science >> Wetenschap >  >> Astronomie

Hoe ruimteliften zullen werken

de lifter, gezien in het concept van deze kunstenaar, zal tot 13 ton vracht de ruimte in kunnen vervoeren, voortgestuwd door laserstralen. Bekijk meer foto's van ruimteverkenning. Foto met dank aan LiftPort Group

Toen de Space Shuttle Columbia op 12 april opstak, 1981, van Kennedy Space Center, Fla., om de eerste ruimteveermissie te beginnen, de droom van een herbruikbaar ruimtevaartuig werd gerealiseerd. Vanaf dat moment, NASA heeft meer dan 100 missies gelanceerd, maar het prijskaartje van ruimtemissies is weinig veranderd. Of het nu de spaceshuttle is of het niet-herbruikbare Russische ruimtevaartuig, de kosten van een lancering zijn ongeveer $ 10, 000 per pond ($ 22, 000 per kilo).

Een nieuw ruimtetransportsysteem dat wordt ontwikkeld, kan reizen naar Geostationary Earth Orbit (GEO) een dagelijkse gebeurtenis maken en de wereldeconomie transformeren.

Een ruimtelift gemaakt van een koolstof nanobuisjes composiet lint verankerd aan een offshore zeeplatform zou zich uitstrekken tot een klein contragewicht van ongeveer 62, 000 mijl (100, 000 km) de ruimte in. Mechanische lifters die aan het lint waren bevestigd, zouden dan het lint beklimmen, vracht en mensen de ruimte in vervoeren, tegen een prijs van slechts ongeveer $ 100 tot $ 400 per pond ($ 220 tot $ 880 per kg).

In dit artikel, we zullen kijken hoe het idee van een ruimtelift uit sciencefiction naar de realiteit gaat.

Inhoud
  1. Lint voor ruimtelift
  2. Met een ruimtelift naar de top rijden
  3. Onderhoud ruimtelift
  4. Impact van ruimtelift

Lint voor ruimtelift

Een contragewicht aan het einde van de ruimtelift houdt het lint van koolstof-nanobuizen strak. Foto met dank aan LiftPort Group

Om het concept van een ruimtelift beter te begrijpen, denk aan het spel tetherball waarbij een touw aan het ene uiteinde aan een paal is bevestigd en aan het andere aan een bal. In deze analogie het touw is het koolstof nanobuisjes composiet lint , de pool is de aarde en de bal is het contragewicht. Nutsvoorzieningen, stel je voor dat de bal voortdurend rond de paal wordt geplaatst, zo snel dat hij het touw strak houdt. Dit is het algemene idee van de ruimtelift. Het contragewicht draait rond de aarde, de kabel recht te houden en de robotheffers op en neer over het lint te laten rijden.

Onder het door LiftPort voorgestelde ontwerp, de ruimtelift zou ongeveer 62 zijn, 000 mijl (100, 000 km) hoog. LiftPort is een van de vele bedrijven die plannen ontwikkelen voor een ruimtelift of onderdelen daarvan. Teams van over de hele wereld zullen strijden om de $ 400,- 000 eerste prijs in de Space Elevator Games op de X Prize Cup in oktober 2006 in Las Cruces, New Mexico.

Het middelpunt van de lift wordt het samengestelde lint van koolstofnanobuisjes dat slechts enkele centimeters breed en bijna zo dun is als een stuk papier. Koolstof nanobuisjes, ontdekt in 1991, zijn wat wetenschappers doen geloven dat de ruimtelift zou kunnen worden gebouwd. Volgens Dr. Bradley Edwards van de Spaceward Foundation, "Vroeger waren de materiële uitdagingen te groot, maar nu komen we dichtbij met de vooruitgang bij het maken van koolstofnanobuisjes en bij het bouwen van machines die de grote stukken materiaal kunnen spinnen die nodig zijn om een ​​lint te maken dat zich uitstrekt tot in de ruimte" [ref ].

Volgens sommige vroege plannen, overgebleven bouwmaterialen zullen worden gebruikt om het contragewicht te vormen. Foto met dank aan LiftPort Group

Koolstof nanobuisjes hebben het potentieel om 100 keer sterker dan staal en zijn zo flexibel als plastic . De kracht van koolstofnanobuisjes komt van hun unieke structuur, die lijkt op voetballen. Zodra wetenschappers vezels kunnen maken van koolstofnanobuisjes, het zal mogelijk zijn om draden te maken die het lint voor de ruimtelift zullen vormen. Eerder beschikbare materialen waren ofwel te zwak of onbuigzaam om het lint te vormen en zouden gemakkelijk kunnen breken.

"Ze hebben een zeer hoge elasticiteitsmodulus en hun treksterkte is erg hoog, en dat alles wijst op een materiaal dat, in theorie, moet een ruimtelift relatief eenvoudig te bouwen maken, " zei Tom Nugent, onderzoeksdirecteur, LiftPort-groep.

Een lint kan op twee manieren worden gebouwd:

  • Lange koolstofnanobuizen - enkele meters lang of langer - zouden worden gevlochten tot een structuur die op een touw lijkt. Met ingang van 2005, de langste nanobuisjes zijn nog maar enkele centimeters lang.
  • Kortere nanobuisjes zouden in een polymeermatrix kunnen worden geplaatst. Huidige polymeren binden niet goed aan koolstofnanobuisjes, waardoor de matrix onder spanning van de nanobuisjes wordt getrokken.

Zodra een lang lint van nanobuisjes is gemaakt, het zou in een spoel worden gewikkeld die in een baan om de aarde zou worden gelanceerd. Wanneer het ruimtevaartuig dat de spoel draagt ​​een bepaalde hoogte bereikt, misschien een lage baan om de aarde, het zou beginnen af ​​te spoelen, het lint terug naar de aarde laten zakken. Tegelijkertijd, de spoel zou blijven bewegen naar een grotere hoogte. Wanneer het lint in de atmosfeer van de aarde wordt neergelaten, het zou worden gevangen en vervolgens worden neergelaten en verankerd op een mobiel platform in de oceaan.

Het lint zou dienen als de sporen van een soort spoorlijn naar de ruimte. Mechanische lifters zouden dan worden gebruikt om het lint naar de ruimte te beklimmen.

Hoe de ruimtelift meet

Indien gebouwd, het lint zal een modern wereldwonder vertegenwoordigen, en zal het hoogste bouwwerk zijn dat ooit is gebouwd. Bedenk dat 's werelds hoogste vrijstaande toren in 2005 de CN Toren , die stijgt 1, 815 voet 5 inch (553,34 meter) boven Toronto, Canada. De ruimtelift zou 180 zijn, 720 keer groter dan de CN Tower!

de 62, 000 mijl (100, 000 km) lange ruimtelift zou ver boven de gemiddelde baanhoogte van de spaceshuttle (115-400 mijl/185-643 km) uitstijgen. In feite, het zou gelijk zijn aan bijna een vierde van de afstand tot de maan, die om de aarde draait op 237, 674 mijl (382, 500km).

Lees verder

Met een ruimtelift naar de top rijden

De klimmers aan elk uiteinde van de lifter zullen het lint oprollen met een snelheid van ongeveer 200 mph. Foto met dank aan LiftPort Group

Hoewel het lint nog steeds een conceptueel onderdeel is, alle andere onderdelen van de ruimtelift kunnen worden geconstrueerd met behulp van bekende technologie, inclusief de robot lifter , ankerstation en power-beaming systeem . Tegen de tijd dat het lint is gemaakt, de andere componenten zullen rond 2018 bijna klaar zijn voor een lancering.

Lifter

De robotlifter zal het lint gebruiken om zijn opstijging in de ruimte te begeleiden. Tractie-loopvlakrollen op de lifter zouden op het lint klemmen en het lint erdoor trekken, waardoor de lifter de lift kan beklimmen.

Ankerstation

De ruimtelift zal afkomstig zijn van een mobiel platform in de equatoriale Stille Oceaan, die het lint aan de aarde zal verankeren.

contragewicht

Aan de bovenkant van het lint, er zal een zware zijn contragewicht . Vroege plannen voor de ruimtelift omvatten het vangen van een asteroïde en het gebruiken ervan als tegengewicht. Echter, meer recente plannen zoals die van LiftPort en het Instituut voor Wetenschappelijk Onderzoek (ISR) omvatten het gebruik van een door mensen gemaakt contragewicht. In feite, het contragewicht kan worden samengesteld uit apparatuur die is gebruikt om het lint te bouwen, inclusief het ruimtevaartuig dat wordt gebruikt om het te lanceren.

Krachtstraal

De lifter wordt aangedreven door een vrije-elektronenlasersysteem gelegen op of nabij het ankerstation. De laser zal 2,4 megawatt energie naar fotovoltaïsche cellen sturen, misschien gemaakt van Galliumarsenide (GaAs) bevestigd aan de lifter, die vervolgens die energie omzet in elektriciteit voor gebruik door conventionele, niobium-magneet gelijkstroom elektromotoren, volgens de ISR.

Eenmaal operationeel, lifters zouden bijna elke dag de ruimtelift kunnen beklimmen. De rooiers zullen in grootte variëren van vijf ton, aanvankelijk, tot 20 ton. De 20-tons heftruck kan maar liefst 13 ton laadvermogen vervoeren en heeft 900 kubieke meter ruimte. Lifters zouden vracht vervoeren, variërend van satellieten tot panelen op zonne-energie en uiteindelijk mensen het lint op met een snelheid van ongeveer 118 mijl per uur (190 km / uur).

Onderhoud ruimtelift

Het lint van de ruimtelift zal worden verankerd aan een mobiel platform in de equatoriale Stille Oceaan. Als onderdeel van een systeem om de lift te helpen orbitaal puin te vermijden, het mobiele platform kan worden verplaatst. Foto met dank aan LiftPort Group

Met een lengte van 62, 000 mijl (100, 000km), de ruimtelift zal kwetsbaar zijn voor veel gevaren, inclusief het weer, ruimtepuin en terroristen. Terwijl de plannen vorderen over het ontwerp van de ruimtelift, de ontwikkelaars overwegen deze risico's en manieren om ze te overwinnen. In feite, ervoor te zorgen dat er altijd een operationele ruimtelift is, ontwikkelaars zijn van plan om meerdere ruimteliften te bouwen. Elke zal goedkoper zijn dan de vorige. De eerste ruimtelift zal dienen als platform om extra ruimteliften te bouwen. Daarbij, ontwikkelaars zorgen ervoor dat zelfs als één ruimtelift problemen ondervindt, de anderen kunnen doorgaan met het tillen van ladingen in de ruimte.

Ruimteafval vermijden

Zoals het ruimtestation of de spaceshuttle, de ruimtelift heeft de mogelijkheid nodig om orbitale objecten te vermijden, zoals puin en satellieten. Het ankerplatform zal gebruik maken van actieve vermijding om de ruimtelift tegen dergelijke objecten te beschermen. Momenteel, het North American Aerospace Defense Command (NORAD) volgt objecten die groter zijn dan 10 cm (3,9 inch). Om de ruimtelift te beschermen, zou een orbitaal puinvolgsysteem nodig zijn dat objecten van ongeveer 1 cm (0,39 inch) groot zou kunnen detecteren. Deze technologie is momenteel in ontwikkeling voor andere ruimtevaartprojecten.

"Onze plannen zijn om het lint te verankeren aan een mobiel platform in de oceaan, " zei Tom Nugent, van LiftPort. "Je kunt je anker echt verplaatsen om het lint uit de weg van satellieten te trekken."

Aanvallen afweren

De geïsoleerde locatie van de ruimtelift zal de grootste factor zijn bij het verminderen van het risico op terroristische aanslagen. Bijvoorbeeld, het eerste anker zal zich in de equatoriale Stille Oceaan bevinden, 404 mijl (650 km) van alle lucht- of scheepvaartroutes, volgens LiftPort. Slechts een klein deel van de ruimtelift zal binnen bereik zijn van een aanval, dat is iets van 15 km of lager. Verder, de ruimtelift zal een waardevolle wereldwijde hulpbron zijn en zal waarschijnlijk worden beschermd door de VS en andere buitenlandse strijdkrachten.

Impact van ruimtelift

Een artist's concept van de zonneweergave. Foto met dank aan LiftPort Group

De potentiële wereldwijde impact van de ruimtelift trekt vergelijkingen met een andere geweldige prestatie op het gebied van transport:de Amerikaanse transcontinentale spoorweg. Voltooid in 1869 op Promontory, Utah, de transcontinentale spoorlijn verbond voor het eerst de oost- en westkust van het land en versnelde de vestiging van het Amerikaanse westen. Het reizen over het hele land werd teruggebracht van maanden naar dagen. Het opende ook nieuwe markten en gaf aanleiding tot hele nieuwe industrieën. tegen 1893, de Verenigde Staten hadden vijf transcontinentale spoorwegen.

Het idee van een ruimtelift deelt veel van dezelfde elementen als de transcontinentale spoorweg. Een ruimtelift zou een permanente aarde-naar-ruimteverbinding creëren die nooit zou sluiten. Hoewel het de reis naar de ruimte niet sneller zou maken, het zou reizen naar de ruimte vaker maken en ruimte openen voor een nieuw tijdperk van ontwikkeling. Misschien wel de grootste factor die het idee van een ruimtelift voortstuwt, is dat het de kosten van het in de ruimte brengen van vracht aanzienlijk zou verlagen. Hoewel langzamer dan de chemisch aangedreven spaceshuttle, de lifters verlagen de lanceringskosten van $ 10, 000 tot $20, 000 per pond, tot ongeveer $ 400 per pond.

De huidige schattingen schatten de kosten van het bouwen van een ruimtelift op $ 6 miljard, met juridische en regelgevende kosten op $ 4 miljard, volgens Bradley Edwards, auteur van de "The Space Elevator, NIAC Fase II Eindrapport." (Edwards is ook de Dr. Bradley Carl Edwards, President en oprichter van Carbon Designs.) Ter vergelijking:de kosten van het spaceshuttle-programma werden in 1971 voorspeld op $ 5,2 miljard, maar kostte uiteindelijk $ 19,5 miljard. Aanvullend, elke vlucht met de spaceshuttle kost $ 500 miljoen, dat is meer dan 50 keer meer dan de oorspronkelijke schattingen.

De ruimtelift zou de spaceshuttle kunnen vervangen als het belangrijkste ruimtevoertuig, en worden gebruikt voor satellietontplooiing, verdediging, toerisme en verdere verkenning. Tot het laatste punt, een ruimtevaartuig zou het lint van de lift beklimmen en vervolgens in de ruimte naar zijn hoofddoel lanceren. Dit type lancering zou minder brandstof nodig hebben dan normaal nodig zou zijn om uit de atmosfeer van de aarde te breken. Sommige ontwerpers geloven ook dat ruimteliften op andere planeten kunnen worden gebouwd, inclusief Mars.

NASA financierde het onderzoek van Dr. Edwards gedurende drie jaar. In 2005, echter, het kende slechts $ 28 miljoen dollar toe aan bedrijven die onderzoek deden naar de ruimtelift. Hoewel het nog steeds erg geïnteresseerd is in het project, voor nu zou het liever achterover leunen en wachten op meer concrete ontwikkelingen.

Voor veel meer informatie over ruimteliften en aanverwante onderwerpen, bekijk de links op de volgende pagina.

De technologie testen

In februari 2006, de LiftPort Group heeft aangekondigd dat het met succes een platform heeft gelanceerd met behulp van ballonnen op grote hoogte. Deze ballonnen hielden het platform zes uur lang een mijl in de lucht.

LiftPort is van plan het platform op de markt te brengen, genaamd HALE (High Altitude Long Endurance), als een station voor beveiligingscamera's en mobiele telefoon- en radio-uitzendingen. [ref].

Lees verder

Veel meer informatie

Gerelateerde HowStuffWorks-artikelen

  • Hoe lichte voortstuwing zal werken
  • Hoe ruimtetoerisme werkt
  • Hoe zonnezeilen werken
  • Hoe Space Shuttles werken
  • Hoe wolkenkrabbers werken
  • Hoe liften werken

Meer geweldige links

  • LiftPort-groep
  • Instituut voor Wetenschappelijk Onderzoek
  • Ons verbazingwekkende zonnestelsel

bronnen

  • Express Lift to the Stars:CNN International -- 18 september 2006 http://edition.cnn.com/2006/TECH/space/09/18/space.elevator/
  • De ruimtelift:NIAC Fase II eindrapport http://www.liftport.com/files/521Edwards.pdf
  • LiftPort-groep http://www.liftport.com/
  • Instituut voor Wetenschappelijk Onderzoek http://www.isr.us/SEHome.asp
  • Lift 2010 Competitie http://www.elevator2010.org/site/competition.html
  • Highlift-systemen http://www.americanantigravity.com/highlift.html
  • Een hijs naar de hemel, IEEE-spectrum http://www.spectrum.ieee.org/WEBONLY/publicfeature/aug05/0805spac.html

Meer >

Meer >

Hoofdlijnen

  1. Wat zijn de kenmerken die alle bacteriën gemeenschappelijk hebben?
  2. Begrijpen? Je hersensignalen zullen het vertellen
  3. Beschrijving van gen-splitsing als een DNA-techniek
  4. Is er eerder enige vorm van exploratie op Mercurius gedaan
  5. Denk aan je eerste herinnering - waarom kun je het je niet eerder herinneren?
  6. Voors en tegens van Cloning Plants & Animals
  7. De reden voor het kleuren van een monster op de microscoop
  8. Wat zijn de vier organische moleculen in levende dingen?
  9. 5 manieren om geluk te maximaliseren

Wetenschap