Sådan fungerer rumelevatorer

Da rumfærgen Columbia blev løftet 12. april, 1981, fra Kennedy Space Center, Fla., at starte den første rumfærge -mission, drømmen om et genanvendeligt rumfartøj blev realiseret. Siden da, NASA har lanceret mere end 100 missioner, men prisskiltet på rummissioner har ændret sig lidt. Uanset om det er rumfærgen eller det ikke-genanvendelige russiske rumfartøj, omkostningerne ved en lancering er cirka $ 10, 000 pr. Pund ($ 22, 000 pr. Kg).

Et nyt rumtransportsystem, der udvikles, kan gøre rejser til Geostationary Earth Orbit (GEO) til en daglig begivenhed og omdanne den globale økonomi.

En rumelevator lavet af en carbon nanorør sammensat bånd forankret til en offshore havplatform ville strække sig til en lille modvægt cirka 62, 000 miles (100, 000 km) ud i rummet. Mekaniske løftere fastgjort til båndet ville derefter klatre op på båndet, transporterer gods og mennesker ud i rummet, til en pris på kun omkring $ 100 til $ 400 pr. pund ($ 220 til $ 880 pr. kg).

I denne artikel, vi vil se på, hvordan ideen om en rumelevator bevæger sig ud af science fiction og til virkelighed.

1. Space Elevator Bånd
2. Kører en rumelevator til toppen
3. Vedligeholdelse af rumelevator
4. Space Elevator Impact

Space Elevator Bånd

For bedre at forstå konceptet med en rumelevator, tænk på spillet tetherball, hvor et reb er fastgjort i den ene ende til en stang og i den anden til en bold. I denne analogi, rebet er carbon nanorør sammensat bånd , stangen er Jorden og bolden er modvægten. Nu, forestil dig, at bolden er placeret i evigt spin rundt om stangen, så hurtigt, at det holder rebet stramt. Dette er den generelle idé om rumelevatoren. Modvægten snurrer rundt om Jorden, holde kablet lige og lade robotløfterne køre op og ned på båndet.

Under designet foreslået af LiftPort, rumelevatoren ville være cirka 62, 000 miles (100, 000 km) højt. LiftPort er en af ​​flere virksomheder, der udvikler planer for en rumelevator eller dele heraf. Hold fra hele verden skal konkurrere om $ 400, 000 førstepræmie i Space Elevator Games ved X Prize Cup i oktober 2006 i Las Cruces, Ny mexico.

Elevatorens midtpunkt vil være carbon nanorør sammensat bånd, der kun er et par centimeter bredt og næsten lige så tyndt som et stykke papir. Carbon nanorør, opdaget i 1991, er det, der får forskere til at tro, at rumelevatoren kunne bygges. Ifølge Dr. Bradley Edwards fra Spaceward Foundation, "Tidligere var de materielle udfordringer for store. Men nu kommer vi tæt på fremskridtene med at skabe carbon nanorør og i at bygge maskiner, der kan spinde de store længder af materiale, der er nødvendige for at skabe et bånd, der vil strække sig op i rummet" [ref ].

Carbon nanorør har potentialet til at være 100 gange stærkere end stål og er så fleksibel som plast . Styrken af ​​carbon nanorør kommer fra deres unikke struktur, der ligner fodbold. Når forskerne først er i stand til at lave fibre af kulstofnanorør, det vil være muligt at oprette tråde, der danner båndet til rumelevatoren. Tidligere tilgængelige materialer var enten for svage eller ufleksible til at danne båndet og ville let have været brudt.

"De har et meget højt elastisk modul, og deres trækstyrke er virkelig høj, og at alt peger på et materiale, der, i teorien, skulle gøre en rumelevator relativt let at bygge, "sagde Tom Nugent, forskningsdirektør, LiftPort Group.

Et bånd kan bygges på to måder:

• Lange carbon nanorør - flere meter lange eller længere - ville blive flettet ind i en struktur, der lignede et reb. Fra 2005, de længste nanorør er stadig kun få centimeter lange.
• Kortere nanorør kunne placeres i en polymermatrix. Nuværende polymerer binder ikke godt til carbon nanorør, hvilket resulterer i, at matrixen trækkes væk fra nanorørene, når den placeres under spænding.

Når der er oprettet et langt bånd med nanorør, det ville blive viklet ind i en spole, der ville blive lanceret i kredsløb. Når rumfartøjet, der bærer spolen, når en bestemt højde, måske lav jordbane det ville begynde at afpakke, sænke båndet tilbage til jorden. På samme tid, spolen ville fortsætte med at bevæge sig til en højere højde. Når båndet sænkes ned i Jordens atmosfære, den ville blive fanget og derefter sænket og forankret til en mobil platform i havet.

Båndet ville tjene som sporene for en slags jernbane ud i rummet. Mekaniske løftere ville derefter blive brugt til at klatre båndet til rummet.

Hvis bygget, båndet vil repræsentere et moderne verdensunder, og bliver den højeste struktur, der nogensinde er bygget. Overvej, at verdens højeste fritstående tårn i 2005 er CN Tower , der stiger 1, 815 fod 5 tommer (553,34 meter) over Toronto, Canada. Rumelevatoren ville være 180, 720 gange højere end CN Tower!

De 62, 000-mile (100, 000 km) lang rumelevator ville stige langt over rumfartens gennemsnitlige banehøjde (185-643 km). Faktisk, det ville svare til næsten en fjerdedel af afstanden til månen, som kredser om jorden ved 237, 674 miles (382, 500 km).

Kører en rumelevator til toppen

Selvom båndet stadig er en konceptuel komponent, alle de andre dele af rumelevatoren kan konstrueres ved hjælp af kendt teknologi, herunder robotløfter , ankerstation og strømstrålesystem . Da båndet blev konstrueret, de andre komponenter vil være næsten klar til lancering engang omkring 2018.

Løfter

Robotløfteren vil bruge båndet til at styre dens stigning ud i rummet. Trækkraftvalser på løfteren ville klemme fast på båndet og trække båndet igennem, gør det muligt for løfteren at kravle op af elevatoren.

Ankerstation

Rumelevatoren stammer fra en mobil platform i ækvatoriale Stillehav, som vil forankre båndet til jorden.

Modvægt

På toppen af ​​båndet, der vil være en tung modvægt . Tidlige planer for rumelevatoren involverede at fange en asteroide og bruge den som en modvægt. Imidlertid, nyere planer som for LiftPort og Institute for Scientific Research (ISR) omfatter brug af en menneskeskabt modvægt. Faktisk, modvægten kan samles fra udstyr, der bruges til at bygge båndet, herunder rumfartøjet, der bruges til at opsende det.

Power Beam

Løfteren bliver drevet af en gratiselektronlasersystem placeret på eller i nærheden af ​​ankerstationen. Laseren vil stråle 2,4 megawatt energi til fotovoltaiske celler, måske lavet af Gallium Arsenid (GaAs) fastgjort til løfteren, som derefter vil konvertere denne energi til elektricitet, der skal bruges af konventionelle, niobium-magnet DC elektriske motorer, ifølge ISR.

Når den er operationel, løftere kunne klatre i rumelevatoren næsten hver dag. Løfterne varierer i størrelse fra fem tons, i første omgang, til 20 tons. 20-tons løfteren vil kunne bære hele 13 tons nyttelast og have 900 kubikmeter plads. Løftere ville transportere last lige fra satellitter til solcelledrevne paneler og til sidst mennesker op ad båndet med en hastighed på cirka 118 miles i timen (190 km/time).

Vedligeholdelse af rumelevator

I en længde på 62, 000 miles (100, 000 km), rumelevatoren vil være sårbar over for mange farer, herunder vejr, rumrester og terrorister. Efterhånden som planerne går videre med designet af rumelevatoren, udviklerne overvejer disse risici og måder at overvinde dem. Faktisk, for at sikre, at der altid er en operationel rumelevator, udviklere planlægger at bygge flere rumelevatorer. Hver enkelt vil være billigere end den forrige. Den første rumelevator vil tjene som en platform, hvorfra man kan bygge yderligere rumelevatorer. Derved, udviklere sikrer, at selvom en rumelevator støder på problemer, de andre kan fortsætte med at løfte nyttelast ud i rummet.

Undgå pladeaffald

Ligesom rumstationen eller rumfærgen, rumelevatoren har brug for evnen til at undgå kredsløbsgenstande, som snavs og satellitter. Ankerplatformen vil anvende aktiv undgåelse for at beskytte rumelevatoren mod sådanne genstande. I øjeblikket, den nordamerikanske luftfartsforsvarskommando (NORAD) sporer objekter større end 10 cm (3,9 tommer). Beskyttelse af rumelevatoren ville kræve et sporingssystem til orbitalaffald, der kunne detektere objekter på cirka 1 cm (.39 tommer) i størrelse. Denne teknologi er i øjeblikket under udvikling for andre rumprojekter.

"Vores planer er at forankre båndet til en mobil platform i havet, "sagde Tom Nugent, af LiftPort. "Du kan faktisk flytte dit anker rundt for at trække båndet ud af satelliternes vej."

Frastødende angreb

Rumelevatorens isolerede placering vil være den største faktor for at reducere risikoen for terrorangreb. For eksempel, det første anker vil være placeret i den ækvatoriale Stillehav, 650 km fra alle luft- eller sejlruter, ifølge LiftPort. Kun en lille del af rumelevatoren vil være inden for rækkevidde af ethvert angreb, hvilket er alt 15 km eller derunder. Yderligere, rumelevatoren vil være en værdifuld global ressource og vil sandsynligvis blive beskyttet af USA og andre udenlandske militære styrker.

Space Elevator Impact

Den potentielle globale indvirkning af rumelevatoren tegner sammenligninger til en anden stor transportpræstation - den amerikanske transkontinentale jernbane. Færdiggjort i 1869 ved Promontory, Utah, den transkontinentale jernbane forbandt landets øst- og vestkyst for første gang og fremskyndede afviklingen af ​​det amerikanske vest. Cross-country rejser blev reduceret fra måneder til dage. Det åbnede også nye markeder og gav anledning til helt nye industrier. I 1893, USA havde fem transkontinentale jernbaner.

Ideen om en rumelevator deler mange af de samme elementer som den transkontinentale jernbane. En rumelevator ville skabe en permanent jord-til-rum-forbindelse, der aldrig ville lukke. Selvom det ikke ville gøre turen til rummet hurtigere, det ville gøre ture til rummet hyppigere og ville åbne op for en ny æra af udvikling. Måske er den største faktor, der driver ideen om en rumelevator, at det ville reducere omkostningerne ved at sætte gods i rummet betydeligt. Selvom den er langsommere end den kemisk fremdrevne rumfærge, løfterne reducerer lanceringsomkostninger fra $ 10, 000 til $ 20, 000 pr pund, til cirka $ 400 per pund.

Nuværende skøn sætter omkostningerne ved at bygge en rumelevator på $ 6 milliarder med juridiske og regulatoriske omkostninger til $ 4 milliarder, ifølge Bradley Edwards, forfatter til "The Space Elevator, NIAC Phase II Final Report. "(Edwards er også Dr. Bradley Carl Edwards, Præsident og grundlægger af Carbon Designs.) Til sammenligning kan omkostningerne ved rumfærge -programmet blev i 1971 forudsagt at være 5,2 milliarder dollars, men endte med at koste 19,5 mia. Derudover hver rumfærge flyvning koster $ 500 millioner, hvilket er mere end 50 gange mere end oprindelige skøn.

Rumelevatoren kunne erstatte rumfærgen som hovedrumskøretøj, og bruges til satellitudplacering, forsvar, turisme og yderligere efterforskning. Til sidstnævnte punkt, et rumfartøj ville bestige elevatorens bånd og derefter skyde mod sit hovedmål en gang i rummet. Denne type opsendelse ville kræve mindre brændstof end normalt ville være nødvendigt for at bryde ud af Jordens atmosfære. Nogle designere mener også, at rumelevatorer kunne bygges på andre planeter, herunder Mars.

NASA finansierede Dr. Edwards 'forskning i tre år. I 2005, imidlertid, det tildelte kun 28 millioner dollars til virksomheder, der forsker i rumelevatoren. Selvom det stadig er meget interesseret i projektet, for nu foretrækker det at læne sig tilbage og vente på mere konkrete udviklinger.

For meget mere information om rumelevatorer og relaterede emner, tjek linkene på den næste side.

I februar 2006, LiftPort Group meddelte, at det med succes lancerede en platform ved hjælp af balloner i højder. Disse balloner holdt platformen en kilometer i luften i seks timer.

LiftPort planlægger at markedsføre platformen, kaldet HALE (High Altitude Long Endurance), som station til sikkerhedskameraer og mobiltelefon- og radiotransmissioner. [ref].

Masser mere information

Relaterede HowStuffWorks -artikler

• Hvordan let fremdrift vil fungere
• Sådan fungerer rumturisme
• Sådan fungerer solsejl
• Sådan fungerer rumfærger
• Sådan fungerer skyskrabere
• Sådan fungerer elevatorer

Flere store links

• LiftPort Group
• Institut for Videnskabelig Forskning
• Vores fantastiske solsystem

Kilder

• Express Lift to the Stars:CNN International - 18. september kl. 2006 http://edition.cnn.com/2006/TECH/space/09/18/space.elevator/
• Space Elevator:NIAC Phase II Final Report http://www.liftport.com/files/521Edwards.pdf
• LiftPort Group http://www.liftport.com/
• Institut for Videnskabelig Forskning http://www.isr.us/SEHome.asp
• Elevator 2010 Konkurrence http://www.elevator2010.org/site/competition.html
• Highlift -systemer http://www.americanantigravity.com/highlift.html
• En hejse til himlen, IEEE -spektrum http://www.spectrum.ieee.org/WEBONLY/publicfeature/aug05/0805spac.html