Hoe een ruimtelift zou werken

Een ruimtelift is een voorgesteld transportsysteem dat het aardoppervlak met de ruimte verbindt. De lift zou voertuigen toelaten om in een baan of ruimte te reizen zonder het gebruik van raketten. Hoewel liftreizen niet sneller zouden zijn dan raketreizen, zou het veel goedkoper zijn en zou het continu kunnen worden gebruikt om vracht en mogelijk passagiers te vervoeren.

Konstantin Tsiolkovsky beschreef voor het eerst een ruimtelift in 1895. Tsiolkovksy stelde voor om een ​​toren te bouwen vanaf de oppervlakte tot een geostationaire baan, in wezen een ongelooflijk hoog gebouw. Het probleem met zijn idee was dat de structuur zou worden verpletterd door al het gewicht erboven. Moderne concepten van ruimteliften zijn gebaseerd op een ander principe - spanning. De lift zou worden gebouwd met behulp van een kabel die aan het ene uiteinde aan het aardoppervlak is bevestigd en aan het andere uiteinde aan een enorm contragewicht, boven de geostationaire baan (35.786 km). De zwaartekracht zou de kabel naar beneden trekken, terwijl de middelpuntvliedende kracht vanuit het ronddraaiende tegengewicht naar boven zou trekken. De tegengestelde krachten zouden de stress op de lift verminderen, vergeleken met het bouwen van een toren naar de ruimte.

Terwijl een normale lift bewegende kabels gebruikt om een ​​platform op en neer te trekken, zou de ruimtelift vertrouwen op apparaten die kruipers, klimmers of lifters worden genoemd die langs een stationaire kabel of lint reizen. Met andere woorden, de lift zou over de kabel bewegen. Meerdere klimmers zouden in beide richtingen moeten reizen om trillingen van de Coriolis-kracht die op hun beweging inwerkt te compenseren.

Delen van een ruimtelift

De opstelling voor de lift zou er ongeveer zo uitzien: een enorm station, gevangen asteroïde of een groep klimmers zou hoger geplaatst worden dan een geostationaire baan. Omdat de spanning op de kabel maximaal zou zijn op de orbitale positie, zou de kabel daar het dikst zijn, taps toelopend naar het aardoppervlak. Hoogstwaarschijnlijk zou de kabel vanuit de ruimte worden ingezet of in meerdere secties worden geconstrueerd en naar de aarde gaan. Klimmers zouden op en neer door de kabel op rollen bewegen, op hun plaats gehouden door wrijving. Stroom kan worden geleverd door bestaande technologie, zoals draadloze energieoverdracht, zonne-energie en / of opgeslagen kernenergie. Het verbindingspunt aan de oppervlakte zou een mobiel platform in de oceaan kunnen zijn, dat veiligheid biedt voor de lift en flexibiliteit om obstakels te vermijden.

Reizen met een ruimtelift zou niet snel zijn! De reistijd van het ene einde naar het andere zou enkele dagen tot een maand zijn. Om de afstand in perspectief te plaatsen, als de klimmer met 300 km / uur (190 mph) zou bewegen, zou het vijf dagen duren om de geosynchrone baan te bereiken. Omdat klimmers in samenwerking met anderen aan de kabel moeten werken om het stabiel te maken, zou de vooruitgang waarschijnlijk veel langzamer zijn.

Nog te overwinnen uitdagingen

Het grootste obstakel voor de constructie van ruimteliften is het ontbreken van een materiaal met voldoende treksterkte en elasticiteit en voldoende dichtheid om de kabel of het lint te bouwen. Tot dusverre zouden diamanten nanothreads (voor het eerst gesynthetiseerd in 2014) of koolstofnanobuizen de sterkste materialen voor de kabel zijn. Deze materialen moeten nog worden gesynthetiseerd tot voldoende lengte of treksterkte / dichtheidsverhouding. De covalente chemische bindingen die koolstofatomen in koolstof- of diamantnanobuisjes verbinden, kunnen alleen zoveel stress weerstaan ​​voordat ze uit elkaar worden geritst of uit elkaar worden gerukt. Wetenschappers berekenen de spanning die de bindingen kunnen ondersteunen, en bevestigen dat hoewel het misschien mogelijk is om ooit een lint te bouwen dat lang genoeg is om zich van de aarde naar een geostationaire baan te strekken, het niet in staat zou zijn om extra stress van de omgeving, trillingen en klimmers.

Trillingen en wiebelen zijn een serieuze overweging. De kabel zou gevoelig zijn voor druk van de zonnewind, harmonischen (d.w.z., zoals een echt lange vioolsnaar), blikseminslagen en wiebelen van de Coriolis-kracht. Een oplossing zou zijn om de bewegingen van rupsen te beheersen om enkele van de effecten te compenseren.

Een ander probleem is dat de ruimte tussen geostationaire baan en het aardoppervlak bezaaid is met ruimteafval en puin. Oplossingen omvatten het opruimen van ruimte nabij de aarde of het orbitaal contragewicht in staat stellen om obstakels te ontwijken.

Andere problemen zijn corrosie, micrometeorietinslagen en de effecten van de Van Allen-stralingsbanden (een probleem voor zowel materialen als organismen).

De omvang van de uitdagingen in combinatie met de ontwikkeling van herbruikbare raketten, zoals die ontwikkeld door SpaceX, hebben de belangstelling voor ruimteliften verminderd, maar dat betekent niet dat het liftidee dood is.

Ruimteliften zijn niet alleen voor de aarde

Een geschikt materiaal voor een op aarde gebaseerde ruimtelift moet nog worden ontwikkeld, maar bestaande materialen zijn sterk genoeg om een ​​ruimtelift op de maan, andere manen, Mars of asteroïden te ondersteunen. Mars heeft ongeveer een derde van de zwaartekracht van de aarde, maar roteert met ongeveer dezelfde snelheid, dus een ruimtelift op Mars zou veel korter zijn dan een lift op aarde. Een lift op Mars zou de lage baan van de maan Phobos moeten aanpakken, die de evenaar op Mars regelmatig kruist. De complicatie voor een maanlift daarentegen is dat de maan niet snel genoeg roteert om een ​​stationair baanpunt te bieden. De Lagrangiaanse punten kunnen echter in plaats daarvan worden gebruikt. Hoewel een maanlift 50.000 km lang zou zijn aan de nabije kant van de maan en zelfs langer aan de andere kant, maakt de lagere zwaartekracht constructie mogelijk. Een Mars-lift kan doorlopend transport buiten de zwaartekrachtput van de planeet verzorgen, terwijl een maanlift kan worden gebruikt om materialen van de maan naar een locatie te sturen die gemakkelijk bereikbaar is via de aarde.

Wanneer zal een ruimtelift worden gebouwd?

Tal van bedrijven hebben plannen voor ruimteliften voorgesteld. Haalbaarheidsstudies geven aan dat een lift pas wordt gebouwd als (a) een materiaal wordt ontdekt dat de spanning voor een aardlift kan ondersteunen of (b) er een lift op de maan of op Mars nodig is. Hoewel het waarschijnlijk is dat aan de voorwaarden zal worden voldaan in de 21e eeuw, kan het toevoegen van een ruimtelift aan je bucketlist voorbarig zijn.

Aanbevolen literatuur

• Landis, Geoffrey A. & Cafarelli, Craig (1999). Gepresenteerd als papier IAF-95-V.4.07, 46e International Astronautics Federation Congress, Oslo Noorwegen, 2-6 oktober 1995. "The Tsiolkovski Tower Reexamined". Journal of the British Interplanetary Society. 52: 175-180. 
• Cohen, Stephen S .; Misra, Arun K. (2009). "Het effect van klimmerdoorvoer op de dynamiek van de ruimtelift". Acta Astronautica. 64 (5-6): 538-553. 
• Fitzgerald, M., Swan, P., Penny, R. Swan, C. Space Elevator Architectures and Roadmaps, Lulu.com Publishers 2015