هل ممكن بناء مصعد فى الفضاء

هل من الممكن لبناء مصعد الفضاء؟

بادئ ذي بدء، ما هو المصعد الفضائي؟ حسنا، وكما يوحي اسمها، انها بنية تشبه المصعد الذي يمتد من سطح الأرض إلى الفضاء. أوه، شيء واحد نسيت أن أذكر ... في الواقع لا وجود ماديا فقط حتى الآن. بوضوح، فإنه سيكون رهيبة تماما ليكون قادرا على اتخاذ لطيف، وركوب المصعد قليلا حتى مباشرة الى السماء، ولكن ... أسهل من القيام به. - عند هذه النقطة وهذا هو.

على الرغم من أن فكرة كانت موجودة منذ أواخر 1800s، لا تزال هناك العديد من العقبات التي تجعل تحقيق ذلك عمليا من المستحيل تقريبا. بدأت الأفكار الأولى على النحو أبراج بسيطة مبنية عالية جدا وذلك لدخول المدار الثابت بالنسبة للأرض (GEO). هناك مرة واحدة، فإنه يدور حول الأرض مع فترة مدارية على قدم المساواة، الامر الذي ادى الى بقاء نسبة ثابتة إلى الأرض.

المشكلة مع هذا النموذج هو أنه سيكون من بنية الضغط، مع قوات الأساسي هو الضغط. ويمكن لبرج تذهب عالية جدا فقط قبل ان مشبك تحت وطأة ثقلها. وببساطة ليس هناك مادة معروفة للإنسان في آن معا قوية وخفيفة بما يكفي لتحمل ضغط يفرض الوزن قوة من برج كيلومترات عالية 35،000 (الارتفاع التقريبي للمدار الثابت بالنسبة للأرض) سيبذل طول ارتفاعها.

الخيار الآخر، وتلك التي تعتبر حاليا "قابلة للحياة"، هو نموذج يستخدم التوتر بدلا من الضغط. هذه الطريقة سوف (نظريا) العمل من خلال إطلاق مكوك الفضاء المتكررة (بالآلاف في الواقع) محملة المواد إلى المدار الثابت بالنسبة للأرض، من حيث ستبدأ خفض الكابل نحو سطح الأرض. من خلال ربط شرائح إضافية تدريجيا، ينبغي أن يصل في النهاية الكابل الأرض، حيث سيتم الراسية عليه.

كذلك من الممكن لبناء مصعد الفضاء؟ حسنا، أتمنى ذلك بالتأكيد ... ولكن الأمل قد لا يكون كافيا في هذه المرحلة. بقية من هذه المادة يغطي مختلف الجوانب المتصلة الفيزياء من المصعد الفضائي وكذلك القيود والعلماء المهندسين في وجه مما يجعلها حقيقة واقعة. نلاحظ أن البحوث على المصعد الفضائي مستمر، وعلى هذا النحو، جوانب معينة قابلة للتغيير كما يظهر التكنولوجيا الجديدة.

فيزياء مصعد الفضاء

هناك نوعان من القوى الرئيسية في العمل بشأن احصائيات لمصعد الفضاء - قوة الجاذبية أو قوة الجاذبية، وقوة الطرد المركزي للأرض. الأرض يمارس قوة الجاذبية على كائن، وقوة والتي تختلف تبعا لارتفاع الكائن. وكذلك هو من سطح الأرض - أو جوهرها، وهذا يتوقف على الطريقة التي ننظر إليها - ضعف قوة الجاذبية.

A قوة الطرد المركزي واحد هو أن يتم توجيه بعيدا عن مركز لكائن معين، ويستخدم في ما يتعلق الغزل أو الدورية الأشياء والأمور ظاهرة تحلق على ما يبدو إلى الخارج من كائن الغزل. مطية في أرجوحة جولة هو مثال على قوة الطرد المركزي سحب كنت بعيدا عن محور الدوران.

ولكن حقيقة الأمر - وهنا هو المكان الذي تحصل عليه صعبة قليلا - هو أن هذه القوة موجودة فقط طالما أن قوة الجاذبية معارضة موجودة. انها حقا لا أكثر من "الإحساس" يجري سحب من الخارج من وسط كتلة الغزل.

في الواقع، إذا كان الطرد المركزي قوة الجاذبية يقهر القوة، فإن ذلك سيكون سببا للطيران الكائن الظل إلى نقطة على طريق المدارية التي وقعت - لا إلى الخارج من وسط كتلة الغزل. A اليويو يجري نسج مثل رصاصة واحدة، حبال هو مثال جيد يوضح هذا المبدأ. يتم الاحتفاظ اليويو في المدار من قبل هذه القوات 2، القوات الجاذبية والطرد المركزي.

السلسلة التي تحافظ على اليويو من الطيران بعيدا هو سحب باستمرار في اتجاه المركز من كتلة الغزل - يدك - كما يدور. هذه القوة التي تحاول ان تسحبه هو في قوة الجاذبية، وقوة المعارضة التي تحافظ على سلسلة مشدود، هو قوة الطرد المركزي. ومع ذلك، إذا كنت لترك اليويو تذهب، إطلاقه في الهواء، وذلك في أي اتجاه يطير؟ نعم، ظل على المسار المداري!

إذا كنت لالتقاط صور في وضع العديد من اطلاق النار مستمر من اليويو "في العمل" في غضون ثوان انقسام بعضها البعض، وكنت بلا شك تشهد هذه الظاهرة بشكل مباشر. إذا كنت ترغب في اليويو ليطير عموديا عند الإفراج عنهم، وكنت قد لتحريرها عندما سلسلة ربط اليويو إلى أشكال يدك خط أفقي، مع اتجاه الحركة الزاوي يجري التصاعدي.

لذلك، هذا فيما لمصعد الفضاء، قوة الجاذبية تساوي قوة الجاذبية، سلسلة اليويو اذا صح التعبير. فإن قوة الطرد المركزي مواجهة قوة الجاذبية، والحفاظ على كابل مشدود في التوتر، وهذا ما من شأنه أن يمنع الهيكل كله من انهار على الأرض. من أجل قوة الطرد المركزي لتكون قوية بما يكفي ومع ذلك، فإن مركز النظام بأكمله للكتلة يجب أن تكون فوق المدار الثابت بالنسبة للأرض.

لتحقيق هذا عمليا، فإن موازنة كبيرة لا بد من تثبيت بعض 144،000 كيلومترا فوق الأرض - ما يقرب من نصف المسافة إلى القمر. سيتم تمديد هذه موازنة ببطء إلى الفضاء، لتتناسب مع جاذبية (قوة الجاذبية) من كابل خفض إلى الأرض كما هو مبني عليه. فإن البديل قد يكون لتمديد الكابل ببساطة (بدلا من موازنة) لبعد المسافة اللازمة لتحقيق التوازن.

تأثير كوريوليس وكيف ستؤثر على مصعد الفضاء

تخيل أنك وصديق على طرفي نقيض من دائري القذف الكرة ذهابا وإيابا إلى بعضها البعض. كما يدور، وسوف يسبب دوران الكرة التي القيت على ما يبدو لتولي مسار منحني قليلا. إذا يدور في اتجاه عقارب الساعة ودائري ينظر اليها من فوق، وسوف يكون منحنى إلى اليسار من وجهة نظر رامي، وإلى اليمين من والمتلقي.

تأثير كوريوليس يظهر فقط نفسها في الإطار المرجعي الدورية، أو غير الإطار المرجعي بالقصور الذاتي. ويمكن وصف الإطار غير بالقصور الذاتي المرجعية كنقطة مراقبة حيث أنت، المراقب، تعاني التغيرات المستمرة في السرعة. كائن الدورية هو مجرد مثل هذا الوضع، حيث على الرغم من أن معدل دوران قد يكون ثابتا، واتجاه حركة يتغير باستمرار.

دعنا نقول ... كان هناك شجرة العالية التي تخيم على دائري في المثال أعلاه، وكنت لاحظت وصعد الأطفال 2 رمي الكرة ذهابا وإيابا في حين الغزل. من وجهة نظر الخاص بك في شجرة، والآن إطار المرجعية بالقصور الذاتي فيما يتعلق دائري، والكرة لم تعد يبدو أن منحنى، ولكن سوف يطير مباشرة. الفرق يكمن ببساطة في إطار المراقب للمرجعية.
حسنا، نحن نعلم جميعا أن الأرض تدور كما تدور حول الشمس، أليس كذلك؟ لذلك لا يعني أن علينا أن نرى تأثير كوريوليس حتى لو أننا لسنا على دائري؟ الجواب هو نعم. ومع ذلك، لأن الأرض تدور فقط 1 في الثورة في اليوم الواحد، وأثر صغير بحيث لا يمكن كشفها إلا من كائن في رحلة لفترة طويلة إلى حد ما.

ولكن دعونا نقول نجحنا في بناء المصعد الفضائي ... فإن تأثير كوريوليس يجب أن تؤخذ بعين الاعتبار؟ نعم، سوف ذلك! كما متسلق يصعد يصل كابل عموديا، يجب أن تسريع ليس فقط في الاتجاه العمودي، ولكن في الأفقي كذلك. لأن الأرض تدور وتدور الكابل مع ذلك، يجب على متسلق تصاعدي أيضا تحقيق سرعة الزاوي يعادل كما يتسلق.

والخبر السار هو أنه على الرغم من تأثير كوريوليس سيعطل متسلق لسحب الكابل إلى الوراء قليلا لأنه يصعد، وقوة الطرد المركزي سوف تجلب دائما العودة الى الوضع الرأسي نظرا لكونها الطبيعية للطاقة مواتية الموقف. في الوقت متسلق يحصل على المدار الثابت بالنسبة للأرض، سيكون قد توصلت إلى السرعة المدارية من حوالي 3 كيلومترات في الثانية.

عملية القيود

والعقبة الأساسية في تطوير مصعد الفضاء هو عدم وجود مواد في آن معا قوية وخفيفة بما يكفي لدعم الحمل الشد الهائلة من كابل. وضع حسابات مختلفة في قوة الشد المطلوبة من الكابل بين 130 GIGA-بالباسكال و 300 غيغا بالباسكال (GPA). وعلى سبيل المقارنة، والصلب الهيكلية لديها قوة الشد من حوالي 250 ميجا بالباسكال (الأم) - حوالي 1000 مرة أضعف مما هو مطلوب.

أقرب إلى كونها مواد قابلة للحياة هو مرشح أنابيب الكربون. لديها قوة الشد المقاسة من 63 برنامج العمل العالمي، ولكن قوة الشد النظرية من 300 برنامج العمل العالمي. ومع ذلك، في هذه المرحلة، لا يمكن إلا أن تنتج أنابيب الكربون بكميات صغيرة جدا - في عشرات سم. هكذا فإن التفكير في اتخاذ 100،000 + كابل كيلو متر من أنابيب الكربون غير واقعي ببساطة في هذه المرحلة.