نصائح

كيف يمكن للمصعد الفضاء العمل

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 المصعد الفضائي لأول مرة في عام 1895. اقترح تسيولكوفسكي بناء برج من السطح إلى المدار الثابت بالنسبة للأرض ، مما يجعله مبنى طويل القامة بشكل لا يصدق. كانت المشكلة في فكرته هي أن الهيكل سوف يسحق بكل وزن فوقه. 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). سوف تسحب الجاذبية نحو الأسفل على الكبل ، في حين أن قوة الطرد المركزي من ثقل الموازنة المداري سوف تسحب لأعلى. من شأن القوى المعارضة أن تقلل من الضغط على المصعد ، مقارنةً ببناء برج إلى الفضاء.

بينما يستخدم المصعد العادي كبلات متحركة لسحب منصة لأعلى ولأسفل ، فإن مصعد الفضاء يعتمد على أجهزة تسمى الزواحف أو متسلقي الجبال 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.

أجزاء من مصعد الفضاء

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 في أقصى حدوده في الموقع المداري ، فسيكون السُمك هناك أكثر سماكة ، 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.

التحديات التي يتعين التغلب عليها

أكبر عقبة أمام بناء مصعد الفضاء هي عدم وجود مادة ذات قوة شد عالية ومرونة وكثافة منخفضة كافية لبناء الكابل أو الشريط. حتى الآن ، فإن أقوى المواد المستخدمة في الكبل هي الأنابيب النانوية الماسية (التي تم تصنيعها لأول مرة في عام 2014) أو الأنابيب النانوية الكربونية. لم يتم تصنيع هذه المواد حتى تصل إلى الطول الكافي أو قوة الشد إلى نسبة الكثافة. لا يمكن للروابط الكيميائية التساهمية التي تربط ذرات الكربون في الأنابيب النانوية الكربونية أو الماسية أن تصمد أمام 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 لتمتد من الأرض إلى المدار الثابت بالنسبة للأرض ، فإنها لن تكون قادرة على تحمل ضغط إضافي من البيئة ، والاهتزازات ، و المتسلقين.

الاهتزازات والتذبذب هي دراسة جادة. سيكون الكابل عرضة للضغط من الرياح الشمسية ، التوافقيات (مثل سلسلة الكمان طويلة حقا) ، ضربات البرق ، وتمايل 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 الميكروميتوريت ، وتأثيرات أحزمة إشعاع Van Allen (مشكلة لكل من المواد والكائنات الحية).

إن حجم التحديات المقترنة بتطوير صواريخ قابلة لإعادة الاستخدام ، كتلك التي طورتها شركة SpaceX ، قللت الاهتمام بمصاعد الفضاء ، لكن هذا لا يعني أن فكرة المصعد قد ماتت.

مصاعد الفضاء ليست فقط للأرض

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 يدور بنفس المعدل تقريبًا ، لذلك سيكون مصعد الفضاء المريخي أقصر بكثير من المصعد الموجود على الأرض. سيتعين على المصعد الموجود على سطح المريخ أن يعالج مدار القمر المنخفض فوبوس الذي يتقاطع مع خط الاستواء المريخ بانتظام. تعقيد المصعد القمري ، من ناحية أخرى ، هو أن القمر لا يدور بسرعة كافية لتوفير نقطة مدار ثابتة. ومع ذلك ، يمكن استخدام نقاط Lagrangian بدلاً 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 نقل مستمر خارج بئر الجاذبية الأرضية ، في حين يمكن استخدام المصعد القمري لإرسال المواد من القمر إلى موقع تصل إليه الأرض بسهولة.

متى سيتم بناء مصعد الفضاء؟

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

اقتراحات للقراءة

  • Landis، Geoffrey A. & 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 تسيولكوفسكي".مجلة الجمعية البريطانية للكواكب52: 175-180. 
  • كوهين ، ستيفن إس. Misra، Arun K. (2009). "تأثير عبور المتسلق على ديناميكيات مصعد الفضاء".اكتا رائد الفضاء64 (5-6): 538-553. 
  • Fitzgerald، M.، Swan، P.، Penny، R. Swan، C. Space Elevator Architectures and Roadmaps، Lulu.com Publishers 2015