Hvordan en romheis ville fungert

En romheis er et foreslått transportsystem som forbinder jordoverflaten med verdensrommet. Heisen ville tillate kjøretøyer å reise til bane eller plass uten bruk av raketter. Selv om heiskjøringen ikke ville være raskere enn rakettreiser, ville den være mye rimeligere og kunne brukes kontinuerlig til å frakte last og eventuelt passasjerer.

Konstantin Tsiolkovsky beskrev først en romheis i 1895. Tsiolkovksy foreslo å bygge et tårn fra overflaten opp til geostasjonær bane, og egentlig lage en utrolig høy bygning. Problemet med ideen hans var at strukturen ville bli knust av alle vekten over det. Moderne konsepter for romheiser er basert på et annet prinsipp - spenning. Heisen ble bygget med en kabel festet i den ene enden til jordoverflaten og til en massiv motvekt i den andre enden, over geostasjonær bane (35,786 km). Tyngde ville trekke nedover på kabelen, mens sentrifugalkraft fra den kretsende motvekten ville trekke oppover. De motstridende kreftene ville redusere belastningen på heisen, sammenlignet med å bygge et tårn til verdensrommet.

Mens en vanlig heis bruker bevegelige kabler for å trekke en plattform opp og ned, ville romheisen det stole på enheter som kalles gjennomsøkere, klatrere eller løftere som kjører langs en stasjonær kabel eller bånd. Med andre ord, heisen ville bevege seg på kabelen. Flere klatrere må reise i begge retninger for å oppveie vibrasjoner fra Coriolis-styrken som virker på bevegelsen.

Oppsettet for heisen ville være noe som dette: En massiv stasjon, fanget asteroide eller en gruppe klatrere ville være plassert høyere enn geostasjonær bane. Fordi spenningen på kabelen ville være maksimal i baneposisjonen, ville kabelen være tykkest der, avsmalende mot jordoverflaten. Mest sannsynlig vil kabelen enten bli distribuert fra verdensrommet eller konstruert i flere seksjoner og bevege seg ned til jorden. Klatrere ville bevege seg opp og ned kabelen på ruller, holdt på plass av friksjon. Kraft kan leveres av eksisterende teknologi, for eksempel trådløs energioverføring, solenergi og / eller lagret kjernekraft. Tilkoblingspunktet på overflaten kan være en mobil plattform i havet, og tilbyr sikkerhet for heisen og fleksibilitet for å unngå hindringer.

Å reise med romheis ville ikke gå raskt! Reisetiden fra den ene enden til den andre ville være flere dager til en måned. For å sette avstanden i perspektiv, hvis klatreren beveget seg på 300 km / t (190 mph), vil det ta fem dager å nå geosynkron bane. Fordi klatrere må samarbeide med andre på kabelen for å gjøre den stabil, vil det sannsynligvis være mye tregere fremgang.

Det største hinderet for konstruksjon av romheis er mangelen på et materiale som er høyt nok strekkfasthet og elastisitet og lav nok tetthet å bygge kabelen eller båndet. Så langt ville de sterkeste materialene for kabelen være nanotråder av diamanter (først syntetisert i 2014) eller karbon nanorør. Disse materialene har ennå ikke blitt syntetisert til tilstrekkelig lengde eller strekkfasthet / tetthetsforhold. De kovalente kjemiske bindinger kobling av karbonatomer i karbon- eller diamantnanorør tåler bare så mye stress før du pakker eller rives i stykker. Forskere beregner belastningen obligasjonene kan støtte, og bekrefter at selv om det en gang kan være mulig å konstruere et bånd lenge nok til strekker seg fra jorden til geostasjonær bane, ville den ikke være i stand til å opprettholde ekstra belastning fra miljøet, vibrasjoner og klatrere.

Vibrasjoner og slingring er en alvorlig vurdering. Kabelen vil være utsatt for trykk fra solvinden, harmoniske (dvs. som en virkelig lang fiolinstreng), lynnedslag og vingling fra Coriolis-styrken. En løsning vil være å kontrollere bevegelsen av gjennomsøkere for å kompensere for noen av effektene.

Et annet problem er at rommet mellom geostasjonær bane og jordoverflaten er strødd med romskrot og rusk. Løsningene inkluderer å rydde opp i nærheten av jordaverommet eller gjøre den motvektige banen i stand til å smette unna hindringer.

Andre problemer inkluderer korrosjon, mikrometeorittpåvirkning og virkningene av Van Allen-strålingsbeltene (et problem for både materialer og organismer).

Omfanget av utfordringene kombinert med utviklingen av gjenbrukbare raketter, som de som ble utviklet av SpaceX, har redusert interessen for romheiser, men det betyr ikke at heisen ideen er død.

Et egnet materiale for en jordbasert romheis er ennå ikke utviklet, men eksisterende materialer er sterke nok til å støtte en romheis på Månen, andre måner, Mars eller asteroider. Mars har omtrent en tredjedel av jordens tyngdekraft, men roterer likevel med omtrent samme hastighet, slik at en romersk heis fra Mars ville være mye kortere enn en som er bygget på jorden. En heis på Mars må ta seg av den lave bane rundt månen Phobos, som krysser Mars-ekvator regelmessig. Komplikasjonen for en måneheis er derimot at månen ikke roterer raskt nok til å tilby et stasjonært banepunkt. Men, Lagrangian-poengene kunne brukes i stedet. Selv om en måneheis ville være 50 000 km lang på nærsiden av Månen og enda lenger på sin bortre side, gjør den lavere tyngdekraften konstruksjonen mulig. En Martian-heis kunne gi kontinuerlig transport utenfor planetens tyngdekraftbrønn, mens en månelheis kan brukes til å sende materialer fra Månen til et sted som lett nås av Jorden.

Flere selskaper har foreslått planer for romheiser. Mulighetsstudier indikerer at det ikke blir bygget en heis før (a) det oppdages et materiale som kan støtte spenningen for en jordheis eller (b) det er behov for en heis på Månen eller Mars. Selv om det er sannsynlig at vilkårene vil bli oppfylt i det 21. århundre, kan det være for tidlig å legge til en romheis-tur til bøtte-listen din.

• Landis, Geoffrey A. & Cafarelli, Craig (1999). Presentert som papir IAF-95-V.4.07, 46. International Astronautics Federation Congress, Oslo Norway, 2. til 6. oktober 1995. "Tsiolkovski Tower Reexamined". Journal of the British Interplanetary Society. 52: 175–180.
• Cohen, Stephen S.; Misra, Arun K. (2009). "Effekten av klatreromgang på romheisedynamikken". Acta Astronautica. 64 (5–6): 538–553.
• Fitzgerald, M., Swan, P., Penny, R. Svanen, C. Space Elevator Architectures and Roadmaps, Lulu.com Publisher 2015