Ένας διαστημικός ανελκυστήρας είναι ένα προτεινόμενο σύστημα μεταφοράς που συνδέει την επιφάνεια της Γης με το διάστημα. Ο ανελκυστήρας θα επέτρεπε στα οχήματα να ταξιδεύουν σε τροχιά ή στο διάστημα χωρίς τη χρήση πυραύλων. Ενώ τα ταξίδια με ανελκυστήρα δεν θα ήταν ταχύτερα από τα ταξίδια με πυραύλους, θα ήταν πολύ λιγότερο ακριβά και θα μπορούσαν να χρησιμοποιούνται συνεχώς για τη μεταφορά φορτίου και ενδεχομένως επιβατών.
Ο Κονσταντίν Τσιολκόβσκι περιέγραψε για πρώτη φορά ένα διαστημικό ασανσέρ το 1895. Ο Τσιόλκοβκι πρότεινε την κατασκευή ενός πύργου από την επιφάνεια μέχρι τη γεωστατική τροχιά, κάνοντας ουσιαστικά ένα απίστευτα ψηλό κτίριο. Το πρόβλημα με την ιδέα του ήταν ότι η δομή θα συνθλιβεί από όλο το βάρος πάνω από αυτό. Οι σύγχρονες έννοιες των διαστημικών ανελκυστήρων βασίζονται σε μια διαφορετική αρχή - ένταση. Ο ανελκυστήρας θα κατασκευαστεί χρησιμοποιώντας ένα καλώδιο συνδεδεμένο στο ένα άκρο της επιφάνειας της Γης και ένα τεράστιο αντίβαρο στο άλλο άκρο, πάνω από τη γεωστατική τροχιά (35.786 χιλιόμετρα). Η βαρύτητα θα τραβούσε προς τα κάτω στο καλώδιο, ενώ η φυγοκεντρική δύναμη από το αντίβαρο σε τροχιά θα τραβούσε προς τα πάνω. Οι αντίπαλες δυνάμεις θα μείωναν το άγχος στον ανελκυστήρα, σε σύγκριση με την κατασκευή ενός πύργου στο διάστημα.
Ενώ ένας κανονικός ανελκυστήρας χρησιμοποιεί κινούμενα καλώδια για να τραβήξει μια πλατφόρμα πάνω και κάτω, ο διαστημικός ανελκυστήρας θα βασίζεται σε συσκευές που ονομάζονται crawlers, ορειβάτες ή ανυψωτές που ταξιδεύουν κατά μήκος ενός σταθερού καλωδίου ή κορδέλας. Με άλλα λόγια, το ασανσέρ θα κινούσε στο καλώδιο. Πολλοί ορειβάτες θα πρέπει να ταξιδεύουν και προς τις δύο κατευθύνσεις για να αντισταθμίσουν τις δονήσεις από τη δύναμη Coriolis που ενεργεί στην κίνησή τους.
Μέρη ενός διαστημικού ανελκυστήρα
Η ρύθμιση για τον ανελκυστήρα θα ήταν κάπως έτσι: Ένας τεράστιος σταθμός, αιχμάλωτος αστεροειδής ή ομάδα ορειβατών θα τοποθετηθεί ψηλότερα από τη γεωστατική τροχιά. Επειδή η ένταση στο καλώδιο θα ήταν στο μέγιστο στην τροχιακή θέση, το καλώδιο θα ήταν παχύτερο εκεί, μειούμενο προς την επιφάνεια της Γης. Πιθανότατα, το καλώδιο είτε θα αναπτυχθεί από το διάστημα είτε θα κατασκευαστεί σε πολλαπλά τμήματα, κινούμενο προς τα κάτω στη Γη. Οι ορειβάτες κινούσαν πάνω-κάτω το καλώδιο στους κυλίνδρους, που κρατιόταν στη θέση του από την τριβή. Η ενέργεια θα μπορούσε να παρέχεται από την υπάρχουσα τεχνολογία, όπως η ασύρματη μεταφορά ενέργειας, η ηλιακή ενέργεια ή/και η αποθηκευμένη πυρηνική ενέργεια. Το σημείο σύνδεσης στην επιφάνεια θα μπορούσε να είναι μια κινητή πλατφόρμα στον ωκεανό, προσφέροντας ασφάλεια για τον ανελκυστήρα και ευελιξία για την αποφυγή εμποδίων.
Το ταξίδι με διαστημικό ασανσέρ δεν θα ήταν γρήγορο! Ο χρόνος ταξιδιού από το ένα άκρο στο άλλο θα είναι αρκετές ημέρες έως ένα μήνα. Για να θέσουμε την απόσταση σε προοπτική, αν ο ορειβάτης κινούνταν με 300 χλμ/ώρα (190 μίλια/ώρα), θα χρειαστούν πέντε ημέρες για να φτάσει σε γεωσύγχρονη τροχιά. Επειδή οι ορειβάτες πρέπει να συνεργαστούν με άλλους στο καλώδιο για να το κάνουν σταθερό, είναι πιθανό να προχωρήσει πολύ πιο αργά.
Οι προκλήσεις δεν έχουν ακόμη ξεπεραστεί
Το μεγαλύτερο εμπόδιο στην κατασκευή διαστημικών ανελκυστήρων είναι η έλλειψη υλικού με αρκετά υψηλή αντοχή και ελαστικότητα εφελκυσμού και αρκετά χαμηλή πυκνότητα για την κατασκευή του καλωδίου ή της κορδέλας. Μέχρι στιγμής, τα ισχυρότερα υλικά για το καλώδιο θα ήταν νανοθόδια διαμαντιών (που συντέστησαν για πρώτη φορά το 2014) ή νανοσωλήνες άνθρακα. Αυτά τα υλικά δεν έχουν ακόμη συντεθεί σε επαρκές μήκος ή λόγο αντοχής σε εφελκυσμό προς πυκνότητα. Οι ομοιοπολούμενοι χημικοί δεσμοί που συνδέουν τα άτομα άνθρακα σε νανοσωλήνες άνθρακα ή διαμαντιών μπορούν να αντέξουν μόνο τόσο πολύ άγχος πριν αποσυμπλεγούν ή σχίσουν. Οι επιστήμονες υπολογίζουν την πίεση που μπορούν να υποστηρίξουν οι δεσμοί, επιβεβαιώνοντας ότι ενώ μπορεί μια μέρα να κατασκευαστεί μια κορδέλα αρκετά μεγάλη ώστε να εκτείνεται από τη Γη σε γεωστατική τροχιά, δεν θα ήταν σε θέση να διατηρήσει πρόσθετη πίεση από το περιβάλλον, τις δονήσεις και τους ορειβάτες.
Οι δονήσεις και οι ταλαντώσεις είναι σοβαρές εκτιμήσεις. Το καλώδιο θα ήταν ευαίσθητο στην πίεση από τον ηλιακό άνεμο, τις αρμονικές (δηλαδή, όπως μια πραγματικά μεγάλη χορδή βιολιού), τους κεραυνούς και την ταλάντευση από τη δύναμη Coriolis. Μια λύση θα ήταν ο έλεγχος της κίνησης των ανιχνευτών για να αντισταθμιστούν ορισμένες από τις επιπτώσεις.
Ένα άλλο πρόβλημα είναι ότι ο χώρος μεταξύ της γεωστατικής τροχιάς και της επιφάνειας της Γης είναι γεμάτος διαστημικά σκουπίδια και συντρίμμια. Οι λύσεις περιλαμβάνουν τον καθαρισμό του χώρου κοντά στη Γη ή την επίτευξη του τροχιακού αντίβαρου σε θέση να αποφύγει τα εμπόδια.
Άλλα ζητήματα περιλαμβάνουν τη διάβρωση, τις επιπτώσεις μικρομετεωρίτη και τις επιπτώσεις των ζωνών ακτινοβολίας Van Allen (ένα πρόβλημα τόσο για τα υλικά όσο και για τους οργανισμούς).
Το μέγεθος των προκλήσεων σε συνδυασμό με την ανάπτυξη επαναχρησιμοποιήσιμων πυραύλων, όπως αυτοί που ανέπτυξε η SpaceX, έχουν μειώσει το ενδιαφέρον για τους διαστημικούς ανελκυστήρες, αλλά αυτό δεν σημαίνει ότι η ιδέα του ανελκυστήρα είναι νεκρή.
Οι διαστημικοί ανελκυστήρες δεν είναι μόνο για τη Γη
Ένα κατάλληλο υλικό για έναν διαστημικό ανελκυστήρα με βάση τη Γη δεν έχει ακόμη αναπτυχθεί, αλλά τα υπάρχοντα υλικά είναι αρκετά ισχυρά για να υποστηρίξουν έναν διαστημικό ανελκυστήρα στη Σελήνη, σε άλλα φεγγάρια, στον Άρη ή σε αστεροειδείς. Ο 'ρης έχει περίπου το ένα τρίτο της βαρύτητας της Γης, αλλά περιστρέφεται με περίπου τον ίδιο ρυθμό, οπότε ένας αρειανός διαστημικός ανελκυστήρας θα ήταν πολύ μικρότερος από έναν που χτίστηκε στη Γη. Ένας ανελκυστήρας στον Άρη θα πρέπει να αντιμετωπίσει τη χαμηλή τροχιά του φεγγαριού Φοίβος, το οποίο τέμνει τακτικά τον Αρειανό ισημερινό. Η επιπλοκή για ένα σεληνιακό ασανσέρ, από την άλλη πλευρά, είναι ότι η Σελήνη δεν περιστρέφεται αρκετά γρήγορα για να προσφέρει ένα στατικό σημείο τροχιάς. Ωστόσο, τα σημεία Lagrangian θα μπορούσαν να χρησιμοποιηθούν αντ 'αυτού. Παρόλο που ένας σεληνιακός ανελκυστήρας θα είχε μήκος 50.000 χιλιόμετρα στην κοντινή πλευρά της Σελήνης και ακόμη περισσότερο στην μακρινή πλευρά του, η χαμηλότερη βαρύτητα καθιστά εφικτή την κατασκευή. Ένας αρειανός ανελκυστήρας θα μπορούσε να παρέχει συνεχή μεταφορά έξω από το πηγάδι βαρύτητας του πλανήτη, ενώ ένας σεληνιακός ανελκυστήρας θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί για την αποστολή υλικών από τη Σελήνη σε μια τοποθεσία εύκολα προσβάσιμη από τη Γη.
Πότε θα κατασκευαστεί ένας διαστημικός ανελκυστήρας;
Πολλές εταιρείες έχουν προτείνει σχέδια για διαστημικούς ανελκυστήρες. Μελέτες σκοπιμότητας δείχνουν ότι ένας ανελκυστήρας δεν θα κατασκευαστεί μέχρι να ανακαλυφθεί (α) ένα υλικό που μπορεί να υποστηρίξει την ένταση για ένα γήινο ασανσέρ ή (β) υπάρχει ανάγκη για ανελκυστήρα στη Σελήνη ή στον Άρη. Ενώ είναι πιθανό οι συνθήκες να πληρούνται στον 21ο αιώνα, η προσθήκη μιας βόλτας με διαστημικό ανελκυστήρα στη λίστα κουβάδων σας μπορεί να είναι πρόωρη.
Helmenstine, Anne Marie, Ph.D. "Πώς θα λειτουργούσε ένας διαστημικός ανελκυστήρας." ThoughtCo, 16 Φεβ. 2021, thoughtco.com/how-a-space-elevator-would-work-4147230.
