Weltraumaufzug

Ein Raumaufzug wird als Kabel konzipiert, das am Äquator festgelegt ist und in den Weltraum greift. Ein Gegengewicht am oberen Ende hält die Massezentrum weit über geostationärer Umlaufbahnebene. Dies produziert genug nach oben Zentrifugalkraft Aus der Erdrotation, um der Abwärtsgrafschaft vollständig entgegenzuwirken und das Kabel aufrecht zu halten und straff zu halten. Kletterer tragen Fracht auf und ab.

A Weltraumaufzug ist eine vorgeschlagene Art von Planet-zu-Raum-Transportsystem.^[1] Die Hauptkomponente wäre ein Kabel (auch als a genannt Tether) an die Oberfläche verankert und sich in den Weltraum erstrecken. Das Design würde es Fahrzeugen ermöglichen, das Kabel von einer planetarischen Oberfläche wie der Erde direkt in die Umlaufbahn zu ziehen, Ohne die Verwendung großer Raketen. Ein auf Erde basierender Weltraumaufzug konnte aufgrund des immensen Gewichts nicht einfach ein hoher Turm sein, der von unten getragen wird - stattdessen würde er aus einem Kabel bestehen, das an der Oberfläche in der Nähe des Äquators und dem anderen Ende an einem Gegengewicht in an der Oberfläche befestigt ist Raum jenseits Geostationäre Umlaufbahn (35.786 km Höhe). Die konkurrierenden Schwerkraftkräfte, die am unteren Ende stärker sind, und die am oberen Ende stärkere Zentrifugalkraft würde dazu führen, dass das Kabel unter Spannung und stationär über eine einzelne Position auf der Erde hält. Mit dem Einsatz des Tethers konnten Kletterer mit mechanischen Mitteln wiederholt das Tether auf und ab klettern und ihre Fracht zum und vom Umlaufbahn freigeben.^[2]

Das Konzept eines Turms, der reicht Geosynchrone Umlaufbahn wurde erstmals 1895 von veröffentlicht von Konstantin Tsiolkovsky.^[3] Sein Vorschlag war für einen freistehenden Turm, der von der Erdoberfläche bis zur Höhe der geostationären Umlaufbahn reichte. Wie alle Gebäude würde Tsiolkovskys Struktur unterhalb sein Kompression, Unterstützung seines Gewichts von unten. Seit 1959 konzentrieren sich die meisten Ideen für Weltraumaufzüge nur auf rein Zug Strukturen mit dem Gewicht des Systems von oben durch Zentrifugalkräfte. In den Zugkonzepten a Raumbindung reicht von einer großen Masse (dem Gegengewicht) über die geostationäre Umlaufbahn bis zum Boden. Diese Struktur wird in der Spannung zwischen Erde und Gegengewicht wie ein Kopfteilen gehalten Plumb Bob. Die Kabeldicke wird basierend auf der Spannung eingestellt. Es hat sein Maximum an einer geostationären Umlaufbahn und das Minimum am Boden.

Verfügbare Materialien sind nicht stark genug, um einen Erdraumaufzug praktisch zu machen.^[4][5][6] Einige Quellen haben spekuliert, dass zukünftige Fortschritte in Kohlenstoff-Nanoröhren (CNTs) könnte zu einem praktischen Design führen.^[2][7][8] Andere Quellen sind zu dem Schluss gekommen, dass CNTs niemals stark genug sein werden.^[9][10][11] Mögliche zukünftige Alternativen umfassen Bor Nitrid -Nanoröhren, Diamant -Nanothreads^[12][13] und Einzelkristall im Makromaßstab Graphen.^[14]

Das Konzept gilt für andere Planeten und Himmelskörper. Für Orte im Sonnensystem mit schwächerer Schwerkraft als die Erde (wie die Mond oder Mars) Die Anforderungen an die Stärke zu Dichte für Tether-Materialien sind nicht so problematisch. Derzeit verfügbare Materialien (wie z. Kevlar) sind stark und leicht genug, dass sie praktisch sein könnten, da das Tether -Material für Aufzüge dort.^[15]

Geschichte

Frühe Konzepte

Konstantin Tsiolkovsky

Das Schlüsselkonzept des Weltraumaufzugs erschien 1895, als Russisch Wissenschaftler Konstantin Tsiolkovsky wurde von der inspiriert Eiffelturm in Paris. Er betrachtete einen ähnlichen Turm, der den ganzen Weg in den Weltraum erreichte und von Grund auf bis zur Höhe von 35.786 Kilometern gebaut wurde, die Höhe von Geostationäre Umlaufbahn.^[16] Er bemerkte, dass die Spitze eines solchen Turms kreisen würde Erde wie in einer geostationären Umlaufbahn. Objekte würden aufgrund der Rotation der Erde die horizontale Geschwindigkeit erwerben, wenn sie den Turm hinauffuhr, und ein Objekt, das an der Oberseite des Turms freigesetzt wurde, hätte genug horizontale Geschwindigkeit, um dort in der geostationären Umlaufbahn zu bleiben. Tsiolkovskys konzeptioneller Turm war eine Komprimierungsstruktur, während moderne Konzepte eine erfordern Zugstruktur (oder "Tether").

20. Jahrhundert

Der Aufbau einer Kompressionsstruktur von Grund auf war eine unrealistische Aufgabe, da kein Material mit genügend Druckfestigkeit bestand, um ihr eigenes Gewicht unter solchen Bedingungen zu unterstützen.^[17] 1959 der russische Ingenieur Yuri N. Artsutanov schlug einen praktikableren Vorschlag vor. Artsutanov schlug vor, einen Geostationary zu verwenden Satellit als Basis, aus dem die Struktur nach unten eingesetzt werden kann. Durch Verwendung a Gegengewicht, ein Kabel würde von der geostationären Umlaufbahn bis zur Erdoberfläche abgesenkt, während das Gegengewicht vom Satellit von der Erde entfernt wurde und das Kabel ständig über derselben Stelle auf der Erdoberfläche hielt. Artsutanovs Idee wurde der russischsprachigen Öffentlichkeit in einem Interview in der Sonntags-Ergänzung von vorgestellt Komsomolskaya pravda 1960,,^[18] war aber erst viel später auf Englisch verfügbar. Er schlug auch vor, die Kabeldicke zu verjüngen, damit die Spannung im Kabel konstant bleibt. Dies ergab ein dünneres Kabel auf Bodenniveau, das auf der geostationären Umlaufbahn am dicksten wurde.

Sowohl die Turm- als auch die Kabelideen wurden in vorgeschlagen David E. H. Jones'Quasi-humorös Ariadne Säule in Neuer Wissenschaftler, 24. Dezember 1964.

1966 Isaacs, Vine, Bradner und Bachus, vier amerikanisch Ingenieure, das Konzept neu erfunden, es als "Sky-Hook" benannt und ihre Analyse in der Zeitschrift veröffentlicht Wissenschaft.^[19] Sie beschlossen zu bestimmen, welche Art von Material für den Bau eines Weltraumaufzugs erforderlich wäre, vorausgesetzt Stärke Erforderlich wäre doppelt so hoch wie bei jedem damals bestehenden Material, einschließlich Graphit, Quarz, und Diamant.

1975 ein amerikanischer Wissenschaftler, Jerome PearsonDas Konzept hat neu erfunden und seine Analyse im Journal veröffentlicht Acta Astronautica. Er designte^[20] Ein Höhenprofil der Querschnittsfläche, das sich verjüngt und besser für den Bau des Aufzugs geeignet wäre. Das fertige Kabel wäre am geostationären Umlaufbahn am dicksten, wo die Spannung am größten war, und würde an den Spitzen am engsten sein, um die Menge des Gewichts pro Querschnittsbereich zu verringern, den jeder Punkt auf dem Kabel tragen müsste. Er schlug vor, ein Gegengewicht zu verwenden, das langsam auf 144.000 Kilometer (fast die Hälfte der Entfernung zur Entfernung zur Mond) als die unteren Abschnitte des Aufzugs gebaut wurden. Ohne ein großes Gegengewicht müsste der obere Teil des Kabels aufgrund des Weges länger als der niedrigere sein Gravitation und Zentrifugalkräfte verändern sich mit der Entfernung von der Erde. Seine Analyse umfasste Störungen wie die Gravitation des Mondes, der Wind und die Verschiebung der Nutzlasten im Kabel. Das Gewicht des für den Bau des Aufzugs benötigten Materials hätte Tausende von benötigt Space Shuttle Reisen, obwohl ein Teil des Materials den Aufzug hinauf transportiert werden konnte, wenn ein Mindestfestigkeitsstrang den Boden erreichte oder im Weltraum hergestellt wird Asteroidal oder Monderz.

Nach der Entwicklung von Kohlenstoff-Nanoröhren In den neunziger Jahren war der Ingenieur David Smitherman von NASA/Marshalls Advanced Projects Office erkannte, dass die hohe Stärke dieser Materialien das Konzept eines Weltraumaufzugs machbar machen und einen Workshop am zusammenstellen kann Marshall Space Flight CenterEinladung vieler Wissenschaftler und Ingenieure, Konzepte zu diskutieren und Pläne für einen Aufzug zu erstellen, um das Konzept in die Realität umzuwandeln.

Im Jahr 2000, ein anderer amerikanischer Wissenschaftler, Bradley C. Edwardsschlug vor, ein langen Papierdünnband von 100.000 km mit einem Kohlenstoffnanoröhrchen-Verbundmaterial zu erstellen.^[21] Er wählte eher die weite dünne bandförmige Querschnittsform als für frühere kreisförmige Querschnittskonzepte, da diese Form eine größere Chance auf überlebende Auswirkungen durch Meteoroide haben würde. Die Form des Bandes Querschnitt bot auch eine große Oberfläche für Kletterer, um mit einfachen Rollen zu klettern. Unterstützt von der NASA -Institut für fortgeschrittene KonzepteDie Arbeit von Edwards wurde erweitert, um das Bereitstellungsszenario, das Kletterdesign, das Stromversorgungssystem zu decken, Orbitalablager Vermeidung, Ankersystem, Überleben Atom SauerstoffVermeidung von Blitzen und Hurrikanen durch lokale Anker im westlichen Äquatorialpazifik, Baukosten, Bauplan und Umweltgefahren.^[2][7][22]

21. Jahrhundert

Um die Entwicklung des Weltraumaufzugs zu beschleunigen, haben Befürworter mehrere organisiert Wettbewerbe, ähnlich wie Ansari X -Preis, für relevante Technologien.^[23][24] Unter ihnen sind Aufzug: 2010, die jährliche Wettbewerbe für Kletterer, Bänder und Stromstrahlsysteme von 2005 bis 2009 organisierte, der Robogames Space Elevator Ribbon Climbing Competition,^[25] sowie NASAs Centennial -Herausforderungen Das Programm, das im März 2005 eine Partnerschaft mit der Spaceward Foundation (dem Betreiber von Elevator: 2010) bekannt gab und den Gesamtwert der Preise auf 400.000 US -Dollar erhöhte.^[26][27] Die erste europäische Space Elevator Challenge (EUSEC) zur Gründung einer Kletterstruktur fand im August 2011 statt.^[28]

Im Jahr 2005 "die" Aufzugsgruppe von Space Elevator -Unternehmen kündigten an, dass es ein Carbon -Nanoröhrchen -Herstellungswerk in bauen wird Millville, New Jersey, um verschiedene Glas-, Kunststoff- und Metallunternehmen mit diesen starken Materialien zu versorgen. Obwohl Liftport es hofft, Carbon -Nanoröhren beim Bau eines Platzaufzugs von 100.000 km zu verwenden, ermöglicht dieser Schritt, kurzfristig Geld zu verdienen und Forschung und Entwicklung zu neuen Produktionsmethoden zu führen. "^[8] Ihr angekündigtes Ziel war ein Space Elevator-Start im Jahr 2010. Am 13. Februar 2006 kündigte die Liftport Group an, dass sie früher im selben Monat eine Meile "Space-Elevator-Tether" aus Kohlenstofffaser-Verbundketten und Glasfaserklebeband getestet hatten Messung von 5 cm breit und 1 mm (ca. 13 Papierblätter) dick, mit Luftballons angehoben.^[29] Im April 2019 gab Michael Laine, CEO von Liftport, zugab, dass bei den hohen Weltraumaufzugsambitionen des Unternehmens wenig Fortschritte erzielt wurden, selbst nachdem sie mehr als 200.000 US -Dollar an Saatgutfinanzierung erhalten hatten. Die Carbon Nanotube Manufacturing Facility, die Lowfen 2005 ankündigte, wurde nie gebaut.^[30]

Im Jahr 2006 wurde das Buch "Leaving the Planet by Space Elevator" von Dr. Brad Edwards und Philip Ragan veröffentlicht und enthielt eine umfassende Überprüfung der Geschichte, der Bauherausforderungen und der Umsetzungspläne für zukünftige Weltraumaufzüge, einschließlich Weltraumaufzeigungen auf dem Mond und dem Mars.

In 2007, Aufzug: 2010 Die Space Elevator Games 2007 mit 500.000 US -Dollar -Preisen für jeden der beiden Wettbewerbe (insgesamt 1.000.000 US -Dollar) sowie zusätzliche 4.000.000 US -Dollar für die nächsten fünf Jahre für Space Elevator -verwandte Technologien.^[31] Keine Teams haben den Wettbewerb gewonnen, aber ein Team von MIT trat in den ersten 2 Gramm (0,07 oz) ein, 100 Prozent Kohlenstoff-Nanoröhreneintritt in den Wettbewerb.^[32] Japan hielt im November 2008 eine internationale Konferenz ab, um einen Zeitplan für den Bau des Aufzugs zu erreichen.^[33]

Im Jahr 2008 das Buch Den Planeten mit dem Weltraumaufzug verlassen wurde auf Japanisch veröffentlicht und in die japanische Bestsellerliste eingegeben.^[34][35] Dies führte zu Shuichi Ono, dem Vorsitzenden der Japan Space Elevator Association, und stellte einen Weltraum-Elevator-Plan vor und stellte fest, was Beobachter als extrem kostengünstige Schätzung eines Billionen Yen (5 Milliarden Pfund / 8 Milliarden US-Dollar) für den Bau eines Billionen Yen (£ 8 Milliarden) ansahen.^[33]

2012 die Obayashi Corporation kündigte an, dass es bis 2050 mithilfe von Carbon -Nanoröhren -Technologie einen Raumaufzug bauen könnte.^[36] Der Passagierkletterer des Designs könnte nach einer 8 -tägigen Reise das Geo -Level erreichen.^[37] Weitere Details wurden 2016 veröffentlicht.^[38]

2013 die Internationale Akademie der Astronautik veröffentlichte eine technologische Machbarkeitsbewertung, die zu dem Schluss kam Spezifische Stärke Innerhalb von 20 Jahren. Die vierjährige Studie untersuchte viele Facetten der Weltraumaufzugsentwicklung, einschließlich Missionen, Entwicklungsplänen, Finanzinvestitionen, Umsatzfluss und Vorteilen. Es wurde berichtet, dass es möglich sein würde, im Betrieb kleinere Auswirkungen zu überleben und größere Auswirkungen mit Meteoren und Raumabfällen zu vermeiden, und dass die geschätzten Kosten für das Aufheben eines Kilogramms Nutzlast auf Geo und darüber hinaus 500 US -Dollar betragen würden.^{[39][40][Selbstveröffentlichte Quelle?]}

Im Jahr 2014 begann das Rapid Evaluation F & E -Team von Google X mit dem Design eines Raumaufzugs und stellte schließlich fest, dass noch niemand einen perfekt geformten Format hergestellt hatte Kohlenstoff-Nanoröhrchen Strand länger als ein Meter. Sie beschlossen daher, das Projekt in "Deep Freeze" aufzunehmen und alle Fortschritte im Bereich der Kohlenstoffnanoröhrchen im Auge zu behalten.^[41]

2018 Forscher bei Japaner Shizuoka University startete Stars-Me, zwei Cubesats verbunden durch ein Tether, auf dem ein Mini-Elevator reisen wird.^[42][43] Das Experiment wurde als Testbett für eine größere Struktur gestartet.^[44]

2019 die Internationale Akademie der Astronautik Veröffentlicht "Road to the Space Elevator Era",^[45] Ein Studienbericht, der die Bewertung des Weltraumaufzugs zum Sommer 2018 zusammenfasst. Das Wesentliche ist, dass eine breite Gruppe von Weltraumfachleuten den Status der Entwicklung des Weltraumaufzugs versammelte und bewertete, was jeweils ihr Fachwissen beitrug und zu ähnlichen Schlussfolgerungen kam: (a) Erde Raumaufzüge scheinen machbar zu sein, was die IAA -Studienabschließung (B) Die Initiierung der Weltraumaufzugsentwicklung verstärkt, ist näher als die meisten denken. Diese letzte Schlussfolgerung basiert auf einem potenziellen Prozess zur Herstellung von Einzelkristall im Makromaßstab Graphen^[46] mit höher Spezifische Stärke als Kohlenstoff-Nanoröhren.

In der Fiktion

1979 wurden Raumaufzüge mit der gleichzeitigen Veröffentlichung von einem breiteren Publikum vorgestellt Arthur C. Clarke'S Roman, Die Brunnen des Paradieses, in dem Ingenieure einen Raumaufzug auf einem Berggipfel im fiktiven Inselland von "Taprobane" bauen (lose basierend auf Sri Lanka, wenn auch nach Süden zum Äquator bewegt) und Charles Sheffield'S erster Roman, Das Netz zwischen den Weltenauch den Bau eines Raumaufzugs. Drei Jahre später in Robert A. Heinlein's 1982 Roman FreitagDer Hauptcharakter erwähnt eine Katastrophe am „Quito Sky Hook“ und nutzt die "Nairobi Beanstalk" im Verlauf ihrer Reisen. Im Kim Stanley Robinson's 1993 Roman Roter Mars, Kolonisten bauen einen Weltraumaufzug auf dem Mars, der es sowohl für mehr Kolonisten eintreffen als auch für natürliche Ressourcen, die dort abgebaut werden, um nach der Erde abreisen zu können. Im David Gerrold's 2000 Roman, Vom Planeten springenEin Familienausflug auf dem Ecuador "Beanstalk" ist tatsächlich eine Kinderkundenspotung. Gerrolds Buch untersucht auch einige der industriellen Anwendungen einer ausgereiften Aufzugstechnologie. Das Konzept eines Weltraumaufzugs, genannt das Beanstalk, wird auch in John Scalzis Roman von 2005 dargestellt, Krieg des alten Mannes. In einer biologischen Version, Joan Slonczewski's 2011 Roman Die höchste Grenze zeigt einen College-Studenten, der einen Raumaufzug steigt, der aus selbstheilenden Kabeln von Anthrax Bacilli gebaut wurde. Die konstruierten Bakterien können die Kabel nach dem Trennen von Weltraummüll nachwachsen lassen. Analemma Tower ist eine bewohnbare Variante eines Weltraumaufzugs, der als "höchstes Gebäude der Welt" vorgeschlagen wird.

Physik

Scheinbares Gravitationsfeld

Ein Erdraum -Aufzugskabel dreht sich zusammen mit der Rotation der Erde. Daher würden das Kabel und Objekte, die daran gebunden sind, die zentrifugale Zentrifugalkraft in die Richtung erleben, die sich der Abwärtsgravitationskraft widersetzt. Je höher das Kabel, das Objekt befindet, desto weniger die Gravitationsanziehung der Erde und desto stärker die Aufwärtszentrifugalkraft aufgrund der Rotation, sodass mehr Zentrifugalkraft weniger Schwerkraft entspricht. Die Zentrifugalkraft und die Schwerkraft sind in der geoynchronen Äquatorialumlaufbahn (GEO) ausgeglichen. Über Geo ist die Zentrifugalkraft stärker als die Schwerkraft, was dazu führt nach oben darauf.

Die Nettokraft für Objekte, die am Kabel angebracht sind Scheinbares Gravitationsfeld. Das scheinbare Gravitationsfeld für gebundene Objekte ist die (Abwärts-) Schwerkraft abzüglich der (nach oben) Zentrifugalkraft. Die scheinbare Schwerkraft, die ein Objekt auf dem Kabel auf dem Kabel erlebt, ist bei Geo Null, unten unter Geo und oben über Geo.

Das scheinbare Gravitationsfeld kann auf diese Weise dargestellt werden:^{: Ref[47] Tabelle 1}

Die Abwärtskraft der tatsächlichen Kraft Schwere sinkt mit Größe: ${\ displayStyle g_ {r} =-gm/r^{2}}$

Der oben Zentrifugalkraft Aufgrund der Rotation des Planeten steigt mit Größe: ${\ displayStyle a = \ omega ^{2} r}$

Zusammen ist das scheinbare Gravitationsfeld die Summe der beiden:

${\ displaystyle g =-{\ frac {gm} {r ^{2}}}+\ omega ^{2} r}$

wo

Irgendwann im Kabel sind die beiden Begriffe (nach unten und die Aufwärtszentrifugalkraft) gleich und entgegengesetzt. An diesem Punkt am Kabel befestigte Objekte legten kein Gewicht auf das Kabel. Diese Höhe (r₁) hängt von der Masse des Planeten und seiner Rotationsrate ab. Das Einstellen der tatsächlichen Schwerkraft, die der Zentrifugalbeschleunigung entspricht, ergibt:^{: Ref[47] p. 126}

$oder$

Dies ist 35.786 km (22.236 mi) über der Erdoberfläche, die Höhe der geostationären Umlaufbahn.^{: Ref[47] Tabelle 1}

Auf dem Kabel unter Geostationäre Umlaufbahn, die Abwärtsgravitation wäre größer als die Aufwärtszentrifugalkraft, sodass die scheinbare Schwerkraft an dem Kabel nach unten befestigten Objekte gezogen wird. Jedes Objekt, das aus dem Kabel unterhalb dieser Ebene freigesetzt wird, würde zunächst entlang des Kabels nach unten beschleunigen. Dann würde es nach und nach nach Osten vom Kabel ablenken. Auf dem Kabel Oben Das Ausmaß der stationären Umlaufbahn und der zentrifugalen Kraft nach oben wäre größer als die Abwärtsfärbung, sodass die scheinbare Schwerkraft an das Kabel befestigt ist nach oben. Jedes vom Kabel freigestellte Objekt Oben Der geosynchrone Niveau würde anfänglich beschleunigen nach oben entlang des Kabels. Dann würde es nach und nach westlich vom Kabel ablenken.

Kabelabschnitt

Historisch gesehen wurde das Hauptproblem als die Fähigkeit des Kabels als Spannung das Gewicht von sich unter einem bestimmten Punkt angesehen. Die größte Spannung eines Raumaufzugskabels befindet sich am Punkt der geostationären Umlaufbahn, 35.786 km (22.236 mi) über dem Erdäquator. Dies bedeutet, dass das Kabelmaterial in Kombination mit seinem Design stark genug sein muss, um sein eigenes Gewicht von der Oberfläche bis zu 35.786 km zu halten. Ein Kabel, das in dieser Höhe im Querschnittsbereich dicker ist als an der Oberfläche, könnte sein eigenes Gewicht über eine längere Länge besser halten. Wie sich die Querschnittsfläche vom Maximum von 22.236 mi bis zum Minimum an der Oberfläche verjüngt, ist daher ein wichtiger Konstruktionsfaktor für ein Space -Aufzug -Kabel.

Um die nutzbare Überstärke für eine bestimmte Menge an Kabelmaterial zu maximieren, müsste der Querschnittsbereich des Kabels größtenteils so ausgelegt werden, dass die betonen (d. H. Die Spannung pro Einheit der Querschnittsfläche) ist entlang der Länge des Kabels konstant.^[47][48] Das Kriterium für konstante Stress ist ein Ausgangspunkt für die Konstruktion des Kabellquerschnittsbereichs, wenn es sich mit der Höhe ändert. Andere Faktoren, die in detaillierteren Konstruktionen berücksichtigt werden, sind die Verdickung in Höhen, in denen mehr Raumschreiber vorhanden sind, die von Kletterern auferlegten Punktspannungen und die Verwendung unterschiedlicher Materialien berücksichtigt werden.^[49] Um diese und andere Faktoren zu berücksichtigen, versuchen moderne detaillierte Designs, die größten zu erreichen Sicherheitsabstand möglich, mit so wenig Variation über Höhe und Zeit wie möglich.^[49] In einfachen Ausgangspunktdesigns entspricht dies der Konstantenress.

Für ein Kabel mit konstantem Stress ohne Sicherheitsmarge ist die Querschnittsfläche als Funktion des Abstands vom Erdzentrum durch die folgende Gleichung angegeben:^[47]

Mehrere Verjüngungsprofile mit unterschiedlichen Materialparametern

$oder Oder }\richtig richtig]}$

wo

${\ displayStyle a_ {s}}$ ist der Querschnittsbereich des Kabels an der Erdoberfläche (m²),

${\ displayStyle r_ {g}}$ ist der Radius der geosynchronen Umlaufbahn,

Die Sicherheitsmarge kann durch Teilen von T durch den gewünschten Sicherheitsfaktor berücksichtigt werden.^[47]

Kabelmaterialien

Unter Verwendung der obigen Formel können wir das Verhältnis zwischen dem Querschnitt in der geostationären Umlaufbahn und dem Querschnitt an der Erdoberfläche berechnen, das als Verjüngungsverhältnis bezeichnet wird:^{[Anmerkung 1]}

$oder$

Verjüngungsverhältnis als Funktion spezifischer Stärke

Das Verjüngungsverhältnis wird sehr groß, es sei denn, die spezifische Stärke des verwendeten Materialiens nähert sich 48 (MPA)/(kg/m)³). Niedrig spezifische Kraftmaterialien erfordern sehr große Verhältnisverhältnisse, die einer großen (oder astronomischen) Gesamtmasse des Kabels mit zugehörigen großen oder unmöglichen Kosten entsprechen.

Struktur

Ein Konzept für den Weltraumaufzug hat es an einer mobilen Seeblattform angeschlossen.

Für viele Planetenkörper werden eine Vielzahl von Raumaufzugsentwürfen vorgeschlagen. Fast jedes Design umfasst eine Basisstation, ein Kabel, Kletterer und ein Gegengewicht. Für einen Erdraumaufzug erzeugt die Rotation der Erde nach oben Zentrifugalkraft im Gegengewicht. Das Gegengewicht wird vom Kabel festgehalten, während das Kabel durch das Gegengewicht gehalten und straff wird. Die Basisstation verankert das gesamte System an der Erdoberfläche. Kletterer klettern mit Ladung das Kabel auf und ab.

Basisstation

Moderne Konzepte für die Basisstation/Anker sind in der Regel mobile Stationen, große Meeresschiffe oder andere mobile Plattformen. Mobile Basisstationen hätten den Vorteil gegenüber den früheren stationären Konzepten (mit Landankern), indem sie manövrieren können, um starke Winde, Stürme und zu vermeiden Weltraummüll. Ozeanische Ankerpunkte sind typischerweise auch in Internationale GewässerVereinfachung und Reduzierung der Kosten für die Verwendung von Gebieten für die Basisstation.^[2]

Stationäre landgestützte Plattformen hätten einen einfacheren und kostengünstigeren logistischen Zugang zur Basis. Sie hätten auch den Vorteil, dass sie in großen Höhen sein können, wie z. B. oben in Bergen. In einem alternativen Konzept könnte die Basisstation ein Turm sein, der einen Raumaufzug bildet, der sowohl einen Kompressionsturm nahe der Oberfläche als auch eine Tetherstruktur in höheren Höhen umfasst.^[17] Das Kombinieren einer Kompressionsstruktur mit einer Spannungsstruktur würde Lasten aus der Atmosphäre am Erdende des Tethers verringern und den Abstand in das Schwerkraftfeld der Erde reduzieren, das das Kabel verlängern muss, und somit die kritischen Anforderungen an die Dichte für die Dichte verringern Kabelmaterial, alle anderen Konstruktionsfaktoren sind gleich.

Kabel

Kohlenstoff-Nanoröhren sind einer der Kandidaten für ein Kabelmaterial^[36]

Eine Seefahrerstation würde auch als Tiefwasser dienen Seehafen.

Ein Space Elevator -Kabel müsste sowohl sein eigenes Gewicht als auch das zusätzliche Gewicht der Kletterer tragen. Die erforderliche Festigkeit des Kabels würde sich entlang seiner Länge variieren. Dies liegt daran, dass es an verschiedenen Stellen das Gewicht des Kabels unten tragen oder eine Abwärtskraft liefern müsste, um das Kabel und das obige Gegengewicht zu halten. Die maximale Spannung eines Raumaufzugskabels wäre in der geosynchronen Höhe, sodass das Kabel dort am dicksten und verjüngt sein müsste, wenn es sich der Erde nähert. Jedes potenzielle Kabeldesign kann durch den Verjüngungsfaktor gekennzeichnet sein - das Verhältnis zwischen dem Kabelradius in der geosynchronen Höhe und an der Erdoberfläche.^[50]

Das Kabel müsste aus einem Material mit einem hohen gemacht werden Zugfestigkeit/Dichteverhältnis. Zum Beispiel setzt das Edwards Space Elevator -Design ein Kabelmaterial mit einer Zugfestigkeit von mindestens 100 an Gigapascals.^[2] Da Edwards konsequent die Dichte seines Kohlenstoffnanoröhrchenkabels angenommen hat, beträgt 1300 kg/m³,^[21] Das impliziert eine spezifische Stärke von 77 Megapascal/(kg/m)³). Dieser Wert berücksichtigt das gesamte Gewicht des Weltraumaufzugs. Ein ungezwungenes Raum -Aufzug -Kabel würde ein Material benötigen, das eine Länge von 3.960 Kilometern (3.080 mi) seines eigenen Gewichts aufrechterhalten kann bei Meereshöhe zu erreichen a geostationär Höhe von 35.786 km (22.236 mi) ohne nachzugeben.^[51] Daher ist ein Material mit sehr hoher Festigkeit und Leichtigkeit erforderlich.

Zum Vergleich haben Metalle wie Titan-, Stahl- oder Aluminiumlegierungen Brechenlängen von nur 20–30 km (0,2–0,3 MPa/kg/m)³)). Modern Faser Materialien wie Kevlar, Glasfaser und Kohlenstoff-/Graphitfaser haben Bruchlängen von 1,0–4,0 MPa/kg/m (kg/m)³)). Nanoengineierte Materialien wie z. Kohlenstoff-Nanoröhren und in jüngerer Zeit entdeckt, Graphen Es wird erwartet³)) und können auch elektrische Leistung durchführen.

Für einen Raumaufzug auf der Erde mit seiner vergleichsweise hohen Schwerkraft müsste das Kabelmaterial stärker und leichter sein als derzeit verfügbare Materialien.^[52] Aus diesem Grund hat sich der Schwerpunkt auf der Entwicklung neuer Materialien konzentriert, die dem anspruchsvollen spezifischen Festigkeitsanforderungen entsprechen. Für eine hohe spezifische Stärke hat Kohlenstoff Vorteile, da es nur das 6. Element in der ist Periodensystem. Kohlenstoff hat vergleichsweise nur wenige der Protonen und Neutronen die den größten Teil des Totengewichts eines Materials beitragen. Die meisten der interatomarischen Bindungskräfte von irgendeinem Element werden nur von der beigetragen äußere wenige Elektronen. Bei Kohlenstoff ist die Stärke und Stabilität dieser Bindungen im Vergleich zur Masse des Atoms hoch. Die Herausforderung bei der Verwendung von Kohlenstoffnanoröhren bleibt die Erzeugung eines solchen Materials, die auf der mikroskopischen Skala immer noch perfekt sind (als mikroskopisch Mängel sind am meisten für materielle Schwäche verantwortlich).^[52][53][54] Ab 2014 ermöglichte die Carbon -Nanoröhrchen -Technologie die Wachstum von Röhren bis zu einigen Zehntel Meter.^[55]

Im Jahr 2014, Diamant -Nanothreads wurden zuerst synthetisiert.^[12] Da sie Festigkeitseigenschaften aufweisen, die Kohlenstoffnanoröhren ähnlich sind, wurden auch Diamant -Nanothreads schnell als Kandidatenkabelmaterial angesehen.^[13]

Kletterer

Eine konzeptionelle Zeichnung eines Raumaufzugskletterers, der durch die Wolken aufsteigt.

Ein Raumaufzug kann kein Aufzug im typischen Sinne (mit sich bewegenden Kabeln) sein, da das Kabel in der Mitte erheblich breiter ist als bei den Spitzen. Während verschiedene Konstruktionen, die sich bewegende Kabel verwenden, vorgeschlagen wurden, fordern die meisten Kabelkonstruktionen den "Aufzug", um ein stationäres Kabel hinaufzusteigen.

Kletterer decken eine breite Palette von Designs ab. Bei Aufzugsentwürfen, deren Kabel planare Bänder sind, schlagen die meisten vor, Paare von Walzen zu verwenden, um das Kabel mit Reibung zu halten.

Kletterer müssten mit optimalem Zeitpunkt abschneiden, um die Kabelspannung und Schwingungen zu minimieren und den Durchsatz zu maximieren. Leichtere Kletterer konnten öfter geschickt werden, wobei mehrere gleichzeitig aufstiegen. Dies würde den Durchsatz etwas erhöhen, aber die Masse jeder einzelnen Nutzlast senken.^[56]

Wenn das Auto steigt, nimmt das Kabel aufgrund der Coriolis -Kraft eine leichte Magerung an. Die Oberseite des Kabels fährt schneller als der Boden. Der Kletterer wird horizontal beschleunigt, wenn er durch die Coriolis -Kraft aufsteigt, die durch Winkel des Kabels vermittelt wird. Der gezeigte Lean-Winkel ist übertrieben.

Die horizontale Geschwindigkeit, d. H. Aufgrund der Orbitalrotation, steigt jedes Teils des Kabels mit der Höhe, proportional zum Abstand von der Erdzentrale und erreicht niedrig Orbitalgeschwindigkeit an einem Punkt ungefähr 66 Prozent der Höhe zwischen der Oberfläche und der geostationären Umlaufbahn oder einer Höhe von ca. 23.400 km. Eine zu diesem Zeitpunkt veröffentlichte Nutzlast würde in eine hoch exzentrische elliptische Umlaufbahn gehen und sich kaum vor dem atmosphärischen Wiedereintritt mit dem befinden, mit dem Periapsis in der gleichen Höhe wie Leo und die Apoapsis auf der Freigabehöhe. Mit zunehmender Freisetzungshöhe würde die Umlaufbahn weniger exzentrisch werden, da sowohl die Periapsis als auch die Apoapsis zunehmen und auf geostationärer Ebene kreisförmig werden.^[57][58] Wenn die Nutzlast Geo erreicht hat, ist die horizontale Geschwindigkeit genau die Geschwindigkeit einer kreisförmigen Umlaufbahn auf dieser Ebene, so dass sie, wenn sie freigegeben wird, bis zu diesem Punkt am Kabel nebeneinander bleiben. Die Nutzlast kann auch weiter im Kabel über Geo hinausgehen und es ermöglicht, eine höhere Geschwindigkeit bei Jettison zu erreichen. Wenn die Nutzlast aus 100.000 km freigesetzt wird, hätte sie genügend Geschwindigkeit, um den Asteroidengürtel zu erreichen.^[49]

Da eine Nutzlast einen Raumaufzug erhöht wird, würde sie nicht nur Höhe, sondern auch horizontale Geschwindigkeit (Winkelimpuls) gewinnen. Der Winkelimpuls wird aus der Rotation der Erde entnommen. Wenn der Kletterer aufsteigt, bewegt er sich zunächst langsamer als jeder aufeinanderfolgende Teil des Kabels, an dem er sich befasst. Dies ist das Corioliskraft: Der Kletterer "schleppt" (nach Westen) auf dem Kabel, während er klettert und die Rotationsgeschwindigkeit der Erde leicht verringert. Der entgegengesetzte Verfahren würde für absteigende Nutzlasten auftreten: Das Kabel ist nach Osten geneigt, wodurch die Rotationsgeschwindigkeit der Erde leicht zunimmt.

Der Gesamteffekt der zentrifugalen Kraft, die auf das Kabel wirkt Pendel.^[56] Raumaufzüge und ihre Lasten würden so gestaltet, dass das Massenzentrum immer über dem Grad der geostationären Umlaufbahn liegt^[59] das gesamte System hochhalten. Aufzugs- und Abstiegsvorgänge müssten sorgfältig geplant werden, um die pendelähnliche Bewegung des Gegengewichts um den Tether-Punkt unter Kontrolle zu halten.^[60]

Die Klettergeschwindigkeit würde durch die Coriolis -Kraft, die verfügbare Leistung und die Notwendigkeit, sicherzustellen, dass die Beschleunigungskraft des Kletterers das Kabel nicht bricht, begrenzt. Kletterer müssten auch eine minimale Durchschnittsgeschwindigkeit aufrechterhalten, um das Material wirtschaftlich und schnell auf und ab zu bewegen.^[61] Bei der Geschwindigkeit eines sehr schnellen Autos oder Zuges von 300 km/h (190 km/h) dauert es ungefähr 5 Tage, um in die geosynchrone Umlaufbahn zu klettern.^[62]

Antrieb Kletterer

Sowohl Leistung als auch Energie sind wesentliche Probleme für Kletterer - die Kletterer müssten so schnell wie möglich eine große Menge an potenzieller Energie gewinnen, um das Kabel für die nächste Nutzlast zu löschen.

Es wurden verschiedene Methoden vorgeschlagen, um diese Energie an den Kletterer zu bringen:

• Übertragen Sie die Energie auf den Kletterer durch drahtlose Energieübertragung Während es klettern.
• Übertragen Sie die Energie während des Kletterns durch eine Materialstruktur auf den Kletterer.
• Speichern Sie die Energie im Kletterer, bevor sie beginnt - erfordert eine extrem hohe spezifische Energie wie Kernenergie.
• Solarenergie - Nach den ersten 40 km ist es möglich, Solarenergie zu verwenden, um den Kletterer mit Strom zu versorgen^[63]

Drahtlose Energieübertragung wie z. Laserleistungstrahl wird derzeit als die wahrscheinlichste Methode angesehen, wobei Megawatt-Laser mit freiem Elektronen oder Festkörper in Kombination mit adaptiven Spiegeln ungefähr 10 m (33 ft) und ein Photovoltaik-Array auf dem auf die Laserfrequenz abgestimmten Kletterer für Effizienz und ein Photovoltaik-Array sind.^[2] Für Kletterkonstruktionen, die vom Stromstrahl angetrieben werden, ist diese Effizienz ein wichtiges Designziel. Unbenutzte Energie müsste mit Wärmedissipationssystemen, die zum Gewicht beitragen, neu abgehalten werden.

Yoshio Aoki, Professor für Präzisionsmaschinentechnik bei Nihon University und Direktor der Japan Space Elevator Association schlug vor, ein zweites Kabel und die Leitfähigkeit von Kohlenstoffnanoröhren zur Stromversorgung zu verwenden.^[33]

Gegengewicht

Weltraumaufzug mit Raumstation

Es wurden mehrere Lösungen vorgeschlagen, um als Gegengewicht zu fungieren:

• ein schwerer, gefangener Asteroid;^[16][64]
• a Raumdock, Raumstation oder Raumlager positioniert in der geostationären Umlaufbahn
• Eine weitere Erweiterung des Kabels selbst, so dass das Netto nach oben wie ein gleichwertiges Gegengewicht entspricht.
• Parked verbrauchte Kletterer, mit denen das Kabel während des Bauwesens, anderer Müll und das Material das Kabel erhöhte, um das Gegengewicht zu erhöhen.^[49]

Die Erweiterung des Kabels hat den Vorteil einer Einfachheit der Aufgabe und der Tatsache, dass eine Nutzlast, die bis zum Ende des Gegengewichtskabels ging, im Vergleich zur Erde erhebliche Geschwindigkeit erlangt, sodass es in den interplanetären Raum eingeführt werden kann. Der Nachteil ist die Notwendigkeit, mehr Mengen an Kabelmaterial zu produzieren, anstatt nur alles zu verwenden, was Masse hat.

Anwendungen

Starten in den Deep Space

Ein Objekt, das an einem Raumaufzug mit einem Radius von ca. 53.100 km angebracht ist Fluchtgeschwindigkeit wenn freigelassen. Umlaufbahnen in L1 und L2 übertragen Lagrange -Punkte könnte durch Veröffentlichung bei 50.630 bzw. 51.240 km und über die Übertragung von 50.960 km in die Mondumlaufbahn erreicht werden.^[65]

Am Ende von Pearsons 144.000 km (89.000 mi) Kabel beträgt die tangentiale Geschwindigkeit 10,93 Kilometer pro Sekunde (6,79 mi/s). Das ist mehr als genug für Flucht Das Gravitationsfeld der Erde und sendet Sonden mindestens so weit heraus Jupiter. Einmal bei Jupiter, a Gravitationsassistent Das Manöver könnte es ermöglichen, die Geschwindigkeit der Sonneneinstrahlung zu erreichen.^[47]

Außerirdische Aufzüge

Ein Weltraumaufzug könnte auch auf anderen Planeten, Asteroiden und Monden konstruiert werden.

A Martian Tether könnte viel kürzer sein als eins auf der Erde. Die Oberflächengravitation der Mars beträgt 38 Prozent der Erde, während sie sich in etwa zur gleichen Zeit wie die Erde um seine Achse dreht. Aus diesem Grund marsianer Stationäre Umlaufbahn ist viel näher an der Oberfläche, und daher könnte der Aufzug viel kürzer sein. Aktuelle Materialien sind bereits ausreichend stark, um einen solchen Aufzug zu erstellen.^[66] Der Bau eines Marsaufzugs würde vom Marsmond kompliziert sein Phobos, der sich in einer niedrigen Umlaufbahn befindet und den Äquator regelmäßig überschneidet (zweimal jede Orbitalperiode von 11 h 6 min). Phobos und Deimos können einen geostationären Weltraumaufzug im Wege stehen, sie können jedoch nützliche Ressourcen für das Projekt einbringen. Es wird prognostiziert, dass Phobos hohe Kohlenstoffmengen enthalten. Wenn Kohlenstoffnanoröhren für ein Tethermaterial möglich sind, wird es in der lokalen Region der Mars eine Fülle von Kohlenstoff geben. Dies könnte leicht verfügbare Ressourcen für die zukünftige Kolonialisierung auf dem Mars liefern.

Phobos könnte auch ein gutes Gegengewicht für einen Weltraumaufzug sein. Es ist massiv genug, dass unausgeglichene Kräfte, die durch einen Weltraumaufzug erzeugt werden, die Umlaufbahn des Planeten nicht beeinträchtigen würden. Da sich Phobos jedoch nicht in der geostationären Umlaufbahn befindet, kann der Tether nicht in der Lage sein, sich am Boden zu verankern. Das Ende des Tethers müsste sich in der äußeren Atmosphäre befinden und über den gleichen Ort zweimal am Mars -Tag gehen.^[67]

Die Erde Mond ist ein potenzieller Ort für a Mondraumaufzug, besonders als die Spezifische Stärke Für das Tether ist gering genug, um derzeit verfügbare Materialien zu verwenden. Der Mond dreht sich nicht schnell genug, damit ein Aufzug durch Zentrifugalkraft unterstützt wird (die Nähe der Erde bedeutet, dass es keine wirksame Mondstationskräfte gibt), aber differentielle Schwerkraftkräfte bedeutet, dass ein Aufzug durch konstruiert werden kann Lagrange -Punkte. Ein nahelegerer Aufzug würde sich durch die Erdmonde erstrecken L1 Punkt aus einem Ankerpunkt in der Nähe des Zentrums des sichtbaren Teils des Erdmondes: Die Länge eines solchen Aufzugs muss die maximale L1 -Höhe von 59.548 km überschreiten und wäre erheblich länger, um die Masse des erforderlichen Apex -Gegengewichts zu verringern.^[68] Ein weitseitiger Mondaufzug würde durch den L2 Lagrange-Punkt gehen und müsste länger sein als auf der Nahseite: Auch hier hängt die Tetherlänge von der gewählten Apex-Ankermasse ab, könnte aber auch aus vorhandenen technischen Materialien bestehen.^[68]

Schnell drehende Asteroiden oder Monde könnten Kabel verwenden, um Materialien auf bequeme Punkte wie Erdbahnen auszuwerfen.^[69] oder umgekehrt Materialien auswerfen, um einen Teil der Masse des Asteroiden oder Mondes in die Erdumlaufbahn oder a zu senden Lagrange -Punkt. Freeman Dyson, ein Physiker und Mathematiker, hat vorgeschlagen, kleinere Systeme wie Stromerzeuger an Punkten zu verwenden, die von der Sonne entfernt sind, wo die Sonnenkraft unwirtschaftlich ist.

Ein Weltraumaufzug mit derzeit verfügbaren technischen Material Pluto und Charon oder die Komponenten des binären Asteroiden 90 Antiope, ohne Terminus Trennung, laut Francis Graham von der Kent State University.^[70] Aufgrund der Elliptizität der Umlaufbahnen müssen jedoch spuste variable Kabellängen verwendet werden.

Konstruktion

Der Bau eines Weltraumaufzugs müsste ein gewisses technisches Risiko verringern. Einige Fortschritte in den Bereichen Ingenieurwesen, Fertigung und physische Technologie sind erforderlich.^[2] Sobald ein erster Weltraumaufzug gebaut wurde, würden die zweite und alle anderen die vorherigen nutzen, um den Bau zu unterstützen, was ihre Kosten erheblich niedriger macht. Solche Nachbeobachtungsaufzüge würden auch von der großen Verringerung des technischen Risikos durch den Bau des ersten Weltraumaufzugs profitieren.^[2]

Vor der Arbeit von Edwards im Jahr 2000,^[21] Die meisten Konzepte für den Bau eines Raumaufzugs hatten das Kabel im Weltraum hergestellt. Das wurde als notwendig für ein so großes und langes Objekt und für ein so großes Gegengewicht notwendig. Die Herstellung des Kabels im Raum würde im Prinzip durch Verwendung eines durchgeführt Asteroid oder Naherde-Objekt für Quellmaterial.^[71][72] Diese früheren Konzepte für den Bau erfordern eine große bereits bestehende Raumfahrtinfrastruktur einen Asteroiden in seine benötigte Umlaufbahn um die Erde manövrieren. Sie benötigten auch die Entwicklung von Technologien zur Herstellung im Raum großer Mengen an hohen Materialien.^[73]

Seit 2001 konzentrierten sich die meisten Arbeiten auf einfachere Konstruktionsmethoden, die viel kleinere Rauminfrastrukturen erfordern. Sie konzipieren die Einführung eines langen Kabels auf einer großen Spule, gefolgt von dem Einsatz im Weltraum.^[2][21][73] Die Spule würde zunächst in einer geostationären Umlaufbahn über dem geplanten Ankerpunkt geparkt. Ein langes Kabel würde "nach unten" (in Richtung Erde) fallen gelassen und durch eine Masse ausgeglichen, die "nach oben" (weg von der Erde) fallen gelassen wird, damit das gesamte System auf der geosynchronen Umlaufbahn bleibt. Frühere Konstruktionen stellten sich vor, dass sich die Ausgleichsmasse als ein weiteres Kabel (mit Gegengewicht) nach oben verlängerte und die Hauptspule auf der ursprünglichen Geosynchronen -Umlaufbahn verbleibt. Die meisten aktuellen Designs erhöhen die Spool selbst, wenn das Hauptkabel ausgezahlt wird, ein einfacherer Prozess. Wenn das untere Ende des Kabels lang genug ist, um die Erdoberfläche (am Äquator) zu erreichen, würde es verankert. Sobald es verankert ist, würde der Massenzentrum mehr erhöht (indem sie am oberen Ende Masse hinzufügen oder mehr Kabel auszahlt). Dies würde dem gesamten Kabel mehr Spannung verleihen, was dann als Aufzugskabel verwendet werden könnte.

Ein Plan für den Bau verwendet herkömmliche Raketen, um ein erstes Samenkabel von "Mindestgröße" von nur 19.800 kg zu platzieren.^[2] Dieses erste sehr kleine Band wäre ausreichend, um den ersten 619 kg Kletterer zu unterstützen. Die ersten 207 Kletterer würden mehr Kabel an das Original befestigen, wodurch der Querschnittsbereich erhöht und das anfängliche Band an seinem breitesten Punkt auf etwa 160 mm weit verbreitet wurde. Das Ergebnis wäre ein 750-Tonnen-Kabel mit einer Hubkapazität von 20 Tonnen pro Kletterer.

Sicherheitsprobleme und Bauherausforderungen

Für frühe Systeme würde die Transitzeiten von der Oberfläche bis zum Niveau der geosynchronen Umlaufbahn etwa fünf Tage betragen. Auf diesen frühen Systemen verbrachte die Zeit damit, sich durch die zu bewegen Van Allen -Strahlungsgürtel Würde ausreichen, dass die Passagiere durch Abschirmung vor Strahlung geschützt werden müssen, was dem Kletterer die Masse hinzufügen und die Nutzlast verringern würde.^[74]

Ein Weltraumaufzug würde eine Navigationsgefahr sowohl für Flugzeuge als auch für Raumfahrzeuge darstellen. Flugzeuge könnten durch abgeleitet werden Luftraumüberwachung Beschränkungen. Alle Objekte in stabilen Umlaufbahnen, die haben Perigäum Unterhalb der maximalen Höhe des Kabels, die nicht mit dem Kabel synchron sind, würde sich das Kabel letztendlich auswirken, es sei denn, die Vermeidung von Maßnahmen wird ergriffen. Eine von Edwards vorgeschlagene potenzielle Lösung besteht darin, einen beweglichen Anker (einen Meeresanker) zu verwenden, damit das Tether alle Weltraumtrümmer, die groß genug sind, um zu verfolgen, "ausweichen" können.^[2]

Auswirkungen von Weltraumobjekten wie Meteoroiden, Mikrometeoriten und umlaufenden künstlichen Trümmern stellen eine weitere Konstruktion des Kabels auf. Ein Kabel müsste so gestaltet sein, dass sie aus dem Weg der Trümmer manövriert oder die Auswirkungen kleiner Trümmer ohne Brechen absorbieren.

Wirtschaft

Mit einem Weltraumaufzug können Materialien zu einem Bruchteil der aktuellen Kosten in die Umlaufbahn geschickt werden. Ab dem Jahr 2000 kosten konventionelle Raketenentwürfe etwa 25.000 US -Dollar pro pro Kilogramm (11.000 US -Dollar pro pro Pfund) zur Übertragung in die geostationäre Umlaufbahn.^[75] Aktuelle Space Elevator -Vorschläge stellen die Nutzlastpreise vor, die von nur 220 USD pro Kilogramm beginnen (100 US -Dollar pro pro Kilogramm Pfund),^[76] Ähnlich wie bei den Schätzungen von 5 bis 300 USD/kg der Schätzungen der Startschleife, aber höher als die $ 310/t bis 500 km angegeben^[77] an Dr. Jerry Pournelle für ein Orbital -Luftschiff -System.

Philip Ragan, Mitautor des Buches Den Planeten mit dem Weltraumaufzug verlassenstellt fest, dass "das erste Land, das einen Weltraumaufzug einsetzt, einen Kostenvorteil von 95 Prozent hat und möglicherweise alle Raumaktivitäten kontrollieren kann".^[78]

Internationales Space Elevator Consortium (ISEC)

Das International Space Elevator Consortium (ISEC) ist eine gemeinnützige US-amerikanische Vereinigung 501 (c) (3) Konzern^[79] gebildet, um die Entwicklung, Konstruktion und den Betrieb eines Weltraumaufzugs als "revolutionär und effizienter Weg zum Raum für die gesamte Menschheit" zu fördern.^[80] Es wurde nach der Space Elevator Conference in gebildet Redmond, Washington im Juli 2008 und wurde eine Affiliate -Organisation mit dem National Space Society^[81] im August 2013.^[80] ISEC veranstaltet eine jährliche Space Elevator -Konferenz in der Seattle -Flugmuseum.^[82][83][84]

ISEC -Koordinaten mit den beiden anderen großen Gesellschaften, die sich auf Weltraumaufzüge konzentrieren: der japanische Weltraumaufzugsvereinigung^[85] und Eurospaceward.^[86] ISEC unterstützt Symposien und Präsentationen an der International Academy of Astronautics^[87] und der internationale Kongress der Astronautischen Föderation^[88] jedes Jahr.

Verwandte konzepte

Das herkömmliche aktuelle Konzept eines "Weltraumaufzugs" hat sich von einer statischen Druckstruktur bis zur GEO -Ebene entwickelt, bis zur modernen Grundvorstellung einer statischen Zugstruktur, die am Boden verankert ist und sich weit über das GEO -Niveau erstreckt. In der gegenwärtigen Verwendung durch Praktiker (und in diesem Artikel) bedeutet ein "Weltraumaufzug" den Typ Tsiolkovsky-Artsutanov-Pearson, der vom Internationalen Weltraum-Aufzugskonsortium betrachtet wird. Dieser herkömmliche Typ ist eine statische Struktur, die am Boden festgelegt ist und sich in den Raum erstreckt, sodass die Fracht die Struktur vom Boden bis zu einem Niveau steigen kann Orbit.^[89]

Einige Konzepte im Zusammenhang mit dieser modernen Basislinie werden normalerweise nicht als "Weltraumaufzug" bezeichnet, sind jedoch in irgendeiner Weise ähnlich und werden manchmal von ihren Befürwortern als "Weltraumaufzug" bezeichnet. Zum Beispiel, Hans Moravec veröffentlichte 1977 einen Artikel namens "ein nicht synchrones Orbital Skyhook"Beschreiben eines Konzepts mit einem rotierenden Kabel.^[90] Die Rotationsgeschwindigkeit würde genau mit der Orbitalgeschwindigkeit übereinstimmen, dass die Spitzegeschwindigkeit am niedrigsten Punkt im Vergleich zum "erhöhten" Objekt Null war. Es würde dynamisch hochgepackt und dann hochfliegende Objekte in die Umlaufbahn oder niedrige umlaufende Objekte in eine höhere Umlaufbahn "erhöhen".

Das von Tsiolkovsky vorgestellte ursprüngliche Konzept war eine Kompressionsstruktur, ein Konzept ähnlich einem Luftmast. Während solche Strukturen erreichen könnten Platz (100 km, 62 mi) Es ist unwahrscheinlich, dass sie die geostationäre Umlaufbahn erreichen. Das Konzept eines Tsiolkovsky -Turms in Kombination mit einem klassischen Space Elevator -Kabel (über dem GEO -Niveau) wurde vorgeschlagen.^[17] Andere Ideen verwenden sehr hohe Drucktürme, um die Anforderungen an Trägerfahrzeuge zu verringern.^[91] Das Fahrzeug wird den Turm hinauf "erhöht", was sich von so hoch erstrecken kann wie über der Atmosphäre, und wird von oben auf den Markt gebracht. Ein solcher hoher Turm zum Zugang zu nahezu Raumhöhen von 20 km (12 mi) wurde von verschiedenen Forschern vorgeschlagen.^[91][92][93]

Andere Konzepte für Nicht-Rocket-Spacelaunch im Zusammenhang mit einem Weltraumaufzug (oder Teilen eines Weltraumaufzugs) umfassen eine Orbitalring, ein pneumatischer Weltraumturm,^[94] a Weltraumbrunnen, a Startschleife, a Skyhook, a Raumbindungund ein schwimmender "Raumwaht".^[95]

Anmerkungen

Verweise

Weitere Lektüre

Externe Links

• The Economist: Warten auf den Weltraumaufzug (8. Juni 2006 - Abonnement erforderlich)
• CBC -Radio -Macken und Quarks 3. November 2001 Reiten des Weltraumaufzugs
• Times of London Online: Steigen Sie nach oben ... und der nächste Stock ist der äußere Raum
• Der Weltraumaufzug: 'Gedankenexperiment' oder Schlüssel zum Universum? Archiviert 1. Februar 2020 am Wayback -Maschine. Von Sir Arthur C. Clarke. Ansprache an den XXXTH International Astronautical Congress, München, 20. September 1979.
• Internationales Space Elevator Consortium Website
• Weltraumaufzug Eintrag bei Die Enzyklopädie der Science -Fiction