Úvodní stránka | Tato stránka v originále

Výtah prostoru

výtah prostoru je výtah to spojí planetu' s povrch se prostorem. To je také nazýváno geosynchronous okružním řetězem nebo beanstalk (v odkazu na bajku Jack a Beanstalk). Je to paleta skyhook.

Tabulka s obsahem
1 historie
2 mimozemské výtahy
3 pustit se do kosmu
4 klíčové technologie
5 materiálů
6 režimů poruchy
7 jiných řetězových systémů
8 analogií s historií
9 kulturních zobrazení
10 externích spojení
11 knih

Historie

Představa o výtahu prostoru nejprve objevila se v 1895 když Ruský vědec jmenoval Konstantin Tsiolkovsky byl inspirován Eiffel věží v Paříži zvažovat věž, která dosáhla celé cesty do prázdna. On představoval si, jak umístí “nebeský hrad” na konci hřídele-formoval kabel, s “hradem” obíhat Zemi v geosynchronous orbita (tj. hrad by zůstal přes stejný bod na zemském povrchu). Věž by byla postavená od základu k výšce 35,800 kilometrů (geostationary orbita). Komentáře od Nikola Tesla jsou podnětné že on může také otěhotněli takový věž. Jeho poznámky byly poslány za Železnou oponou po jeho smrti.

Tsiolkovsky věž byla by schopný vypustit objekty do orbity bez rakety. Protože výtah by získal orbitální rychlost, zatímco to vylezlo kabel, objekt vydaný na věžovém vrcholu by také měl oběžnou rychlost nutnou zůstat na geosynchronous oběžné dráze.

Stavba od základu, nicméně, se ukázal jako nemožný úkol; tam byl žádný materiál v existenci kdekoli se dost namáháním v tlaku nést jeho vlastní hmotnost pod takovými podmínkami. To bralo until 1957 pro dalšího ruského vědce, Yuri N. Artsutanov, si představit proveditelnější schéma pro stavbu věž prostoru. Artsutanov navrhl používat geosynchronous satelit jako základ od kterého stavět věž. Tím, že používá protiváhu, kabel byl by snížený od geosynchronous orbity k povrchu země, zatímco protiváha byla vyčníval ze satelitu pryč od země, držet centrum množství kabelu nehybný příbuzný k zemi. Artsutanov vydával jeho nápad v příloze sunday Komsomolskaya Pravda (mladý komunista Pravda) v 1960.

Dělat kabel přes 35,000 kilometrů dlouho je složitý úkol. V 1966, čtyři Američtí inženýři rozhodli se určovat co druh materiálu by byl požadovaný stavět věž prostoru, předpokládat, že to bylo by rovný kabel s žádnými změnami v jeho průřezu. Oni shledali, že požadovaná síla by byla dvakrát to nějakého existujícího materiálu včetně tuhy, křemenu a diamantu.

V 1975 další americký vědec, Jerome Pearson, navrhl zúžený průřez, který byl by lépe vhodný ke stavbě věž. Vyplněný kabel byl by nejtlustší u jeho centra hmoty, kde napětí bylo největší, a by se zužoval k jeho nejtenčí u tipů redukovat množství váhy že střed by musel rodit. On navrhl používat protiváhu, která byla by pomalu prodloužená ven k 144,000 kilometrům (téměř napůl vzdálenost do Měsíce) jak nižší část věže byla stavěna. Bez velké protiváhy, horní část věže by musela být delší než nižší náležitý k cestě gravitační a odstředivé síly se mění se vzdáleností ze země. Jeho analýza zahrnovala poruchy takový jako gravitace měsíce, vítr a dojemná užitečná zatížení nahoru a dolů kabel. Váha materiálu potřebovala se budovat věž by měla požadované tisíce Raketoplánových výletů, ačkoli část materiálu mohla být transportována zvýšit věž když minimální silový prvek dosáhl země nebo být vyráběn ve vesmíru od asteroidal nebo měsíční rudy.

Arthur C. Clarke představil představu o výtahu prostoru k širším obecenstvu v jeho 1978 román, Fontány Paradisea, ve kterém inženýři budují výtah prostoru nahoře vrcholu hory v rovníkovém ostrově Taprobane (blízko založený na Sri Lanka).

David Smitherman NASA/ Marshallovy pokročilé projekty Office má zkompilované plány pro takový výtah, který mohl otočit vědecko-fantastickou literaturu do reality. Jeho publikace, “výtahy prostoru: Pokročilá země-infrastruktura prostoru pro nové tisíciletí” [1], je založený na nálezech od prostorové infrastrukturní konference držené u Marshalla centrum kosmického letu v 1999.

Další americký vědec, Bradley Edwards, navrhne vytvořit 100,000 km dlouho paperthin pásku, který by vydržel větší naději na přežívající dopady meteory. Práce Edwardsa expandovala ke krytu: scénář rozmístění, design horolezce, systém dodávky elektřiny, okružní pozůstatky avoidance, systém kotvy, přežívající atomový kyslík, vyhýbat se blesku a hurikánům tím, že umístí kotvu ve westernu rovníkový mírumilovný, stavební náklady, plán stavby a environmentální rizika. Plány současně jsou předstíral, že dokončí technické rozvoje, materiální vývoj a začít konstrukci prvního výtahu. Finance doposud byla přes grant od NASA ústavu pro pokročilá pojetí. Finance budoucnosti je hledána přes NASA, DoD, soukromé a veřejné zdroje.

Mimozemské výtahy

Výtah prostoru mohl také být postaven na jiných planetách, asteroidech a měsících.

Martian řetěz mohl být hodně kratší než jeden na Zemi. Mars je vážnost je 30 % (přibližně 1/3) země je, zatímco to točí kolem jeho osy v o stejném čase jako země. Protože toto, Martian geostationary orbita je hodně blíže k povrchu a výtah byl by hodně kratší.

Měsíční výtah by nebyl tak šťastný. Protože Moonova rotace zachová stejný obličej k Zemi, centrum vážnosti výtahu by potřebovalo být u L1 nebo L2 Lagrangian ukazuje, který jsou zvláštní pevné body, které existují o nějakých dvou obíhajících tělech kde gravitační a vířivé síly jsou vyrovnány. Kabel by ukazoval jeden k zemi pro L1 bod nebo tvář pryč od země pro L2 poukáže. Nicméně, náležitý k nižší vážnosti měsíce, úplné množství měsíčního kabelu mohlo být dramaticky méně než množství země-založený výtah, protože méně materiál byl by potřebovaný aby poskytoval nutnou pevnost v tahu živit se proti měsíční vážnosti. Bez protiváhy ' L1 ' - kabel by musel být 291,901 kilometrů dlouho a ' L2 ' - kabel by musel být 525,724 kilometrů dlouho. Zvažovat, že vzdálenost mezi Zemí a měsícem je 351,000 kilometrů, to je dlouhý kabel. Mnohem kratší kabely, snad ne více než dvakrát délka ~ 60,000 km vzdálenost do L1 nebo L2 body Země-Moon systém by stačil jestliže velká protiváha lunární-odvozené materiály byly umístěny na konci kabelu.

Rychle se točit asteroidy nebo měsíce mohli používat kabely, aby vyhodil materiály aby přesunul materiály na příhodné body, takový jak orbity země; nebo naopak, vyhnat materiály aby poslal velikost množství asteroidu nebo měsíc k orbitě země nebo Lagrange bodu. Toto bylo navrhnuto Russell Johnston v 80-tých letech. Freeman Dyson navrhl používat takové menší systémy jako elektrické generátory u bodů vzdálených od slunce kde sluneční síla je neefektivní.

Vypuštění do kosmu

My můžeme určovat oběžné rychlosti, které by mohly být dosáhnuty na konci Pearsona má 144,000 km věže (nebo kabel). U konce věže, odbočující rychlost je 10.93 kilometry za sekundu který je více než dost k útěku země je gravitační pole a poslat sondy jak daleko vnější jako Saturn. Jestliže objekt měl dovoleno klesat volně podél vrchní části věže rychlost vysoce dost k útěku sluneční soustava úplně by byla dosáhnutá. Pro vyšší rychlosti, náklad může být electromagnetically se zrychloval nebo kabel mohl být rozšířen, ačkoli to by mohlo vyžadovat protiváhy pod geosynchronus orbitou aby udržoval strukturové centrum vážnosti u geosynchronus orbity, a by vyžadoval další sílu v kabelu.

Klíčové technologie

NASA poznal “pět klíčových technologií pro budoucí prostorový výtahový vývoj”:

  1. Materiál pro kabel (eg. nanotube uhlíku a nanotechnology) a věž
  2. Řetěz rozmístění a kontrola
  3. Vysoká věž stavba
  4. Elektromagnetický pohon (eg. maglev)
  5. Infrastruktura prostoru a vývoj průmyslu prostoru a ekonomiky

Materiály

Carbon nanotubes překonaly všechny jiné materiály a vypadat, že má teoretickou sílu daleko nad požadovaným rozsahem pro prostorové výtahové struktury ale technologii vyrobit velké kvantity a vytvořit je do kabelu přesto nebyl rozvinutý.

S výtahy prostoru jako toto, lidé mohou poslat materiály do orbity u zlomku aktuální ceny (od kolem $30000 dnes k $3 na kg, faktor 104!); okrajová cena výletu by se sestávala pouze požadované elektřiny zvednout užitečné zatížení výtahu, někteří který mohl být obnoven použitím sestupných výtahů vyrábět elektřinu jak oni brzdí, nebo vytvořený brzděním mas jak oni cestují vnější od geosynchronous orbity (návrh čestným občanem Dyson v soukromé komunikaci k Russellovi Johnstonovi v 80-tých letech.) toto znamená, že nemocnice, zařízení dolování, mezinárodní obchod a cestování mohli všichni jsou děláni ve vesmíru s pomocí těchto výtahů prostoru.

Režimy poruchy

Jak s nějakou strukturou tam být množství cest ve kterých věcech mohlo zkazit se. Výtah prostoru by představoval značné navigační riziko, oba k letadlu a kosmické lodi. Letadlo mohlo být řešeno prostředky k jednoduchému vzduchu-omezení řízení dopravy ale kosmická loď jsou více těžký problém. Přes dlouhé časové období všechny satelity se přízemími pod geostationary výškou by nakonec se srazily s výtahem prostoru, zatímco jejich orbity precess kolem Země. Většina aktivních družic je schopné nějaké míry okružních maneuvering a mohl se vyhnout těmto kolizím ale neaktivním satelitům a jiné pozůstatky obíhání by potřebovaly být jeden preemptively odstraněný od orbity “sběrači odpadků” nebo odkázaná potřeba být blízko sledovala to a nudged kdykoli jejich orbita approches výtah. Požadované popudy by byly malé, a potřeba být aplikován jediný velmi občas; laserový systém může být dostatečný k této úloze.

Meteoroids působí více těžký problém od té doby, co oni by nebyli předvídatelní a hodně méně času by bylo dostupné odhalovat a sledovat je přibližující se země. To je pravděpodobné, že výtah prostoru by ještě vydržel dopady nějakého druhu, bez ohledu na to jak opatrně to je obezřetné. Nicméně, nejvíce prostorové výtahové designy volají po použití rozmanitých paralelních kabelů oddělených od sebe navzájem podpěrami, s dostatečnou mírou bezpečnosti to oddělovat spravedlivý nebo dva prvky ještě dovolí přežívající prvky k držení výtah má celou hmotnost, zatímco opravy jsou vykonávány. Jestliže prvky jsou vhodně dohodnuté, žádný jediný dopad by byl schopný oddělit dost je přemoci přežívající prvky.

Další potenciální riziko strukturální poruchy přijde z možnosti vibrational harmonics uvnitř kabelu. Jako kratší a známější řetězy nástrojů stringed, kabel výtahu prostoru má předurčeného člověka resonance frekvence. Jestliže kabel je vzrušený touto frekvencí, například cestováním výtahů nahoru a dolů to, vibrational energie mohla se připravovat na nebezpečné úrovně a překonávat kabelovou pevnost v tahu. Toto může být odmítáno použitím inteligentních tlumicích systémů uvnitř kabelu, a tím, že naplánuje cestování nahoru a dolů kabel držet jeho rezonační kmitočet v mysli.

V události poruchy

Jestliže přes všechna tyto opatření výtah je oddělen stejně, výsledný scénář závisí na kde přesně zlom nastal. Jestliže výtah je řez u jeho bodu kotvy na Zemi je povrch, vnější síla vyvinutá protiváhou by způsobila celý výtah ke svahu nahoru do stabilní dráhy. Toto je, protože výtah prostoru musí být držen v tahu, s větší dostředivou sílou táhnout vnější než obtahování gravitační síly inward, nebo nějaké další užitečné zatížení přidané u výtahového spodního konce by táhnulo celou strukturu dole.

Konečná výška odděleného dolního konce kabelu by závisela na podrobnostech hmoty výtahu distribuce. Teoreticky, otevřený konec by mohl být zajistil a upevnil dole znovu. Toto by bylo extrémně ošidná operace, nicméně, vyžadovat opatrnou úpravu kabelového centra hmoty připomenout kabel až do povrchu znovu u jen pravé umístění. To může dokázat být snadnější vytvořit nový systém v takový situace.

Jestliže zlom nastal v nějaké výšce nahoru k asi 25 000 km, nižší část výtahu by se snížila k zemi a uvelebila se podél rovníku, zatímco nyní narušená horní porce by se zvedla k vyšší orbitě. Někteří autoři navrhli, že takový porucha byla by katastrofická, s tisíci kilometrů padajícího kabelu vytvářet swath meteorické ničení podél země je povrch, ale taková škoda není pravděpodobná zvažovat relativně nízkou hustotu kabel jako celek by měl. Riziko může být dále redukované tím, že odjistí nějaký druh destruct mechanismu v padajícím kabelu, rozbít to na menší kusy.

Nějaké lusky výtahu na padající sekci by také reenter zemskou atmosféru, ale to je pravděpodobné, že lusky výtahu chtějí už byli navrhnuti odolat takový událost jako mimořádné opatření rozhodně. To je téměř nevyhnutelné, že některé objekty - lusky výtahu, konstrukční prvky, opravit posádky, etc. - chtít náhodně odpadnout z výtahu na nějakém místě. Jejich následující osud by závisel na jejich počáteční výšce. Kromě u geosynchronous altitutde, objekt na výtahu prostoru není ve stabilní dráze a tak jeho trajektorie nebude zůstat souběžná s tím. Vůle objektu místo toho zadat elipsovitou orbitu, charakteristiky kterého závisí na kde objekt byl na výtahu, když to bylo propuštěno.

Jestliže počáteční výška objektu odpadávat výtahu je méně než 23 000 km, jeho orbita bude mít apogee ve výšce kde to bylo propuštěno z výtahu a přízemí uvnitř zemské atmosféry - to bude protínat atmosféru uvnitř nemnoho hodin nebo vyrovnat minuty, a ne dokončit celou orbitu. Nad touto kritickou výškou, přízemí je nad atmosférou a objekt bude schopný dokončit plnou orbitu k návratu k výšce to vyjelo z. Pak výtah byl by někde jinde, ale kosmická loď mohla být odeslána získat objekt nebo jinak odstranit to. Snížit výšku u kterého objekt odpadává, větší výstřednost jeho orbity.

Jestliže objekt odpadává v geostationary výšce sám, to zůstane téměř nehybným příbuzným k výtahu právě jak v konvenčním okružním letu. U vyšších výšek objekt by znovu vinul se nahoru na elipsovité oběžné dráze, tentokrát s přízemím ve výšce objekt byl propuštěn od a apogee někde vyšší než to. Výstřednost orbity by se zvětšila s výškou od kterého objekt je propuštěn.

Nahoře 47 000 km, nicméně, objekt to odpadává výtahu by měl rychlost větší než místní kosmická rychlost země. Objekt by šel ven do vesmírného prostoru, a jestliže tam byli nějací přítomní lidé na desce to může ukázat se nemožné zachránit je.

Všichni tyto výšky jsou dávány pro zemi-založil výtah prostoru, prostorová výtahová porce různá planeta nebo měsíc by měli různé kritické výšky kde každý těchto scénářů by nastal.

Jiné systémy řetězu

Další druh výtahu prostoru, který se nespoléhá na materiály s vysokou pevností v tahu pro podporu je vodotrysk prostoru, věž podpírala tím, že se ovlivňuje s vysoce-rychlost proud magnetických částeček se zrychloval nahoru a dolů přes to masovými řidiči. Od prostoru vodotrysk není na oběžné dráze, unlike výtah prostoru, to může být nějaké výšky a se umístil u nějakého lattitude. Také unlike výtahy prostoru, vodotrysky prostoru vyžadují nepřetržitou zásobu síly zůstat nahoře.

Stále menší-se vyšplhat na pohon řetězu je možný pohon metoda na kosmickou loď na planetární oběžné dráze.

Analogie s historií

Arthur C. Clarke porovnal prostorový výtahový projekt ke Cyrusi Fieldovi' s úsilí stavět první transatlantický telegrafní kabel, “projekt Apolla v jeho věku”[1].

Kulturní zobrazení

(Poznámka: Některá zobrazení byla dělána dříve, než prostorové výtahové pojetí stalo se známé.)

Externí odkazy

Knihy