Lyftaren, sett i denna konstnärs koncept, kommer att kunna transportera så mycket som 13 ton last ut i rymden, drivs av laserstrålar. Se fler bilder på rymdutforskning. Foto med tillstånd av LiftPort Group När rymdfärjan Columbia lyfte den 12 april, 1981, från Kennedy Space Center, Fla., att börja det första rymdfärjan, drömmen om en återanvändbar rymdfarkost förverkligades. Sedan dess, NASA har lanserat mer än 100 uppdrag, men prislappen för rymduppdrag har förändrats lite. Oavsett om det är rymdfärjan eller det icke-återanvändbara ryska rymdfarkosten, kostnaden för en lansering är cirka $ 10, 000 per pund ($ 22, 000 per kg).
Ett nytt rymdtransportsystem som utvecklas kan göra resor till Geostationary Earth Orbit (GEO) till en daglig händelse och förändra den globala ekonomin.
En rymdhiss gjord av en kol nanorör kompositband förankrad till en havsplattform till havs skulle sträcka sig till en liten motvikt cirka 62, 000 miles (100, 000 km) ut i rymden. Mekaniska lyftare fästa vid bandet skulle sedan klättra på bandet, transporterar last och människor ut i rymden, till ett pris av endast cirka $ 100 till $ 400 per pund ($ 220 till $ 880 per kg).
I den här artikeln, vi ska titta på hur tanken på en rymdhiss flyttar ut ur science fiction och in i verkligheten.
Innehåll
En motvikt i slutet av rymdhissen kommer att hålla bandet kol-nanorör spänt. Foto med tillstånd av LiftPort Group För att bättre förstå begreppet rymdhiss, tänk på spelet tetherball där ett rep är fäst i ena änden på en stolpe och i den andra på en boll. I denna analogi, repet är kol nanorör kompositband , polen är jorden och bollen är motvikten. Nu, tänk dig att bollen placeras i evig snurrning runt stolpen, så snabbt att det håller repet spänt. Detta är den allmänna idén med rymdhissen. Motvikten snurrar runt jorden, hålla kabeln rak och låta robotlyftarna åka upp och ner på bandet.
Under den design som föreslagits av LiftPort, rymdhissen skulle vara cirka 62, 000 miles (100, 000 km) hög. LiftPort är ett av flera företag som utvecklar planer för en rymdhiss eller delar av den. Lag från hela världen kommer att tävla om $ 400, 000 förstapris i Space Elevator Games vid X Prize Cup i oktober 2006 i Las Cruces, New Mexico.
Hissens mittpunkt kommer att vara nanorörens kompositband av kol som bara är några centimeter brett och nästan lika tunt som ett papper. Kolnanorör, upptäcktes 1991, är det som får forskare att tro att rymdhissen kan byggas. Enligt Dr Bradley Edwards från Spaceward Foundation, "Tidigare var de materiella utmaningarna för stora. Men nu närmar vi oss framstegen när det gäller att skapa kolnanorör och att bygga maskiner som kan snurra ut de stora materiallängder som behövs för att skapa ett band som sträcker sig upp i rymden" [ref ].
Under några tidiga planer, kvarvarande byggmaterial kommer att användas för att bilda motvikten. Foto med tillstånd av LiftPort Group Kolnanorör har potential att vara 100 gånger starkare än stål och är lika flexibel som plast . Styrkan hos kolnanorör kommer från deras unika struktur, som liknar fotboll. När forskare väl kan göra fibrer av kolnanorör, det kommer att vara möjligt att skapa trådar som kommer att bilda bandet för rymdhissen. Tidigare tillgängliga material var antingen för svaga eller oflexibla för att bilda bandet och skulle lätt ha brutits.
"De har mycket hög elastisk modul och deras draghållfasthet är riktigt hög, och att alla pekar på ett material som, i teorin, bör göra en rymdhiss relativt enkel att bygga, "sa Tom Nugent, forskningsdirektör, LiftPort Group.
Ett band kan byggas på två sätt:
När ett långt band med nanorör skapats, den skulle lindas in i en spole som skulle skjutas ut i en bana. När rymdfarkosten som bär spolen når en viss höjd, kanske Low Earth Orbit, det skulle börja avspola, sänka bandet tillbaka till jorden. På samma gång, spolen skulle fortsätta flytta till en högre höjd. När bandet sänks ner i jordens atmosfär, den skulle fångas och sedan sänkas och förankras till en mobil plattform i havet.
Bandet skulle fungera som spåren för en slags järnväg ut i rymden. Mekaniska lyftare skulle sedan användas för att klättra bandet till rymden.
Hur rymdhissen mäter sigOm byggd, bandet kommer att representera ett modernt världsunder, och kommer att vara den högsta strukturen som någonsin byggts. Tänk på att världens högsta fristående torn 2005 är CN Torn , som stiger 1, 815 fot 5 tum (553,34 meter) över Toronto, Kanada. Rymdhissen skulle vara 180, 720 gånger högre än CN Tower!
62, 000 mil (100, 000 km) lång rymdhiss skulle stiga långt över den genomsnittliga banhöjden för rymdfärjan (115-400 miles/185-643 km). Faktiskt, det skulle motsvara nästan en fjärdedel av avståndet till månen, som kretsar kring jorden vid 237, 674 miles (382, 500 km).
Läs mer
Klättrarna i varje ände av lyften kommer att rulla upp bandet med en hastighet av cirka 200 mph. Foto med tillstånd av LiftPort Group Medan bandet fortfarande är en konceptuell komponent, alla andra delar av rymdhissen kan konstrueras med känd teknik, inklusive robotlyftare , ankarstation och kraftstrålsystem . När bandet är konstruerat, de andra komponenterna är nästan klara för lansering någon gång runt 2018.
Robotlyften kommer att använda bandet för att styra uppstigningen i rymden. Dragrullar på lyften skulle klämma fast på bandet och dra bandet igenom, gör det möjligt för lyften att klättra uppför hissen.
Rymdhissen kommer från en mobil plattform i ekvatoriala Stilla havet, som kommer att förankra bandet till jorden.
Överst på bandet, det kommer att bli en tung motvikt . Tidiga planer för rymdhissen innebar att fånga en asteroid och använda den som en motvikt. Dock, nyare planer som LiftPorts och Institute for Scientific Research (ISR) inkluderar användning av en konstgjord motvikt. Faktiskt, motvikten kan monteras från utrustning som används för att bygga bandet inklusive rymdfarkosten som används för att skjuta upp det.
Lyften kommer att drivas av en frilektronlasersystem som ligger på eller nära ankarstationen. Lasern kommer att stråla 2,4 megawatt energi till fotovoltaiska celler, kanske gjord av Gallium Arsenid (GaAs) fäst vid lyften, som sedan kommer att omvandla den energin till elektricitet som ska användas av konventionella, niob-magnet DC elektriska motorer, enligt ISR.
När den väl är i drift, lyftare kan klättra i rymdhissen nästan varje dag. Lyftarna kommer att variera i storlek från fem ton, i början, till 20 ton. Den 20 ton långa lyften kommer att kunna bära upp till 13 ton nyttolast och ha 900 kubikmeter utrymme. Lyftare skulle transportera last som sträcker sig från satelliter till soldrivna paneler och så småningom människor upp bandet med en hastighet av cirka 118 miles per timme (190 km/timme).
Rymdhissbandet kommer att förankras till en mobil plattform i ekvatoriala Stilla havet. Som en del av ett system för att hjälpa hissen att undvika orbital skräp, mobilplattformen kan flyttas. Foto med tillstånd av LiftPort Group Vid en längd av 62, 000 miles (100, 000 km), rymdhissen kommer att vara sårbar för många faror, inklusive väder, rymdskräp och terrorister. När planerna går vidare för utformningen av rymdhissen, utvecklarna överväger dessa risker och sätt att övervinna dem. Faktiskt, för att se till att det alltid finns en fungerande rymdhiss, utvecklare planerar att bygga flera rymdhissar. Var och en blir billigare än den föregående. Den första rymdhissen kommer att fungera som en plattform för att bygga ytterligare rymdhissar. Genom att göra så, utvecklare ser till att även om en rymdhiss stöter på problem, de andra kan fortsätta lyfta nyttolaster i rymden.
Som rymdstationen eller rymdfärjan, rymdhissen behöver förmågan att undvika banföremål, som skräp och satelliter. Ankarplattformen kommer att användas aktiv undvikande för att skydda rymdhissen från sådana föremål. För närvarande, North American Aerospace Defense Command (NORAD) spårar objekt som är större än 10 cm (3,9 tum). För att skydda rymdhissen krävs ett spårningssystem för orbital skräp som kan detektera föremål som är cirka 1 cm (0,39 tum) stora. Denna teknik är för närvarande under utveckling för andra rymdprojekt.
"Våra planer är att förankra bandet till en mobil plattform i havet, "sa Tom Nugent, av LiftPort. "Du kan faktiskt flytta ditt ankare för att dra bandet ur satelliternas väg."
Rymdhissens isolerade läge kommer att vara den största faktorn för att minska risken för terrorattacker. Till exempel, det första ankaret kommer att placeras i ekvatorialstilla havet, 650 km från alla luft- eller skeppsbanor, enligt LiftPort. Endast en liten del av rymdhissen kommer att vara inom räckhåll för eventuella attacker, vilket är 15 km eller mindre. Ytterligare, rymdhissen kommer att vara en värdefull global resurs och kommer sannolikt att skyddas av USA och andra utländska militära styrkor.
Ett konstnärs koncept av solsikten. Foto med tillstånd av LiftPort Group Den potentiella globala effekten av rymdhissen gör jämförelser med en annan stor transportprestation - USA:s transkontinentala järnväg. Slutfördes 1869 vid Promontory, Utah, den transkontinentala järnvägen länkade landets öst- och västkust för första gången och skyndade på bosättningen av den amerikanska västern. Längdresor minskade från månader till dagar. Det öppnade också nya marknader och gav upphov till helt nya industrier. År 1893, USA hade fem transkontinentala järnvägar.
Idén om en rymdhiss delar många av samma element som den transkontinentala järnvägen. En rymdhiss skulle skapa en permanent jord-till-rymd-anslutning som aldrig skulle stängas. Även om det inte skulle göra resan till rymden snabbare, det skulle göra resor till rymden mer frekventa och skulle öppna utrymme för en ny era av utveckling. Den kanske största faktorn som driver idén om en rymdhiss är att det skulle avsevärt sänka kostnaden för att sätta last i rymden. Även om det är långsammare än den kemiskt drivna rymdfärjan, lyftarna sänker lanseringskostnaderna från $ 10, 000 till $ 20, 000 per pund, till cirka $ 400 per pund.
Nuvarande uppskattningar sätter kostnaden för att bygga en rymdhiss på 6 miljarder dollar med juridiska och regulatoriska kostnader till 4 miljarder dollar, enligt Bradley Edwards, författare till "The Space Elevator, NIAC Phase II Final Report. "(Edwards är också Dr. Bradley Carl Edwards, President och grundare av Carbon Designs.) Som jämförelse, kostnaden för rymdfärjeprogrammet förutspåddes 1971 till 5,2 miljarder dollar, men det kostade 19,5 miljarder dollar. Dessutom, varje rymdfärjeflyg kostar 500 miljoner dollar, vilket är mer än 50 gånger mer än ursprungliga uppskattningar.
Rymdhissen kan ersätta rymdfärjan som det främsta rymdfarkosten, och användas för satellitutplacering, försvar, turism och vidare utforskning. Till den senare punkten, en rymdfarkost skulle klättra upp i hissens band och sedan skjuta mot sitt huvudmål en gång i rymden. Denna typ av uppskjutning skulle kräva mindre bränsle än normalt skulle behövas för att bryta ut ur jordens atmosfär. Vissa designers tror också att rymdhissar kan byggas på andra planeter, inklusive Mars.
NASA finansierade Dr. Edwards forskning i tre år. Under 2005, dock, det tilldelade bara 28 miljoner dollar till företag som undersöker rymdhissen. Även om det fortfarande är mycket intresserat av projektet, för närvarande skulle det föredra att luta sig tillbaka och vänta på mer konkret utveckling.
För mycket mer information om rymdhissar och relaterade ämnen, kolla in länkarna på nästa sida.
Testar teknikenI februari 2006, LiftPort-gruppen tillkännagav att man framgångsrikt lanserade en plattform med ballonger på hög höjd. Dessa ballonger höll plattformen en mil i luften i sex timmar.
LiftPort planerar att marknadsföra plattformen, som heter HALE (High Altitude Long Endurance), som en station för övervakningskameror och mobiltelefon- och radioöverföringar. [ref].
Läs mer
Källor
