Послушайте эту статью
Из Википедии, свободной энциклопедии
  (Перенаправлен из космического лифта )
Перейти к навигации Перейти к поиску

Схема космического лифта. Внизу высокой диаграммы изображена Земля, если смотреть с высоты над Северным полюсом. Примерно на шесть земных радиусов над Землей нарисована дуга с тем же центром, что и Земля. Дуга отображает уровень геостационарной орбиты. Противовес, который примерно в два раза выше дуги и находится прямо над центром Земли, изображен в виде небольшого квадрата. Линия, изображающая кабель космического лифта, соединяет противовес с экватором прямо под ним. Центр масс системы описывается выше уровня геостационарной орбиты. Центр масс находится примерно на четверти расстояния от геостационарной дуги до противовеса. Нижняя часть троса должна быть закреплена на экваторе. Альпинист изображен небольшим округлым квадратом.Альпинист поднимается по тросу примерно на треть пути от земли до дуги. Другое примечание указывает на то, что кабель вращается вместе с суточным вращением Земли и остается вертикальным.
Космический лифт задуман как кабель, прикрепленный к экватору и уходящий в космос. Противовес на верхнем конце удерживает центр масс значительно выше уровня геостационарной орбиты. Это создает достаточную восходящую центробежную силу от вращения Земли, чтобы полностью противодействовать нисходящей гравитации, удерживая кабель в вертикальном положении и натянутым. Альпинисты переносят груз вверх и вниз по тросу.
Космический лифт в движении, вращающийся вместе с Землей, вид сверху на Северный полюс. Немного позади кабеля показан свободно летящий спутник (зеленая точка) на геостационарной орбите.

Космический лифт представляет собой предлагаемый тип планеты в космос транспортной системы. [1] Основным компонентом будет кабель (также называемый тросом ), прикрепленный к поверхности и уходящий в космос. Конструкция позволила бы транспортным средствам перемещаться по кабелю с поверхности планеты, такой как Земля, прямо в космос или на орбиту без использования больших ракет . Земной космический лифт будет состоять из кабеля, один конец которого прикреплен к поверхности вблизи экватора, а другой конец - в космосе за пределами геостационарной орбиты.(Высота 35 786 км). Конкурирующие силы тяжести, которая сильнее на нижнем конце кабеля, и направленная вверх / вверх центробежная сила, которая сильнее на верхнем конце, приведут к тому, что кабель будет удерживаться и оставаться неподвижным в одном месте на Земле. . С развернутым тросом альпинисты могли многократно подниматься по тросу в космос с помощью механических средств, выпуская свой груз на орбиту. Альпинисты также могли спускаться по тросу, чтобы вернуть груз на поверхность с орбиты. [2]

Концепция башни, выходящей на геостационарную орбиту, была впервые опубликована в 1895 году Константином Циолковским . [3] Его предложение касалось отдельно стоящей башни, простирающейся от поверхности Земли до высоты геостационарной орбиты. Как и все здания, конструкция Циолковского будет подвергаться сжатию , поддерживая его вес снизу. С 1959 года большинство идей космических лифтов было сосредоточено на чисто растянутых конструкциях, когда вес системы поддерживался центробежными силами сверху. В концепции растяжения космический трос простирается от большой массы (противовеса) за пределы геостационарной орбиты до земли. Эта конструкция удерживается в напряжении между Землей и противовесом, как перевернутая.отвес . Толщина кабеля регулируется в зависимости от натяжения; он имеет максимум на геостационарной орбите и минимум на земле.

Доступные материалы недостаточно прочные, чтобы сделать космический лифт практичным. [4] [5] [6] Некоторые источники пришли к выводу, что будущие достижения в производстве углеродных нанотрубок (УНТ) могут привести к практическому дизайну [2] [7] [8], в то время как другие ставят под сомнение этот результат. [9] [10] [11] Возможные будущие альтернативы включают нанотрубки из нитрида бора и алмазные нанонити . [12] [13]

Концепция применима к другим планетам и небесным телам . Для мест в Солнечной системе с более слабой гравитацией, чем у Земли (таких как Луна или Марс ), требования прочности к плотности для материалов троса не столь проблематичны. Доступные в настоящее время материалы (такие как кевлар ) достаточно прочные и легкие, чтобы их можно было использовать в качестве троса для лифтов. [14]

История [ править ]

Ранние концепции [ править ]

Константин Циолковский

Ключевая концепция космического лифта появилась в 1895 году, когда русский ученый Константин Циолковский был вдохновлен Эйфелевой башней в Париже . Он рассматривал аналогичную башню, которая простиралась до космоса и была построена с земли до высоты 35 786 километров, высоты геостационарной орбиты . [15] Он отметил, что вершина такой башни будет вращаться вокруг Земли.как на геостационарной орбите. Объекты будут приобретать горизонтальную скорость из-за вращения Земли, когда они поднимаются на башню, а объект, выпущенный на вершине башни, будет иметь достаточную горизонтальную скорость, чтобы оставаться там на геостационарной орбите. Концептуальная башня Циолковского была конструкцией сжатия, в то время как современные концепции предусматривают натяжную конструкцию (или «трос»).

20 век [ править ]

Создание компрессионной конструкции с нуля оказалось нереальной задачей, поскольку не существовало материала с достаточной прочностью на сжатие, чтобы выдержать собственный вес в таких условиях. [16] В 1959 году русский инженер Юрий Арцутанов предложил более реальное предложение. Арцутанов предложил использовать геостационарный спутник в качестве базы для развертывания конструкции вниз. Используя противовес, кабель будет опущен с геостационарной орбиты на поверхность Земли, а противовес будет протягиваться от спутника подальше от Земли, удерживая кабель постоянно над одним и тем же местом на поверхности Земли. Идея Арцутанова была представлена ​​русскоязычной публике в интервью, опубликованном в воскресном приложении к « Комсомольской правде» в 1960 году [17], но на английском языке она стала доступна гораздо позже. Он также предложил уменьшить толщину кабеля, чтобы напряжение в кабеле оставалось постоянным. Это дало более тонкий кабель на уровне земли, который стал самым толстым на уровне геостационарной орбиты.

Идеи как башни, так и кабеля были предложены в квази-юмористической колонке Дэвида Джонса « Ариадна» в New Scientist от 24 декабря 1964 года.

В 1966 году четыре американских инженера Айзекс, Вайн, Брэднер и Бахус заново изобрели эту концепцию, назвав ее «Небесный крючок», и опубликовали свой анализ в журнале Science . [18] Они решили определить, какой тип материала потребуется для постройки космического лифта, предполагая, что это будет прямой кабель без изменений в площади поперечного сечения, и обнаружили, что требуемая прочность будет вдвое больше, чем у любого тогда- существующие материалы, включая графит , кварц и алмаз .

В 1975 году американский ученый Джером Пирсон заново изобрел эту концепцию, опубликовав свой анализ в журнале Acta Astronautica . Он спроектировал [19] профиль высоты поперечного сечения, который сужался и лучше подходил бы для строительства лифта. Готовый кабель будет наиболее толстым на геостационарной орбите, где напряжение будет наибольшим, и будет самым узким на концах, чтобы уменьшить вес на единицу площади поперечного сечения, который должна нести любая точка на кабеле. Он предложил использовать противовес, который будет медленно увеличиваться до 144000 километров (89000 миль) (почти половина расстояния до Луны.) в качестве нижней части лифта. Без большого противовеса верхняя часть кабеля должна быть длиннее нижней из-за того, как гравитационные и центробежные силы меняются с расстоянием от Земли. Его анализ включал такие возмущения, как гравитация Луны, ветер и перемещение полезных грузов вверх и вниз по кабелю. Вес материала, необходимого для постройки лифта, потребовал бы тысяч полетов космических шаттлов , хотя часть материала можно было транспортировать на лифте, когда прядь минимальной прочности достигала земли, или производилась в космосе из астероидной или лунной руды .

После разработки углеродных нанотрубок в 1990 - х годах, инженер Дэвид Smitherman из НАСА перспективных проектов Управления / Маршаллом понял , что высокая прочность этих материалов может сделать концепцию пространства лифта возможно, и положить вместе семинар в Центре космических полетов имени Маршалла , приглашение многих ученых и инженеров для обсуждения концепций и составления планов лифта, чтобы воплотить идею в жизнь.

В 2000 году другой американский ученый, Брэдли С. Эдвардс , предложил создать ленту длиной 100 000 км (62 000 миль) из композитного материала углеродных нанотрубок. [20] Он выбрал форму поперечного сечения в виде широкой тонкой ленты, а не более ранние концепции круглого поперечного сечения, потому что эта форма будет иметь больше шансов выжить при ударах метеороидов. Форма поперечного сечения ленты также обеспечивала большую площадь поверхности, на которой альпинисты могли лазить на простых роликах. При поддержке Института перспективных концепций НАСА работа Эдвардса была расширена, чтобы охватить сценарий развертывания, конструкцию альпиниста, систему доставки энергии, предотвращение орбитального мусора , систему якоря, выживание в атомном кислороде., предотвращение молний и ураганов за счет размещения якоря в западной экваториальной части Тихого океана, затраты на строительство, график строительства и экологические опасности. [2] [7] [21]

21 век [ править ]

Чтобы ускорить разработку космических лифтов, их сторонники организовали несколько конкурсов , подобных Ansari X Prize , для соответствующих технологий. [22] [23] Среди них Лифт: 2010 , который организует ежегодные соревнования альпинистов, ленты и энергоемкие сияя системы с 2005 по 2009 году, Скалолазание конкуренция RoboGames Space Лифт Ribbon, [24] , а также НАСА Centennial вызовы программа, который в марте 2005 года объявил о партнерстве с Spaceward Foundation (оператор лифта: 2010), увеличив общую стоимость призов до 400 000 долларов США. [25] [26]Первый европейский конкурс космических лифтов (EuSEC) по созданию альпинистской конструкции состоялся в августе 2011 года [27].

В 2005 году « Группа компаний по производству космических лифтов LiftPort объявила, что будет строить завод по производству углеродных нанотрубок в Милвилле, штат Нью-Джерси , чтобы поставлять эти прочные материалы различным компаниям из стекла, пластика и металла. Хотя LiftPort надеется в конечном итоге использовать углеродные нанотрубки. при строительстве космического лифта протяженностью 100 000 км (62 000 миль) этот шаг позволит компании зарабатывать деньги в краткосрочной перспективе и проводить исследования и разработки новых методов производства ». [8]Их объявленной целью был запуск космического лифта в 2010 году. 13 февраля 2006 года LiftPort Group объявила, что ранее в том же месяце они испытали милю «троса космического лифта», сделанного из композитных струн из углеродного волокна и ленты из стекловолокна. Ширина 5 см (2,0 дюйма) и толщина 1 мм (около 13 листов бумаги), поднимаются с помощью воздушных шаров. [28] В апреле 2019 года генеральный директор Liftport Майкл Лейн признал, что в реализации высоких амбиций компании в области космических лифтов не было достигнуто большого прогресса, даже после получения более 200 000 долларов в виде начального финансирования. Завод по производству углеродных нанотрубок, о котором Liftport объявила в 2005 году, так и не был построен. [29]

В 2006 году д-ром Брэдом Эдвардсом и Филипом Раганом была опубликована книга «Покидая планету на космическом лифте», содержащая всесторонний обзор истории, проблем строительства и планов реализации будущих космических лифтов, включая космические лифты на Луне и Марсе.

В 2007 году Elevator: 2010 провела Игры 2007 года «Космический лифт», в которых было присуждено по 500 000 долларов США для каждого из двух конкурсов (всего 1 000 000 долларов США), а также еще 4 000 000 долларов США, которые будут присуждены в течение следующих пяти лет за технологии, связанные с космическими лифтами. [30] Ни одна команда не выиграла соревнование, но команда из Массачусетского технологического института приняла участие в конкурсе на первую 2-граммовую (0,07 унции) 100-процентную углеродную нанотрубку. [31] В ноябре 2008 года Япония провела международную конференцию по разработке графика строительства лифта. [32]

В 2008 году книга « Покидая планету на космическом лифте» вышла на японском языке и вошла в список японских бестселлеров. [33] [34] Это привело к тому, что Шуичи Оно, председатель Японской ассоциации космических лифтов, представил план создания космического лифта, выдвинув то, что наблюдатели считали чрезвычайно низкой оценкой затрат в триллион иен (5 миллиардов фунтов стерлингов / 8 миллиардов долларов США). построить один. [32]

В 2012 году Obayashi Corporation объявила, что к 2050 году сможет построить космический лифт с использованием технологии углеродных нанотрубок. [35] Пассажирский альпинист проекта сможет достичь уровня GEO после 8-дневного путешествия. [36] Более подробная информация была опубликована в 2016 году. [37]

В 2013 году Международная академия астронавтики опубликовала оценку технической осуществимости, в которой был сделан вывод о том, что критически важным улучшением возможностей является материал троса, который, по прогнозам, достигнет необходимой удельной прочности в течение 20 лет. Четырехлетнее исследование рассматривало многие аспекты разработки космических лифтов, включая миссии, графики разработки, финансовые вложения, поток доходов и льготы. Сообщалось, что можно оперативно пережить меньшие удары и избежать более крупных ударов с помощью метеоров и космического мусора, и что ориентировочная стоимость подъема килограмма полезной нагрузки на ГСО и выше составит 500 долларов. [38] [39] [ самостоятельно опубликованный источник? ]

В 2014 году отдел исследований и разработок Google X начал разработку космического лифта, в конечном итоге обнаружив, что никто еще не произвел идеально сформированную нить углеродных нанотрубок длиной более метра. Поэтому они решили «заморозить» проект, а также следить за любыми достижениями в области углеродных нанотрубок. [40]

В 2018 году исследователи из японского университета Сидзуока запустили STARS-Me, два CubeSat, соединенных тросом, на котором будет перемещаться мини-лифт. [41] [42] Эксперимент был запущен как испытательный стенд для более крупной конструкции. [43]

В 2019 году Международная академия астронавтики опубликовала «Дорога к эре космических лифтов» [44], отчет об исследовании, обобщающий оценку космического лифта по состоянию на лето 2018 года. статус разработки космического лифта, каждый из которых поделился своим опытом и пришел к аналогичным выводам: (a) Земные космические лифты кажутся выполнимыми, что подтверждает вывод исследования IAA 2013 (b) Начало разработки космического лифта ближе, чем многие думают. Этот последний вывод основан на потенциальном процессе производства макромасштабного монокристаллического графена [45] с более высокой удельной прочностью, чем углеродные нанотрубки .

В художественной литературе [ править ]

Основная статья: Космические лифты в художественной литературе

В 1979 году космические лифты были представлены более широкой аудитории с одновременной публикацией романа Артура Кларка « Фонтаны рая» , в котором инженеры сооружают космический лифт на вершине горы в вымышленной островной стране «Тапробейн». "(в общих чертах основанный на Шри-Ланке , хотя и перемещенный на юг к экватору) и первый роман Чарльза Шеффилда " Паутина между мирами " , в котором также рассказывается о строительстве космического лифта. Три года спустя, в романе Роберта А. Хайнлайна 1982 года « Пятница», главный герой упоминает катастрофу на «Небесном крюке Кито» и использует «Найробийский бобовый стебель» во время своих путешествий. ВВ романе Кима Стэнли Робинсона 1993 года « Красный Марс» колонисты строят на Марсе космический лифт, который позволяет прибывать как большему количеству колонистов, так и добытым там природным ресурсам, чтобы они могли улететь на Землю. В романе Дэвида Геррольда 2000 года « Прыжки с планеты» семейная экскурсия по «бобовому стеблю» Эквадора на самом деле является похищением ребенка. В книге Герольда также исследуются некоторые промышленные применения зрелой лифтовой технологии. Концепция космического лифта, названного Бобовым стеблем , также изображена в романе Джона Скальци 2005 года «Война старика» . В биологической версии, роман Джоан Слончевски 2011 года « Самый высокий рубеж».изображает студента колледжа, поднимающегося на космический лифт, построенный из самовосстанавливающихся кабелей бацилл сибирской язвы. Сконструированные бактерии могут вырастить заново кабели, когда их разорвет космический мусор. Башня Аналемма - жилой вариант космического лифта, предложенный как «самое высокое здание в мире». В трилогии « Воспоминания о прошлом Земли» Цисинь Лю космический лифт играет важную роль в нескольких важных сюжетных событиях, включая организацию встречи с инопланетянами.

Физика [ править ]

Видимое гравитационное поле [ править ]

Кабель космического лифта Земли вращается вместе с вращением Земли. Следовательно, кабель и прикрепленные к нему объекты будут испытывать восходящую центробежную силу в направлении, противоположном нисходящей гравитационной силе. Чем выше по кабелю расположен объект, тем меньше гравитационное притяжение Земли и тем сильнее восходящая центробежная сила из-за вращения, так что большая центробежная сила противодействует меньшей гравитации. Центробежная сила и гравитация уравновешены на геостационарной экваториальной орбите (GEO). Выше GEO центробежная сила сильнее силы тяжести, в результате чего объекты, прикрепленные к кабелю, тянутся вверх по нему.

Чистая сила для объектов, прикрепленных к кабелю, называется кажущимся гравитационным полем . Кажущееся гравитационное поле для прикрепленных объектов - это сила тяжести (направленная вниз) за вычетом (направленной вверх) центробежной силы. Кажущаяся сила тяжести, испытываемая объектом на кабеле, равна нулю на GEO, внизу под GEO и вверх над GEO.

Очевидно гравитационное поле может быть представлена следующим образом: : Ссылка [46] Таблица 1

Фактическая сила тяжести, направленная вниз, уменьшается с высотой: грамм р знак равно - грамм M / р 2 {\ displaystyle g_ {r} = - GM / r ^ {2}}
Восходящая центробежная сила из-за вращения планеты увеличивается с высотой: а знак равно ω 2 р {\ Displaystyle а = \ омега ^ {2} г}
Вместе видимое гравитационное поле является суммой двух:

где

g - ускорение кажущейся силы тяжести, направленное вниз (отрицательное) или вверх (положительное) вдоль вертикального кабеля (мс −2 ),
g r - ускорение свободного падения от притяжения Земли, направленное вниз (отрицательное) (мс −2 ),
a - центробежное ускорение, направленное вверх (положительное) вдоль вертикального кабеля (мс −2 ),
G - гравитационная постоянная (м 3 с −2 кг −1 )
M - масса Земли (кг)
r - расстояние от этой точки до центра Земли (м),
ω - скорость вращения Земли (радиан / с).

В какой-то момент наверху по кабелю два члена (направленная вниз сила тяжести и восходящая центробежная сила) равны и противоположны. Предметы, прикрепленные к кабелю в этой точке, не оказывают никакого веса на кабель. Эта высота (r 1 ) зависит от массы планеты и скорости ее вращения. Установка фактической силы тяжести равной центробежному ускорению дает :: Ссылка [46] стр. 126

Это 35 786 км (22 236 миль) над поверхностью Земли, высота геостационарной орбиты. : Ссылка [46] Таблица 1

На кабеле ниже геостационарной орбиты нисходящая сила тяжести будет больше, чем центробежная сила, направленная вверх, поэтому кажущаяся сила тяжести будет тянуть объекты, прикрепленные к кабелю, вниз. Любой объект, выпущенный из кабеля ниже этого уровня, сначала будет ускоряться вниз по кабелю. Затем постепенно он отклонится от троса на восток. На кабеле выше уровня стационарной орбиты восходящая центробежная сила будет больше, чем нисходящая сила тяжести, поэтому кажущаяся сила тяжести будет тянуть объекты, прикрепленные к кабелю, вверх . Любой объект, выпущенный из кабеля выше геосинхронного уровня, сначала будет ускоряться вверх по кабелю. Затем постепенно он отклонится от троса на запад.

Кабельная секция [ править ]

Исторически основной технической проблемой считалась способность кабеля удерживать при натяжении собственный вес ниже любой заданной точки. Наибольшее натяжение кабеля космического лифта наблюдается в точке геостационарной орбиты, на высоте 35 786 км (22 236 миль) над экватором Земли. Это означает, что материал кабеля в сочетании с его конструкцией должен быть достаточно прочным, чтобы выдерживать собственный вес на поверхности на расстоянии до 35 786 км (22 236 миль). Кабель с более толстым поперечным сечением на этой высоте, чем на поверхности, может лучше выдерживать собственный вес на большей длине. Таким образом, то, как площадь поперечного сечения сужается от максимума на 35 786 км (22 236 миль) до минимума на поверхности, является важным расчетным фактором для кабеля космического лифта.

Чтобы максимизировать полезную избыточную прочность для данного количества материала кабеля, площадь поперечного сечения кабеля должна быть спроектирована по большей части таким образом, чтобы напряжение (т. Е. Натяжение на единицу площади поперечного сечения) было постоянным по всей длине. длина кабеля. [46] [47] Критерий постоянного напряжения является отправной точкой при расчете площади поперечного сечения кабеля, поскольку она изменяется с высотой. Другие факторы, учитываемые при более детальном проектировании, включают утолщение на высотах, где присутствует больше космического мусора, учет точечных напряжений, создаваемых альпинистами, и использование различных материалов. [48] Чтобы учесть эти и другие факторы, современные детальные проекты стремятся достичь максимального запаса прочности.возможно, с минимальными изменениями высоты и времени. [48] В простых начальных расчетах это приравнивается к постоянному напряжению.

В случае постоянного напряжения площадь поперечного сечения может быть описана дифференциальным уравнением как:

: Ссылка [46] уравнение 6

где

g - ускорение по радиусу (м · с −2 ),
A - площадь поперечного сечения кабеля в любой заданной точке r, (м 2 ),
ρ - плотность материала, из которого сделан кабель (кг · м −3 ),
- экваториальный радиус Земли,
- радиус геостационарной орбиты,
T - это предел прочности на растяжение, напряжение, которое площадь поперечного сечения может выдержать без потери упругости (Н · м −2 = кг · м −1 · с −2 ).

Для кабеля постоянного напряжения без запаса прочности профиль площади поперечного сечения как функция расстояния от центра Земли может быть определен с помощью

: Ссылка [46] уравнение 7
Несколько конических профилей с разными параметрами материала

Запас прочности можно рассчитать, разделив T на желаемый коэффициент безопасности. [46]

Кабельные материалы [ править ]

Используя приведенную выше формулу конуса для решения конкретного случая экваториальной поверхности Земли ( км) и геостационарной орбиты Земли ( км), можно исследовать конкретные материалы: [примечание 1]

Коэффициент конусности как функция удельной прочности

Таблица значений конуса для различных материалов:

Коэффициенты конусности по материалам : См. [46] Таблица 2
МатериалПрочность на разрыв
(МПа)		Плотность
(кг / м 3 )		Удельная прочность
(МПа) / (кг / м 3 )		Разрывная длина
(км)		Коэффициент конусности
Сталь5 0007 9000,63651,6 × 10 33
Кевлар36001,4402,52552,5 × 10 8
Одностенная углеродная нанотрубка130 0001,30010010 2001.6

Коэффициент конусности приводит к значительному увеличению площади поперечного сечения, если удельная прочность используемого материала не приближается к 48 (МПа) / (кг / м 3 ). Материалы с низкой удельной прочностью требуют очень больших коэффициентов конусности, что соответствует большой (или астрономической) общей массе кабеля с соответствующими большими или невозможными затратами.

Структура [ править ]

Одна из концепций космического лифта связана с мобильной морской платформой.

Для многих планетных тел предложены самые разные конструкции космических лифтов. Почти каждая конструкция включает базовую станцию, кабель, альпинисты и противовес. Для земного космического лифта вращение Земли создает восходящую центробежную силу на противовесе. Противовес удерживается тросом, в то время как трос удерживается и натягивается противовесом. Базовая станция прикрепляет всю систему к поверхности Земли. Альпинисты поднимаются и спускаются по тросу с грузом.

Базовая станция [ править ]

Современные концепции базовой станции / якоря, как правило, представляют собой мобильные станции, большие океанские суда или другие мобильные платформы. Мобильные базовые станции будут иметь преимущество перед более ранними стационарными концепциями (с наземными якорями), поскольку они смогут маневрировать, чтобы избежать сильных ветров, штормов и космического мусора . Океанские якорные точки также обычно находятся в международных водах , что упрощает и снижает стоимость согласования использования территории для базовой станции. [2]

Стационарные наземные платформы будут иметь более простой и менее затратный логистический доступ к базе. У них также будет преимущество, заключающееся в возможности находиться на большой высоте, например, на вершине горы. В альтернативной концепции базовая станция может быть вышкой, образующей космический лифт, который включает в себя как опорную башню, расположенную близко к поверхности, так и тросовую конструкцию на больших высотах. [16] Комбинация компрессионной конструкции с натяжной структурой уменьшит нагрузки от атмосферы на земном конце троса и уменьшит расстояние до гравитационного поля Земли, на которое необходимо удлинить кабель, и, таким образом, снизит критическое отношение прочности к плотности. требования к материалу кабеля при прочих равных условиях.

Кабель [ править ]

Углеродные нанотрубки - один из кандидатов на роль материала кабеля [35].
Морская якорная станция также будет действовать как глубоководный морской порт .

Кабель космического лифта должен нести собственный вес, а также дополнительный вес альпинистов. Требуемая прочность кабеля будет варьироваться в зависимости от его длины. Это связано с тем, что в различных точках он должен будет нести вес кабеля внизу или создавать направленную вниз силу, чтобы удерживать кабель и противовес наверху. Максимальное натяжение кабеля космического лифта будет на геосинхронной высоте, поэтому кабель должен быть там наибольшей толщины и сужаться по мере приближения к Земле. Любая потенциальная конструкция кабеля может быть охарактеризована коэффициентом конусности - соотношением радиуса кабеля на геостационарной высоте и у поверхности Земли. [49]

Кабель должен быть изготовлен из материала с высоким отношением прочности на разрыв к плотности . Например, в конструкции космического лифта Эдвардс используется материал кабеля с пределом прочности на разрыв не менее 100 гигапаскалей . [2] Поскольку Эдвардс последовательно предполагал, что плотность его кабеля из углеродных нанотрубок составляет 1300 кг / м 3 , [20] это подразумевает удельную прочность 77 мегапаскаль / (кг / м 3 ). Это значение учитывает весь вес космического лифта. Неискаженный кабель космического лифта потребует материала, способного выдержать длину 4 960 километров (3080 миль) собственного веса на уровне моря, чтобы достичь геостационарной орбиты.высота 35 786 км (22 236 миль) без уступок. [50] Следовательно, необходим материал с очень высокой прочностью и легкостью.

Для сравнения, такие металлы, как титан, сталь или алюминиевые сплавы, имеют разрывную длину всего 20–30 км (0,2–0,3 МПа / (кг / м 3 )). Современные волокнистые материалы, такие как кевлар , стекловолокно и углеродно-графитовое волокно, имеют разрывную длину 100–400 км (1,0–4,0 МПа / (кг / м 3 )). Ожидается, что материалы наноинженерии, такие как углеродные нанотрубки и недавно обнаруженные графеновые ленты (идеальные двумерные слои углерода), будут иметь разрывную длину 5000-6000 км (50-60 МПа / (кг / м 3 )), а также способны проводить электрическую энергию. [ необходима цитата ]

Для космического лифта на Земле с его сравнительно высокой гравитацией материал кабеля должен быть прочнее и легче, чем материалы, доступные в настоящее время. [51] По этой причине основное внимание уделялось разработке новых материалов, отвечающих жестким требованиям к прочности. В отношении высокой удельной прочности углерод имеет преимущества, потому что это только шестой элемент в периодической таблице . Углерод имеет сравнительно небольшое количество протонов и нейтронов, которые составляют большую часть мертвого веса любого материала. Большая часть сил межатомной связи любого элемента создается только несколькими внешнимиэлектроны. Для углерода прочность и стабильность этих связей высоки по сравнению с массой атома. Проблема использования углеродных нанотрубок по-прежнему заключается в том, чтобы расширить до макроскопических размеров производство такого материала, который все еще является идеальным в микроскопическом масштабе (поскольку микроскопические дефекты являются наиболее ответственными за слабость материала). [51] [52] [53] По состоянию на 2014 год технология углеродных нанотрубок позволяла выращивать трубки до нескольких десятых метра. [54]

В 2014 году впервые были синтезированы алмазные нанонити . [12] Поскольку они обладают прочностными свойствами, аналогичными углеродным нанотрубкам, алмазные нанонити быстро стали рассматриваться как кандидатный материал для кабелей. [13]

Альпинисты [ править ]

Концептуальный рисунок альпиниста космического лифта, поднимающегося сквозь облака.

Космический лифт не может быть лифтом в обычном понимании (с движущимися кабелями) из-за того, что кабель должен быть значительно шире в центре, чем на концах. Хотя были предложены различные конструкции, использующие движущиеся кабели, большинство конструкций кабелей требует, чтобы «лифт» поднимался по стационарному кабелю.

Альпинисты охватывают широкий диапазон дизайнов. В конструкциях лифтов, кабели которых представляют собой плоские ленты, большинство предлагает использовать пары роликов для удержания кабеля за счет трения.

Альпинистам необходимо будет двигаться в оптимальное время, чтобы минимизировать напряжение и колебания кабеля и максимизировать пропускную способность. Более легких альпинистов можно было отправлять чаще, причем несколько человек поднимались наверх одновременно. Это несколько повысит пропускную способность, но снизит массу каждой отдельной полезной нагрузки. [55]

Когда машина набирает высоту, трос слегка наклоняется из-за силы Кориолиса. Верх кабеля перемещается быстрее, чем нижний. При подъеме альпинист ускоряется в горизонтальном направлении за счет силы Кориолиса, создаваемой углами троса. Показанный угол наклона преувеличен.

Горизонтальная скорость, т. Е. Из-за орбитального вращения, каждой части кабеля увеличивается с высотой пропорционально расстоянию от центра Земли, достигая низкой орбитальной скорости в точке примерно на 66 процентах высоты между поверхностью и геостационарной орбитой. или высотой около 23 400 км. Полезная нагрузка, выпущенная в этот момент, выйдет на высоко эксцентричную эллиптическую орбиту, оставаясь едва укрытой от входа в атмосферу, с перицентром на той же высоте, что и НОО, и апоапсисом на высоте выхода. С увеличением высоты выброса орбита станет менее эксцентричной по мере увеличения перицентра и апоапсиса, становясь круговой на геостационарном уровне. [56] [57]Когда полезная нагрузка достигает GEO, горизонтальная скорость в точности равна скорости круговой орбиты на этом уровне, так что в случае высвобождения она останется рядом с этой точкой на кабеле. Полезная нагрузка также может продолжать подниматься по кабелю за пределами GEO, что позволяет ему развивать более высокую скорость при сбросе. Если бы он был выпущен с расстояния 100 000 км, полезный груз имел бы достаточную скорость, чтобы достичь пояса астероидов. [48]

Когда полезный груз поднимается на космическом лифте, он набирает не только высоту, но и горизонтальную скорость (угловой момент). Угловой момент берется из вращения Земли. По мере того, как альпинист поднимается, он сначала движется медленнее, чем каждая последующая часть троса, по которой он движется. Это сила Кориолиса : альпинист "тянет" (на запад) по тросу, когда он набирает высоту, и немного снижает скорость вращения Земли. Противоположный процесс будет происходить с нисходящей полезной нагрузкой: кабель наклонен на восток, что немного увеличивает скорость вращения Земли.

Общий эффект центробежной силы, действующей на кабель, заставил бы его постоянно пытаться вернуться к энергетически выгодной вертикальной ориентации, поэтому после того, как объект был поднят на кабель, противовес повернулся бы назад к вертикали, немного как маятник. [55] Космические лифты и их нагрузки должны быть спроектированы так, чтобы центр масс всегда находился достаточно хорошо над уровнем геостационарной орбиты [58], чтобы удерживать всю систему. Операции подъема и спуска должны быть тщательно спланированы, чтобы держать под контролем маятниковое движение противовеса вокруг точки привязи. [59]

Скорость альпиниста будет ограничиваться силой Кориолиса, доступной мощностью и необходимостью убедиться, что ускоряющая сила альпиниста не порвет трос. Альпинистам также необходимо поддерживать минимальную среднюю скорость, чтобы перемещать материал вверх и вниз экономично и быстро. [ необходима цитата ] На скорости очень быстрого автомобиля или поезда 300 км / ч (190 миль / ч) потребуется около 5 дней, чтобы подняться на геостационарную орбиту. [60]

Силы для альпинистов [ править ]

И мощность, и энергия являются серьезными проблемами для альпинистов - альпинистам необходимо как можно быстрее набрать большое количество потенциальной энергии, чтобы очистить кабель для следующей полезной нагрузки.

Были предложены различные методы, чтобы передать эту энергию альпинисту:

  • Передайте энергию альпинисту посредством беспроводной передачи энергии во время восхождения.
  • Передайте энергию альпинисту через некую материальную структуру во время восхождения.
  • Накапливайте энергию в альпинисте перед его стартом - требуется чрезвычайно высокая удельная энергия, например, ядерная энергия.
  • Солнечная энергия - после первых 40 км можно использовать солнечную энергию для питания альпиниста [61]

Беспроводная передача энергии, такая как передача мощности лазера, в настоящее время считается наиболее вероятным методом с использованием мегаваттных лазеров на свободных электронах или твердотельных лазеров в сочетании с адаптивными зеркалами шириной примерно 10 м (33 фута) и фотоэлектрической решеткой на альпинистке, настроенной на частоту лазера. для эффективности. [2] Для альпинистских конструкций, приводимых в действие силовым лучом, эта эффективность является важной целью проектирования. Неиспользованную энергию необходимо будет повторно отводить с помощью систем отвода тепла, которые увеличивают вес.

Йошио Аоки, профессор кафедры точного машиностроения в Университете Нихон и директор Японской ассоциации космических лифтов, предложил включить второй кабель и использовать проводимость углеродных нанотрубок для обеспечения энергии. [32]

Противовес [ править ]

Космический лифт с космической станцией

В качестве противовеса было предложено несколько решений:

  • тяжелый захваченный астероид ; [15] [62]
  • пространство стыковки , космической станции или космодром расположен мимо геостационарной орбиты
  • дальнейшее удлинение кабеля вверх, чтобы чистая тяга вверх была такой же, как у эквивалентного противовеса;
  • припаркованные отработанные альпинисты, которые использовались для утолщения кабеля во время строительства, другой мусор и материалы поднимали кабель с целью увеличения противовеса. [48]

Удлинение кабеля имеет преимущество в некоторой простоте задачи и в том факте, что полезная нагрузка, которая дошла до конца троса противовеса, приобретала бы значительную скорость относительно Земли, позволяя запускать ее в межпланетное пространство. Его недостатком является необходимость производить большее количество материала кабеля, а не использовать что-либо имеющееся, имеющее массу.

Приложения [ править ]

Запуск в глубокий космос [ править ]

Объект, прикрепленный к космическому лифту в радиусе примерно 53 100 км, при высвобождении будет иметь убегающую скорость . Переходные орбиты к лагранжевым точкам L1 и L2 могут быть достигнуты путем выхода на 50 630 и 51 240 км, соответственно, и перевода на лунную орбиту с 50 960 км. [63]

На конце кабеля Пирсона протяженностью 144 000 км (89 000 миль) тангенциальная скорость составляет 10,93 километра в секунду (6,79 миль / с). Этого более чем достаточно, чтобы вырваться из гравитационного поля Земли и отправить зонды как минимум на Юпитер . Оказавшись на Юпитере, гравитационный маневр может позволить достичь скорости убегания Солнца. [46]

Внеземные лифты [ править ]

Космический лифт может быть построен и на других планетах, астероидах и лунах.

Марсианский привязь может быть намного короче , чем один на Земле. Поверхностная гравитация Марса составляет 38 процентов от земной, при этом он вращается вокруг своей оси примерно за то же время, что и Земля. Из-за этого марсианская стационарная орбита намного ближе к поверхности, и, следовательно, лифт может быть намного короче. Современные материалы уже достаточно прочные, чтобы построить такой лифт. [64] Строительство марсианского лифта будет осложнено марсианской луной Фобосом., которая находится на низкой орбите и регулярно пересекает экватор (дважды за каждый период обращения 11 ч 6 мин). Фобос и Деймос могут помешать геостационарному космическому лифту, однако они могут внести в проект полезные ресурсы. Предполагается, что Фобос будет содержать большое количество углерода. Если углеродные нанотрубки станут пригодными для использования в качестве связующего материала, в локальном районе Марса будет изобилие углерода. Это может обеспечить легкодоступные ресурсы для будущей колонизации Марса.

Фобос также мог бы стать хорошим противовесом космическому лифту. Он достаточно массивен, чтобы неуравновешенные силы, создаваемые космическим лифтом, не влияли на орбиту планеты. Но поскольку Фобос не находится на геостационарной орбите, привязь не сможет закрепиться на земле. Конец троса должен находиться во внешней атмосфере и проходить над одним и тем же местом дважды в марсианский день. [65]

Луна Земли является потенциальным местом для лунного космического лифта , тем более что удельная прочность, необходимая для троса, достаточно мала для использования доступных в настоящее время материалов. Луна вращается недостаточно быстро, чтобы лифт поддерживался центробежной силой (близость Земли означает, что нет эффективной лунно-стационарной орбиты), но дифференциальные силы тяжести означают, что лифт может быть построен через точки Лагранжа . Боковой лифт будет проходить через L1 Земля-Луна.точка от точки привязки около центра видимой части Луны: длина такого лифта должна превышать максимальную высоту L1, составляющую 59 548 км, и должна быть значительно больше, чтобы уменьшить массу требуемого вершинного противовеса. [66] Лунный лифт на дальней стороне пройдет через точку Лагранжа L2 и должен быть длиннее, чем на ближней стороне: опять же, длина троса зависит от выбранной массы якоря вершины, но он также может быть изготовлен из существующих инженерные материалы. [66]

Быстро вращающиеся астероиды или луны могут использовать кабели для выброса материалов в удобные точки, такие как орбиты Земли; [67] или, наоборот, для выброса материалов для отправки части массы астероида или Луны на орбиту Земли или в точку Лагранжа . Фримен Дайсон , физик и математик, предложил [ необходима цитата ] использовать такие меньшие системы, как генераторы энергии, в точках, удаленных от Солнца, где солнечная энергия неэкономична.

По словам Фрэнсиса Грэма из Кентского государственного университета, космический лифт с использованием имеющихся в настоящее время инженерных материалов может быть построен между взаимно заблокированными мирами, такими как Плутон и Харон или компоненты двойного астероида 90 Антиопа . [68] Однако необходимо использовать намотанный кабель переменной длины из-за эллиптичности орбит.

Строительство [ править ]

Основная статья: Строительство космического лифта

Строительство космического лифта потребует снижения некоторых технических рисков. Требуется некоторый прогресс в инженерии, производстве и физических технологиях. [2] После того, как будет построен первый космический лифт, второй и все остальные будут использовать предыдущие для помощи в строительстве, что значительно снизит их затраты. Такие последующие космические лифты также выиграют от значительного снижения технического риска, достигнутого за счет строительства первого космического лифта. [2]

До работы Эдвардса в 2000 году [20] большинство концепций построения космического лифта предполагали изготовление кабеля в космосе. Считалось, что это необходимо для такого большого и длинного объекта и для такого большого противовеса. В принципе, производство кабеля в космосе будет осуществляться с использованием астероида или объекта, сближающегося с Землей, в качестве исходного материала. [69] [70] Эти более ранние концепции строительства требуют большой уже существующей космической инфраструктуры, чтобы вывести астероид на необходимую орбиту вокруг Земли. Они также потребовали разработки технологий для производства в космосе большого количества требовательных материалов. [71]

С 2001 года большая часть работ была сосредоточена на более простых методах строительства, требующих гораздо меньшей космической инфраструктуры. Они задумывают запуск длинного кабеля на большой катушке с последующим развертыванием его в космосе. [2] [20] [71]Катушка должна быть первоначально припаркована на геостационарной орбите над запланированной точкой привязки. Длинный кабель будет опущен «вниз» (к Земле) и уравновешен массой, опускаемой «вверх» (от Земли), чтобы вся система оставалась на геостационарной орбите. В более ранних проектах балансировочная масса представлялась другим кабелем (с противовесом), идущим вверх, при этом основная катушка оставалась на исходном уровне геосинхронной орбиты. Большинство современных конструкций поднимают саму катушку по мере разгрузки основного кабеля, что является более простым процессом. Когда нижний конец кабеля будет достаточно длинным, чтобы достичь поверхности Земли (на экваторе), он будет закреплен. После закрепления центр масс будет поднят больше (добавлением массы на верхнем конце или за счет увеличения количества троса).Это добавило бы большего натяжения ко всему тросу, который затем можно было бы использовать в качестве лифтового троса.

Один план строительства использует обычные ракеты для размещения начального семенного кабеля «минимального размера» всего 19 800 кг. [2] Этой первой очень маленькой ленты было бы достаточно, чтобы поддержать первого альпиниста весом 619 кг. Первые 207 альпинистов несли бы и прикрепили больше кабеля к оригиналу, увеличив его площадь поперечного сечения и расширив первоначальную ленту примерно до 160 мм в самом широком месте. В результате получился бы 750-тонный трос с грузоподъемностью 20 тонн на каждого альпиниста.

Проблемы безопасности и проблемы строительства [ править ]

Основная статья: Безопасность космического лифта

Для ранних систем время прохождения от поверхности до уровня геостационарной орбиты составило бы около пяти дней. В этих ранних системах времени, затрачиваемого на прохождение через радиационные пояса Ван Аллена, было бы достаточно, чтобы пассажиры были защищены от радиации экранированием, которое добавило бы альпинисту массы и уменьшило бы полезную нагрузку. [72]

Космический лифт представляет опасность для навигации как для самолетов, так и для космических кораблей. Самолеты могут быть отклонены из -за ограничений управления воздушным движением . Все объекты на устойчивых орбитах, перигей которых находится ниже максимальной высоты кабеля, но не синхронизированы с кабелем, в конечном итоге могут столкнуться с кабелем, если не будут приняты меры по их устранению. Одним из возможных решений, предложенных Эдвардсом, является использование подвижного якоря (морского якоря), позволяющего тросу «уклоняться» от любого космического мусора, достаточно большого, чтобы его можно было отследить. [2]

Удары космических объектов, таких как метеороиды, микрометеориты и находящийся на орбите искусственный мусор, создают еще одно конструктивное ограничение для кабеля. Кабель должен быть спроектирован так, чтобы убирать с пути мусор или поглощать удары мелкого мусора, не ломаясь.

Экономика [ править ]

Основная статья: Экономика космического лифта

С космическим лифтом материалы могут быть отправлены на орбиту за небольшую часть нынешних затрат. По состоянию на 2021 год , ракеты частично многоразового использования, такие как Falcon Heavy и Falcon 9 , в настоящее время стоят всего 11000 долларов США за килограмм (5100 долларов США за фунт ) для геостационарной переходной орбиты . [73] Текущие предложения по космическим лифтам предусматривают цены на полезную нагрузку, начиная с 220 долларов за килограмм (100 долларов за фунт ), [74] аналогично оценкам от 5 до 300 долларов за кг для цикла запуска , но выше, чем от 310 долларов за тонну до 500 км. орбита цитируется [75] доктору Джерри Пурнеллу для орбитальной системы дирижаблей.

Филип Раган, соавтор книги « Покидая планету на космическом лифте» , заявляет, что «первая страна, которая развернет космический лифт, получит 95-процентное преимущество в стоимости и потенциально может контролировать всю космическую деятельность». [76]

Международный консорциум космических лифтов (ISEC) [ править ]

Международная космическая Лифт Consortium (ISEC) является американской некоммерческой 501 (с) (3) корпорация [77] создана для содействия развитию, строительству и эксплуатации космического лифта как «революционный и эффективный способ пространства для всех человечность ". [78] Он был сформирован после конференции по космическим лифтам в Редмонде, штат Вашингтон, в июле 2008 года и стал дочерней организацией Национального космического общества [79] в августе 2013 года. [78] ISEC проводит ежегодную конференцию по космическим лифтам в Музее Сиэтла. Полет . [80] [81] [82]

ISEC координирует свою деятельность с двумя другими крупными обществами, специализирующимися на космических лифтах: Японской ассоциацией космических лифтов [83] и EuroSpaceward. [84] ISEC ежегодно поддерживает симпозиумы и презентации в Международной академии астронавтики [85] и Конгрессе Международной астронавтической федерации [86] .

Понятия, связанные с данным [ править ]

Традиционная нынешняя концепция «космического лифта» эволюционировала от статической сжимаемой конструкции, доходящей до уровня GEO, до современной базовой идеи статической растянутой конструкции, прикрепленной к земле и простирающейся намного выше уровня GEO. В современном использовании практикующими специалистами (и в этой статье) «космический лифт» означает тип Циолковского-Арцутанова-Пирсона, рассматриваемый Международным консорциумом космических лифтов. Этот обычный тип представляет собой статическую конструкцию, прикрепленную к земле и простирающуюся в космос на достаточно высокую высоту, чтобы груз мог подняться по конструкции с земли на уровень, где простое высвобождение выведет груз на орбиту . [87]

Некоторые концепции, относящиеся к этой современной базовой линии, обычно не называют «космическим лифтом», но в чем-то похожи и иногда их сторонники называют «космическим лифтом». Например, Ханс Моравец опубликовал в 1977 году статью под названием «Несинхронный орбитальный Skyhook », в которой описал концепцию использования вращающегося кабеля. [88] Скорость вращения будет точно соответствовать орбитальной скорости таким образом, чтобы скорость острия в самой низкой точке была равна нулю по сравнению с объектом, который нужно «поднять». Он будет динамически захватывать, а затем «поднимать» высоко летящие объекты на орбиту или низкоорбитальные объекты на более высокую орбиту.

Первоначальная концепция, представленная Циолковским, представляла собой компрессионную конструкцию, концепцию, аналогичную воздушной мачте . Хотя такие структуры могут достичь космоса (100 км), они вряд ли достигнут геостационарной орбиты. Предложена концепция башни Циолковского в сочетании с классическим космическим лифтом (выходящим выше уровня ГЕО). [16] Другие идеи используют очень высокие компрессионные башни, чтобы снизить требования к ракетам-носителям. [89] Транспортное средство «поднимается» на вышку, которая может подниматься выше уровня атмосферы , и запускается сверху. Такая высокая башня для доступа в космос на высоте 20 км (12 миль) была предложена различными исследователями. [89] [90][91]

Другие концепции для безракетного космического запуска связанного с космическим лифтом (или части космическим лифт) включают в себя орбитальное кольцо , пневматическое пространство башню, [92] в пространстве фонтан , а цикл запуска , а скайхук , а пространство привязь , а плавучий «SpaceShaft». [93]

Заметки [ править ]

  1. ^ Конкретные замены, использованные для создания фактора4,85 × 10 7 :

Ссылки [ править ]

  1. ^ "Что такое космический лифт?" . Международный консорциум космических лифтов. 2014 . Проверено 22 августа 2020 года .
  2. ^ Б с д е е г ч я J к Эдвардсу, Брэдли Карла. «Программа космических лифтов НИАК» . Институт перспективных концепций НАСА
  3. ↑ Хиршфельд, Боб (31 января 2002 г.). "Космический лифт получает подъемник" . TechTV . Архивировано из оригинала на 8 июня 2005 года . Проверено 13 сентября 2007 года . Впервые эта концепция была описана в 1895 году русским писателем К.Э. Циолковским в его «Размышлениях о Земле и Небе и о Весте».
  4. Рианна Флеминг, Ник (15 февраля 2015 г.). "Должны ли мы отказаться от мечты о космических лифтах?" . BBC . Проверено 4 января 2021 года . «Это очень сложно. Я не думаю, что действительно реально иметь космический лифт », - сказал Илон Маск во время конференции в Массачусетском технологическом институте, добавив, что было бы легче« построить мост из Лос-Анджелеса в Токио », чем лифт, который мог бы доставить материал в космос.
  5. Рианна Донахью, Мишель З. (21 января 2016 г.). «Люди все еще пытаются построить космический лифт» . Смитсоновский журнал . Проверено 4 января 2020 года . «Мы понимаем, что это сложный проект», - говорит ЁдзиИшикава. «Наша технология очень низка. Если нам нужно быть на отметке 100, чтобы построить лифт - прямо сейчас у нас 1 или 2 балла. Но мы не можем сказать, что этот проект невозможен ».
  6. ^ «Почему мир все еще ждет своего первого космического лифта» . Экономист. 30 января 2018 . Проверено 4 января 2020 года . Главное препятствие состоит в том, что ни один из известных материалов не обладает необходимой комбинацией легкости и прочности, необходимой для кабеля, который должен выдерживать собственный вес. Углеродные нанотрубки часто рекламируются как возможность, но они имеют лишь примерно одну десятую необходимого отношения прочности к весу и не могут быть превращены в нити длиной более нескольких сантиметров, не говоря уже о тысячах километров. Алмазные нанонити, еще одна экзотическая форма углерода, могут быть прочнее, но их свойства все еще плохо изучены.
  7. ^ a b "Космические лифты: передовая инфраструктура Земля-космос для нового тысячелетия" , NASA / CP-2000-210429, Центр космических полетов им. Маршалла, Хантсвилл, Алабама, 2000 ( архив )
  8. ^ a b Каин, Фрейзер (27 апреля 2005 г.). «Группа космических лифтов по производству нанотрубок» . Вселенная сегодня . Проверено 5 марта 2006 года .
  9. ↑ Арон, Джейкоб (13 июня 2016 г.). «Углеродные нанотрубки слишком слабы, чтобы поднимать космический лифт с земли» . Новый ученый . Проверено 3 января 2020 года .Фэн Дин из Гонконгского политехнического университета и его коллеги смоделировали УНТ с одним неуместным атомом, превратив два шестиугольника в пятиугольник и семиугольник и создав излом в трубке. Они обнаружили, что этого простого изменения было достаточно, чтобы снизить идеальную прочность УНТ до 40 ГПа, причем эффект стал еще более серьезным, когда они увеличили количество смещенных атомов ... Это плохая новость для людей, которые хотят построить космический лифт, кабель между Землей и орбитальным спутником, который обеспечит легкий доступ в космос. По оценкам, для такого кабеля потребуется предел прочности на разрыв 50 ГПа, поэтому УНТ были многообещающим решением, но исследования Динга показывают, что они не будут работать.
  10. ^ Кристенсен, Billn (2 июня 2006). «Нанотрубки могут не иметь нужного материала» . Space.com . Проверено 3 января 2020 года . Недавние расчеты Никола Пуньо из Политехнического института Турина, Италия, предполагают, что кабели из углеродных нанотрубок не будут работать ... Согласно их расчетам, кабель должен быть в два раза прочнее любого существующего материала, включая графит, кварц и алмаз.
  11. Перейти ↑ Whittaker, Clay (15 июня 2016 г.). «Углеродные нанотрубки не могут управлять космическим лифтом» . Популярная наука . Проверено 3 января 2020 года . Хорошо, люди, планы космических лифтов вернулись на круги своя. Углеродные нанотрубки, вероятно, не станут нашим материальным решением для космического лифта, потому что, очевидно, даже незначительный (читай: атомный) недостаток в конструкции резко снижает прочность.
  12. ^ a b Кальдероне, Джулия (26 сентября 2014 г.). «Жидкий бензол, сжатый для образования алмазных нанонитей» . Scientific American . Проверено 22 июля 2018 года .
  13. ^ a b Энтони, Себастьян (23 сентября 2014 г.). «Новые алмазные нанонити могут стать ключевым материалом для строительства космического лифта» . Экстремальные технологии . Зефф Дэвис, ООО . Проверено 22 июля 2018 года .
  14. Перейти ↑ Moravec, Hans (1978). Несинхронные орбитальные небесные крюки для Луны и Марса с использованием обычных материалов . Университет Карнеги Меллон. frc.ri.cmu.edu
  15. ^ а б "Дерзкий космический лифт" . Новости науки НАСА. Архивировано из оригинального 19 сентября 2008 года . Проверено 27 сентября 2008 года .
  16. ^ a b c Лэндис, Джеффри А. и Кафарелли, Крейг (1999). Представлено в виде доклада IAF-95-V.4.07, 46-й Конгресс Международной федерации астронавтики, Осло, Норвегия, 2–6 октября 1995 г. «Повторное обследование башни Циолковского». Журнал Британского межпланетного общества . 52 : 175–180. Bibcode : 1999JBIS ... 52..175L .
  17. ^ Арцутанов, Ю. (1960). «В космос на электричке» (PDF) . liftport.com . Молодежная правда. Архивировано из оригинального (PDF) 6 мая 2006 года . Проверено 5 марта 2006 года .
  18. ^ Айзекс, JD; А.С. Вайн, Х. Брэднер и Дж. Э. Бахус; Брэднер; Бахус (1966). «Удлинение спутника в настоящий« небесный крюк » ». Наука . 151 (3711): 682–3. Bibcode : 1966Sci ... 151..682I . DOI : 10.1126 / science.151.3711.682 . PMID 17813792 . S2CID 32226322 .  
  19. ^ Пирсон, Дж. (1975). «Орбитальная башня: пусковая установка космического корабля, использующая энергию вращения Земли» (PDF) . Acta Astronautica . 2 (9–10): 785–799. Bibcode : 1975AcAau ... 2..785P . CiteSeerX 10.1.1.530.3120 . DOI : 10.1016 / 0094-5765 (75) 90021-1 .  
  20. ^ a b c d Брэдли С. Эдвардс, " Космический лифт "
  21. ↑ Science @ NASA, "Audacious & Outrageous: Space Elevators". Архивировано 19 сентября 2008 г., Wayback Machine , сентябрь 2000 г.
  22. ↑ Бойл, Алан (27 августа 2004 г.). «Предлагается конкурс космических лифтов» . NBC News .
  23. ^ "Космический лифт - Лифт: 2010" . Проверено 5 марта 2006 года .
  24. ^ "Правила соревнований роботов-скалолазов по ленте космического лифта" . Архивировано из оригинала 6 февраля 2005 года . Проверено 5 марта 2006 года .
  25. ^ «НАСА объявляет о призах за первое столетие» . 2005 . Проверено 5 марта 2006 года .
  26. ↑ Бритт, Роберт Рой (24 марта 2005 г.). «НАСА сообщает подробности о денежных призах за приватизацию космоса» . Space.com . Проверено 5 марта 2006 года .
  27. ^ "Что такое европейский космический лифт?" . Европейский космический лифт . Проверено 21 апреля 2011 года .
  28. ^ Groshong, Kimm (15 февраля 2006). «Космический лифт набирает высоту в милю» . Новый ученый . Проверено 5 марта 2006 года .
  29. ^ "Если бы космический лифт когда-либо и собирался произойти, он мог бы получить свое начало в Нью-Джерси. Вот как это пошло не так" . NJ.com. 28 марта 2019 . Проверено 11 мая 2019 года .
  30. ↑ Лифт: 2010 - Проблема космического лифта . spaceward.org
  31. ^ Spaceward Games 2007 . Фонд Spaceward
  32. ^ a b c Льюис, Лео (22 сентября 2008 г.). «Япония надеется превратить научную фантастику в реальность с помощью лифта к звездам» . The Times . Лондон . Проверено 23 мая 2010 года .Льюис, Лео; News International Group; по состоянию на 22 сентября 2008 г.
  33. ^ «Покидая планету на космическом лифте» .Эдвардс, Брэдли С. и Вестлинг, Эрик А. и Рэган, Филип; Leasown Pty Ltd .; по состоянию на 26 сентября 2008 г.
  34. ^ Эдвардс, Брэдли C; Филип Рэган (2008). Космический лифт: покидая планету на космическом лифте (на японском). 東京. ISBN 9784270003350.
  35. ^ a b «Поднимаясь вверх: японский строитель смотрит на космический лифт» . Phys.org . 22 февраля 2012 г.
  36. Рианна Дейли, Джейсон (5 сентября 2018 г.). «Япония делает крошечный первый шаг к космическому лифту» . Смитсоновский журнал .
  37. Перейти ↑ Ishikawa, Y. (2016). «Концепция строительства космического лифта корпорации Obayashi» . Журнал Британского межпланетного общества . 69 : 227–239. Bibcode : 2016JBIS ... 69..227I . Проверено 5 января 2021 года .
  38. ^ Свон, Питер А .; Райт, Дэвид I .; Свон, Кэти У .; Пенни, Роберт Э .; Кнапман, Джон М. (2013). Космические лифты: оценка технологической осуществимости и перспективы развития . Вирджиния, США: Международная академия астронавтики. С. 10–11, 207–208. ISBN 9782917761311.
  39. Перейти ↑ Swan, P., Penny, R., Swan, C. «Живучесть космического лифта, предотвращение образования космического мусора», Lulu.com Publishers, 2011 [ самостоятельно опубликованный источник ]
  40. ^ Gayomali, Крис (15 апреля 2014). «Google X подтверждает слухи: он действительно пытался создать космический лифт» . Быстрая компания . Проверено 17 апреля 2014 года .
  41. ↑ Сноуден, Скотт (2 октября 2018 г.). «Колоссальный лифт в космос может подняться в воздух раньше, чем вы могли себе представить» . NBC News .
  42. ↑ Барбер, Меган (12 сентября 2018 г.). «Япония пытается построить лифт в космос» . Curbed.com . Проверено 18 сентября 2018 года .
  43. ^ "Япония испытывает миниатюрный космический лифт около Международной космической станции" .
  44. ^ Swan PA, Raitt DI, Knapman JM, Цутида A, Fitzgerald MA, Ishikawa Y (30 мая 2019). Дорога в эпоху космических лифтов . Международная академия космонавтики. ISBN 978-0-9913370-3-3.CS1 maint: uses authors parameter (link)
  45. ^ «Технология космического лифта и графен: интервью с Адрианом Никсоном» . 23 июля 2018.
  46. ^ Б с д е е г ч я Аравиндом, ПК (2007). «Физика космического лифта» (PDF) . Американский журнал физики . 45 (2): 125. Bibcode : 2007AmJPh..75..125A . DOI : 10.1119 / 1.2404957 .
  47. ^ Артукович, Ранко (2000). «Космический лифт». zadar.net
  48. ^ a b c d Эдвардс BC, Вестлинг EA. (2002) Космический лифт: революционная транспортная система Земля-космос. Сан-Франциско, США: ISBN Spageo Inc. 0-9726045-0-2 . 
  49. ↑ Globus, Al; и другие. «NAS-97-029: NASA Applications of Molecular Nanotechnology» (PDF) . НАСА . Проверено 27 сентября 2008 года .
  50. ^ Эта «длина убегания» в 4960 км (рассчитанная Артуром Кларком в 1979 году) намного короче, чем фактическое пройденное расстояние, потому что центробежные силы резко увеличиваются (а сила тяжести) резко увеличивается с высотой: Clarke, AC (1979). «Космический лифт:« мысленный эксперимент »или ключ ко вселенной?» .
  51. ^ a b Шарр, Джиллиан (29 мая 2013 г.). «Космические лифты приостановлены, по крайней мере, до тех пор, пока не появятся более прочные материалы, - говорят эксперты» . Huffington Post .
  52. ^ Feltman, R. (7 марта 2013). «Почему у нас нет космических лифтов?» . Популярная механика .
  53. ↑ Темплтон, Грэм (6 марта 2014 г.). «60 000 миль вверх: космический лифт может быть построен к 2035 году, - говорится в новом исследовании» . Экстремальные технологии . Проверено 14 апреля 2014 года .
  54. ^ Ван, X .; Li, Q .; Xie, J .; Jin, Z .; Wang, J .; Li, Y .; Jiang, K .; Фан, С. (2009). «Изготовление сверхдлинных и электрически однородных однослойных углеродных нанотрубок на чистых подложках» (PDF) . Нано-буквы . 9 (9): 3137–3141. Bibcode : 2009NanoL ... 9.3137W . CiteSeerX 10.1.1.454.2744 . DOI : 10.1021 / nl901260b . PMID 19650638 . Архивировано из оригинального (PDF) 8 августа 2017 года.   
  55. ^ a b Лэнг, Дэвид Д. "Динамическая реакция космического лифта на альпинистов в пути" (PDF) .
  56. ^ Гассенд, Блэз. «Падающие альпинисты» . Проверено 16 декабря 2013 года .
  57. ^ "Космический лифт на низкую орбиту?" . Бесконечный Skyway . 19 мая 2010 . Проверено 16 декабря 2013 года .
  58. ^ Гассенд, Блэз. «Почему центр масс космического лифта не находится на GEO» . Проверено 30 сентября 2011 года .
  59. ^ Коэн, Стивен С .; Мисра, Арун К. (2009). «Влияние транзита альпиниста на динамику космического лифта». Acta Astronautica . 64 (5–6): 538–553. Bibcode : 2009AcAau..64..538C . DOI : 10.1016 / j.actaastro.2008.10.003 .
  60. ^ Билл Фосетт, Майкл Лейн и Том Ньюджент младший. (2006). ЛИФТПОРТ . Канада: Meisha Merlin Publishing, Inc., стр. 103. ISBN 978-1-59222-109-7.
  61. ^ Свон, Пенсильвания; Лебедь, CW; Пенни, RE; Knapman, JM; Гласковский П.Н. "Проектирование подъемников на тросах космических лифтов" (PDF) . ISEC . Архивировано из оригинального (PDF) 16 января 2017 года. В течение последних десяти лет предполагалось, что единственная доступная энергия будет поступать с поверхности Земли, поскольку это было недорого и технологически осуществимо. Однако в течение последних десяти лет дискуссий, докладов на конференциях, космических исследований IAA и интереса во всем мире многие обсуждения привели некоторых людей к следующим выводам: • Технология солнечных батарей быстро улучшается и даст достаточно энергии для восхождения • Потрясающе успехи происходят в легких развертываемых структурах
  62. ^ Chodosh, Sara (29 марта 2017). «Это здание, свисающее с астероида, абсурдно, но давайте на секунду отнесемся к нему серьезно» . Популярная наука . Проверено 4 сентября 2019 года .
  63. ^ Энгель, Килиан А. "IAC-04-IAA.3.8.3.04 Лунные сценарии транспортировки с использованием космического лифта" (PDF) . www.spaceelevator.com. Архивировано из оригинального (PDF) 24 апреля 2012 года.
  64. ^ Вперед, Роберт Л. и Моравек, Ханс П. (22 марта 1980 г.) Космические лифты . Университет Карнеги Меллон. «Интересно, что они уже более чем достаточно сильны, чтобы строить небесные крюки на Луне и Марсе».
  65. ^ Вайнштейн, Леонард (2003). «Колонизация космоса с помощью космических лифтов с Фобоса». НАСА . 654 : 1227–1235. Bibcode : 2003AIPC..654.1227W . DOI : 10.1063 / 1.1541423 . ЛВП : 2060/20030065879 .
  66. ^ a b Пирсон, Джером; Левин, Евгений; Олдсон, Джон; Уайкс, Гарри (2005). «Лунные космические лифты для Фазы I освоения окололунного космоса. Заключительный технический отчет» (PDF) .
  67. ^ Бен Shelef, то Spaceward Фонд Астероид Slingshot Экспресс - Tether на основе Sample Return
  68. ^ Graham FG (2009). «Эскизный проект кабельного космического корабля, соединяющего взаимно заблокированные планетные тела». 45-я конференция и выставка по совместным двигательным установкам AIAA / ASME / SAE / ASEE . DOI : 10.2514 / 6.2009-4906 . ISBN 978-1-60086-972-3.
  69. ^ Д. В. Смитерман (ред.), Космические лифты: передовая инфраструктура Земля-космос для нового тысячелетия , НАСА / CP-2000-210429, Центр космических полетов Маршалла, Хантсвилл, Алабама, 2000
  70. ^ Хайн, AM, Производство троса космического лифта с использованием ОСЗ: предварительная оценка , Международный астронавтический конгресс 2012 г., IAC-2012, Неаполь, Италия, 2012 г.
  71. ^ a b Космические лифты: оценка технологической осуществимости и дальнейших действий, стр. 326, http://www.virginiaedition.com/media/spaceelevators.pdf
  72. ^ «Космические лифты:« Первый этаж, смертельная радиация! » » . Новый ученый . Reed Business Information Ltd. 13 ноября 2006 . Проверено 2 января 2010 года .
  73. ^ «Возможности и услуги» (PDF) . SpaceX.com . SpaceX . Проверено 4 февраля 2021 года . Falcon 9: 62 миллиона долларов за 5,5 метрических тонн. Falcon Heavy: 90 миллионов долларов за до 8 метрических тонн.
  74. ^ The Spaceward Foundation. "Часто задаваемые вопросы о космическом лифте" . Маунтин-Вью, Калифорния. Архивировано из оригинального 27 февраля 2009 года . Проверено 3 июня 2009 года .
  75. ^ Pournelle, Джерри (23 апреля 2003). «Пятничный ВЗГЛЯД с конференции по доступу в космос 2004 года» . Проверено 1 января 2010 года .
  76. ^ Рамадж, Эндрю; Шнайдер, Кейт (17 ноября 2008 г.). «Гонка за постройкой первого в мире космического лифта» . news.com.au .
  77. ^ "Подача ISEC IRS" . apps.irs.gov . Проверено 9 февраля 2019 года .
  78. ^ a b «Что такое ISEC?: О нас» . ISEC . Архивировано из оригинала 7 июля 2012 года . Проверено 2 июня 2012 года .
  79. ^ «Филиалы NSS» . www.nss.org . Проверено 30 августа 2015 года .
  80. ↑ Дэвид, Леонард (22 сентября 2014 г.). «Защитники космических лифтов высоко оценивают инновационные концепции» . Space.com . Проверено 13 февраля 2019 года .
  81. ^ "Международный консорциум космических лифтов (ISEC) 2017 Конференция по космическим лифтам" . Национальное космическое общество . Проверено 13 февраля 2019 года .
  82. ↑ Буше, Марк (17 июля 2012 г.). «Ежегодная конференция по космическому лифту на 25–27 августа» . SpaceRef . Проверено 13 февраля 2019 года .
  83. ^ "Японская ассоциация космических лифтов" . 一般 ｜ JSEA 一般 社 団 法人 宇宙 エ レ ベ ー タ ー 協会. Проверено 30 августа 2015 года .
  84. ^ "Eurospaceward" . Eurospaceward . 30 августа 2015 года . Проверено 30 августа 2015 года .
  85. ↑ Акира, Цучида (2 октября 2014 г.). "Домашняя страница Исследовательской группы 3.24, Эра Пути в Космический Лифт" . Международная академия астронавтики (МАА) . Международная академия астронавтики (МАА) . Проверено 30 августа 2015 года .
  86. ^ «Расписание встреч IAC 2014» . Международная астронавтическая федерация . Проверено 30 августа 2015 года .
  87. ^ «CLIMB: Журнал Международного консорциума космических лифтов», том 1, номер 1, декабрь 2011 г. Этот журнал цитируется как пример того, что международное сообщество обычно считает термином «космический лифт». [1]
  88. ↑ Moravec, Hans P. (октябрь – декабрь 1977 г.). "Несинхронный орбитальный Skyhook". Журнал астронавтических наук . 25 : 307–322. Bibcode : 1977JAnSc..25..307M .
  89. ^ a b Куайн, BM; Сет, РК; Чжу, Ж. (2009). «Отдельно стоящая конструкция космического лифта: практичная альтернатива космическому тросу» (PDF) . Acta Astronautica . 65 (3-4): 365. Bibcode : 2009AcAau..65..365Q . CiteSeerX 10.1.1.550.4359 . DOI : 10.1016 / j.actaastro.2009.02.018 .  
  90. ^ Лэндис, Джеффри (1998). «Компрессионные конструкции для запуска на Землю». 34-я совместная конференция и выставка AIAA / ASME / SAE / ASEE по двигательным установкам . DOI : 10.2514 / 6.1998-3737 .
  91. ^ Hjelmstad, Кит, "Структурный дизайн Высокой башни" , иероглиф , 30 ноября 2013. Проверено 1 сентября 2015.
  92. ^ Ученые предполагают надувную альтернативу привязному космическому лифту , ZDNet , 17 июня 2009 г. Проверено в феврале 2013 г.
  93. ↑ Space Shaft: Или история, которая была бы немного лучше, если бы знал только один ... , Knight Science Journalism Tracker (MIT), 1 июля 2009 г.

Дальнейшее чтение [ править ]

  • Эдвардс BC, Рэган П. «Покидая планету на космическом лифте» Сиэтл, США: Лулу; 2006. ISBN 978-1-4303-0006-9. 
  • Эдвардс BC, Вестлинг EA. Космический лифт: революционная транспортная система Земля-космос. Сан-Франциско, США: Spageo Inc .; 2002. ISBN 0-9726045-0-2 . 
  • Публикация конференции, основанная на результатах семинара по перспективной космической инфраструктуре по концепциям геостационарного орбитального троса "космический лифт" (PDF), проведенного в 1999 году в Центре космических полетов НАСА им. Маршалла, Хантсвилл, Алабама. Составлено Д. В. Смитерманом-младшим, опубликовано в августе 2000 г.
  • «Политическая экономия очень больших космических проектов» HTML PDF , Джон Хикман, доктор философии. Журнал эволюции и технологий Vol. 4 ноября 1999 г.
  • Подъем в небеса Брэдли Карл Эдвардс
  • Зиемелис К. (2001) «Восход». В New Scientist 2289 : 24–27. Переиздано в SpaceRef . Титульный лист: «Большой космический лифт: машина мечты, которая превратит всех нас в космонавтов».
  • Космический лифт приближается к реальности . Обзор сайта space.com Леонардом Дэвидом, опубликованный 27 марта 2002 г.
  • Кришнасвами, Шридхар. Анализ напряжений - Орбитальная башня (PDF)
  • Дорожная карта LiftPort для Elevator To Space SE Дорожная карта (PDF)
  • Шига, Дэвид (28 марта 2008 г.). «Космические лифты сталкиваются с проблемой раскачивания» . Новый ученый .
  • Александр Болонкин, " Запуск и полет неракетных космических аппаратов ". Elsevier, 2005. 488 с. ISBN 978-0-08044-731-5 . 

Внешние ссылки [ править ]

Послушайте эту статью ( 54 минуты )
Разговорный значок Википедии
Этот аудиофайл был создан на основе редакции этой статьи от 29 мая 2006 г. и не отражает последующих правок. (2006-05-29)
( Аудио справка  · Больше устных статей )
  • The Economist: В ожидании космического лифта (8 июня 2006 г. - требуется подписка)
  • Причуды и кварки на CBC Radio 3 ноября 2001 г. На космическом лифте
  • Times of London Online: Поднимаемся ... и следующий этаж - космическое пространство
  • Космический лифт: «мысленный эксперимент» или ключ ко Вселенной? . Сэр Артур Кларк. Выступление на XXX-м Международном астронавтическом конгрессе, Мюнхен, 20 сентября 1979 г.