شأنه أن سحب التصاعدي. من شأن القوى المعارضة أن تقلل من الضغط على المصعد ، مقارنةً ببناء برج إلى الفضاء.

بينما يستخدم المصعد العادي كبلات متحركة لسحب المنصة لأعلى ولأسفل ، فإن المصعد الفضائي سوف يستخدم تعتمد على أجهزة تسمى برامج الزحف أو المتسلقين أو المصاعد التي تنتقل عبر كابل ثابت أو شريط. وبعبارة أخرى ، فإن المصعد يتحرك على الكابل. سوف يحتاج المتسلقون المتعددون إلى السفر في كلا الاتجاهين لتعويض الاهتزازات من قوة كوريوليس التي تعمل على حركتهم.

قد يكون الإعداد للمصعد شيئًا كالتالي: سيتم وضع محطة ضخمة أو كويكب تم التقاطه أو مجموعة من المتسلقين أعلى من المدار الثابت بالنسبة للأرض. ونظرًا لأن التوتر على الكبل سيكون عند الحد الأقصى عند الموقع المداري ، سيكون الكبل أكثر سمكًا هناك ، مستدقًا نحو سطح الأرض. على الأرجح ، سيتم نشر الكابل من الفضاء أو يتم إنشاؤه في أقسام متعددة ، وينتقل إلى الأرض. كان المتسلقون يتحركون لأعلى ولأسفل الكبل على بكرات ، مثبتة في مكانها عن طريق الاحتكاك. يمكن توفير الطاقة عن طريق التكنولوجيا الحالية ، مثل نقل الطاقة اللاسلكية والطاقة الشمسية و / أو الطاقة النووية المخزنة. يمكن أن تكون نقطة الاتصال على السطح عبارة عن منصة متنقلة في المحيط ، مما يوفر الأمان للمصعد والمرونة لتجنب العقبات.

السفر على مصعد الفضاء لن يكون سريعًا! سيكون وقت السفر من نهاية إلى أخرى عدة أيام إلى شهر. لوضع المسافة في منظورها الصحيح ، إذا تحرك المتسلق بسرعة 300 كم / ساعة (190 ميلاً في الساعة) ، فسيستغرق الوصول إلى مدار متزامن مع الأرض خمسة أيام. نظرًا لأن المتسلقين يجب عليهم العمل بالتنسيق مع الآخرين على الكابل لجعله مستقرًا ، فمن المحتمل أن يكون التقدم أبطأ بكثير.

أكبر عقبة أمام بناء مصعد الفضاء هو عدم وجود مواد عالية بما يكفي قوة الشد و مرونة ومنخفضة بما فيه الكفاية كثافة لبناء الكابل أو الشريط. حتى الآن ، ستكون أقوى مواد الكبل هي الأنابيب النانوية الماسية (تم تصنيعها لأول مرة في عام 2014) أو أنابيب الكربون النانوية. هذه المواد لم يتم تصنيعها بعد لطول كاف أو قوة شد لنسبة الكثافة. ال الروابط الكيميائية التساهمية إن ربط ذرات الكربون في الأنابيب النانوية الكربونية أو الماسية لا يمكن أن يتحمل الكثير من التوتر قبل فك الضغط أو تمزيقه. يحسب العلماء الضغط الذي يمكن أن تدعمه الروابط ، مؤكدين أنه في الوقت الذي قد يكون من الممكن فيه إنشاء شريط طويل بما يكفي ل تمتد من الأرض إلى المدار الثابت بالنسبة للأرض ، فلن تكون قادرة على تحمل المزيد من الإجهاد من البيئة ، والاهتزازات ، والمتسلقين.

الاهتزازات والتذبذب هي دراسة جادة. سيكون الكابل عرضة للضغط من الريح الشمسية، التوافقيات (مثل ، مثل سلسلة الكمان الطويلة حقا) ، ضربات البرق ، والتمايل من قوة كوريوليس. يتمثل أحد الحلول في التحكم في حركة برامج الزحف للتعويض عن بعض التأثيرات.

مشكلة أخرى هي أن المساحة بين المدار الثابت بالنسبة للأرض وسطح الأرض مملوءة بالخردة والفضلات. تشمل الحلول تنظيف المساحة القريبة من الأرض أو جعل الثقل الموازن المداري قادرًا على تجنب العقبات.

تشمل القضايا الأخرى التآكل وتأثيرات الميتريتوريت وتأثيرات سيور إشعاع فان ألين (مشكلة لكل من المواد والكائنات الحية).

حجم التحديات المقترنة بتطوير الصواريخ القابلة لإعادة الاستخدام ، كتلك التي تطورت بواسطة SpaceX ، قلل الاهتمام بمصاعد الفضاء ، لكن هذا لا يعني أن فكرة المصعد هي ميت.

لم يتم بعد تطوير مادة مناسبة لمصعد فضاء أرضي ، لكن المواد الموجودة قوية بما يكفي لدعم مصعد الفضاء على سطح القمر أو أقمار أخرى أو المريخ أو الكويكبات. المريخ لديه حوالي ثلث خطورة الأرض ، ومع ذلك تدور بنفس المعدل تقريبًا ، لذلك سيكون مصعد الفضاء المريخي أقصر بكثير من المصعد الموجود على الأرض. المصعد على سطح المريخ يجب أن يتعامل مع مدار منخفض القمر فوبوسالذي يتقاطع مع خط الاستواء المريخ بانتظام. تعقيد المصعد القمري ، من ناحية أخرى ، هو أن القمر لا يدور بسرعة كافية لتقديم نقطة مدار ثابتة. ومع ذلك، نقاط لاغرانج يمكن استخدامها بدلا من ذلك. على الرغم من أن المصعد القمري يصل طوله إلى 50000 كم على الجانب القريب من القمر وحتى أطول في جانبه البعيد ، فإن الجاذبية السفلية تجعل البناء ممكنًا. يمكن لمصعد المريخ توفير النقل المستمر خارج بئر الجاذبية ، بينما يمكن استخدام المصعد القمري لإرسال المواد من القمر إلى موقع تصل إليه الأرض بسهولة.

وقد اقترحت العديد من الشركات خطط لمصاعد الفضاء. تشير دراسات الجدوى إلى أن المصعد لن يتم بناؤه حتى (أ) يتم اكتشاف مادة يمكن أن تدعم التوتر لمصعد الأرض أو (ب) هناك حاجة لمصعد على سطح القمر أو المريخ. في حين أنه من المحتمل أن تتحقق الظروف في القرن الحادي والعشرين ، إلا أن ركوب المصعد الفضائي إلى قائمة الجرافات الخاصة بك قد يكون سابقًا لأوانه.

• لانديس ، جيفري أ. & Cafarelli، Craig (1999). قدمت كوثيقة IAF-95-V.4.07 ، مؤتمر الاتحاد الدولي للملاحة الفضائية السادس والأربعين ، أوسلو النرويج ، 2-6 أكتوبر 1995. "إعادة النظر في برج Tsiolkovski". مجلة الجمعية البريطانية للكواكب. 52: 175–180.
• كوهين ، ستيفن إس. ميسرا ، آرون ك. (2009). "تأثير عبور المتسلق على ديناميكيات مصعد الفضاء". اكتا رائد الفضاء. 64 (5–6): 538–553.
• Fitzgerald، M.، Swan، P.، Penny، R. سوان معماريات مصعد الفضاء وخرائط الطريق ، Lulu.com Publishers 2015