Космический лифт

Предлагаемый тип космической транспортной системы

Космический лифт задуман как трос, прикрепленный к экватору и ведущий 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 противостоять 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 с Северного полюса. Свободно летающий спутник (зеленая точка) показан на геостационарной орбите немного позади кабеля.

Космический лифт , также называемый космическим мостом , звездной лестницей и орбитальным лифтом , представляет собой предлагаемый тип транспортной системы между планетами и космосом, ^[1] часто изображаемый в научной фантастике. Основным компонентом будет кабель (также называемый тросом ) , прикрепленный к поверхности и уходящий в космос. Космический лифт наземного базирования не может быть построен с высокой башней, поддерживаемой снизу из-за огромного веса — вместо этого он будет состоять из троса, один конец которого прикреплен к поверхности вблизи экватора, а другой конец прикреплен к противовесу в космосе. за пределами геостационарной орбиты (высота 35 786 км). Конкурирующие силы гравитации, которая сильнее на нижнем конце, и восходящая центробежная сила, которая сильнее на верхнем конце, приведут к тому, что кабель удерживается, находится под натяжением и остается неподвижным в одном положении на Земле. При развернутом тросе альпинисты (гусеничные аппараты) могли неоднократно подниматься и спускаться по тросу механическими средствами, выпуская свой груз на орбиту и обратно. ^[2] Конструкция позволит транспортным средствам перемещаться напрямую между поверхностью планеты, например, Земли, и орбитой, без использования больших ракет .

Концепция башни, выходящей на геостационарную орбиту , была впервые опубликована в 1895 году Константином Циолковским . ^[3] Его предложение заключалось в создании отдельно стоящей башни, простирающейся от поверхности Земли до высоты геостационарной орбиты. Как и все здания, конструкция Циолковского находилась под сжатием , поддерживая свой вес снизу. С 1959 года большинство идей космических лифтов были сосредоточены на чисто натяжных конструкциях, при этом вес системы удерживался сверху центробежными силами. В концепции растяжения космический трос простирается от большой массы (противовеса) за пределами геостационарной орбиты до Земли. Эта конструкция удерживается в напряжении между Землей и противовесом, как перевернутый отвес . Толщина кабеля регулируется в зависимости от натяжения; он имеет максимум на геостационарной орбите и минимум на Земле.

Доступные материалы недостаточно прочны и легки , чтобы сделать земной космический лифт практичным. ^{[4] [5] [6]} Некоторые источники ожидают, что будущие достижения в области углеродных нанотрубок (УНТ) могут привести к практическому дизайну. ^{[2] [7] [8]} Другие источники полагают, что УНТ никогда не будут достаточно прочными. ^{[9] [10] [11]} Возможные будущие альтернативы включают нанотрубки из нитрида бора , алмазные нанонити ^{[12] [13]} и макромасштабный монокристаллический графен . ^[14]

Концепция применима и к другим планетам и небесным телам . Для мест в Солнечной системе с более слабой гравитацией, чем у Земли (например, Луна или Марс ), требования к соотношению прочности и плотности для материалов троса не столь проблематичны. Доступные в настоящее время материалы (такие как кевлар ) достаточно прочны и легки, чтобы их можно было использовать в качестве материала для тросов для лифтов. ^[15]

История

Ранние концепции

Константин Циолковский

Ключевая концепция космического лифта появилась в 1895 году, когда русского ученого Константина Циолковского вдохновила Эйфелева башня в Париже . Он рассматривал подобную башню, которая доходила до космоса и была построена от земли до высоты 35 786 километров (22 236 миль), высоты геостационарной орбиты . ^[16] Он отметил, что вершина такой башни будет вращаться вокруг Земли , как на геостационарной орбите. Объекты приобретали бы горизонтальную скорость из-за вращения Земли, когда они поднимались по башне, а объект, выпущенный на вершине башни, имел бы достаточную горизонтальную скорость, чтобы оставаться там на геостационарной орбите. Концептуальная башня Циолковского представляла собой конструкцию сжатия, тогда как современные концепции требуют конструкции натяжения (или «троса»).

20 век

Создание компрессионной конструкции с нуля оказалось нереальной задачей, поскольку не существовало материала с достаточной прочностью на сжатие, чтобы выдержать собственный вес в таких условиях. ^[17] В 1959 году русский инженер Юрий Н. Арцутанов предложил более осуществимое предложение. Арцутанов предложил использовать геостационарный спутник в качестве базы для развертывания конструкции вниз. С помощью противовеса кабель будет опускаться с геостационарной орбиты на поверхность Земли, в то время как противовес будет вытянут от спутника в сторону 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 ^[18] , но на английском языке оно появилось гораздо позже. Он также предложил уменьшить толщину кабеля, чтобы напряжение в нем оставалось постоянным. Это дало более тонкий кабель на уровне земли, который стал самым толстым на уровне геостационарной орбиты.

Идея башни и кабеля была предложена в квазиюмористической колонке Дэвида Джонса «Ариадна» в журнале 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 крюк», и опубликовали свой анализ в журнале Science . ^[19] 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 тогдашнего кабеля. существующие материалы, включая графит , кварц и алмаз .

В 1975 году американский учёный Джером Пирсон заново изобрел эту концепцию, опубликовав свой анализ в журнале Acta Astronautica . Он спроектировал ^[20] высотный профиль поперечного сечения, который сужался и лучше подходил для строительства лифта. Готовый кабель будет самым толстым на геостационарной орбите, где натяжение будет наибольшим, и самым узким на концах, чтобы уменьшить вес на единицу площади поперечного сечения, который должна будет выдерживать любая точка кабеля. Он предложил использовать противовес, который будет медленно удлиняться до 144 000 километров (89 000 миль) (почти половина расстояния до Луны ) по мере строительства нижних секций лифта. Без большого противовеса верхняя часть кабеля должна была бы 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 полезной нагрузки вверх и вниз по кабелю. Вес материала, необходимого для постройки лифта, потребовал бы тысячи полетов космических шаттлов , хотя часть материала можно было транспортировать вверх по лифту, когда нить минимальной прочности достигнет земли, или быть изготовленной в космосе из астероидной или лунной руды .

После разработки углеродных нанотрубок в 1990-х годах инженер Дэвид Смитерман из НАСА /Управления перспективных проектов Маршалла понял, что высокая прочность этих материалов может сделать осуществимой концепцию космического лифта, и организовал семинар в Центре космических полетов Маршалла . приглашение многих ученых и инженеров для обсуждения концепций и составления планов лифта, чтобы воплотить эту концепцию в реальность.

В 2000 году другой американский ученый, Брэдли Эдвардс , предложил создать ленту толщиной 100 000 км (62 000 миль) длиной, используя композитный материал из углеродных нанотрубок. ^[21] Он выбрал широкую и тонкую лентообразную форму поперечного сечения, а не более раннюю концепцию круглого поперечного сечения, потому что такая форма имела бы больше шансов выжить при ударе метеороидов. Форма поперечного сечения ленты также обеспечивала большую площадь поверхности, по которой альпинисты могли подниматься с помощью простых роликов. При поддержке Института передовых концепций НАСА работа Эдвардса была расширена и охватила сценарий развертывания, конструкцию альпиниста, систему подачи энергии, предотвращение орбитального мусора , якорную систему, выживание атомарного кислорода , предотвращение молний и ураганов путем размещения якоря в западной экваториальной части. Тихий океан, стоимость строительства, график строительства и экологические опасности. ^{[2] [7] [22]}

21-го века

Чтобы ускорить разработку космических лифтов, сторонники проекта организовали несколько конкурсов , подобных Ansari X Prize , для соответствующих технологий. ^{[23] [24]} Среди них Elevator:2010 , который организовывал ежегодные соревнования для альпинистов, лент и систем энергоизлучения с 2005 по 2009 год, соревнования Robogames Space Elevator Ribbon Climbing, ^[25] а также программа НАСА Centennial Challenges , который в марте 2005 года объявил о партнерстве с Spaceward Foundation (оператор «Лифта: 2010»), в результате чего общая стоимость призов увеличилась до 400 000 долларов США. ^{[26] [27]} Первый Европейский конкурс космических лифтов (EuSEC) по созданию альпинистской конструкции состоялся в августе 2011 года. ^[28]

В 2005 году « группа компаний по производству космических лифтов LiftPort объявила, что построит завод по производству углеродных нанотрубок в Милвилле, штат Нью-Джерси , чтобы снабжать этими прочными материалами различные компании по производству стекла, пластика и металла. Хотя LiftPort надеется в конечном итоге использовать углеродные нанотрубки. при строительстве космического лифта длиной 100 000 км (62 000 миль) этот шаг позволит компании заработать деньги в краткосрочной перспективе и провести 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 лента из стекловолокна шириной 5 см (2,0 дюйма) и толщиной 1 мм (0,039 дюйма) (около 13 листов бумаги), поднятая с помощью воздушных шаров. ^[29] В апреле 2019 года генеральный директор Liftport Майкл Лейн признал, что в реализации высоких амбиций компании в области космических лифтов достигнут незначительный прогресс, даже после получения начального финансирования на сумму более 200 000 долларов США. Завод по производству углеродных нанотрубок, о котором Liftport объявил в 2005 году, так и не был построен. ^[30]

В 2007 году Elevator: 2010 провел игры «Космический лифт 2007 года», в рамках которых были вручены награды в размере 500 000 долларов США за каждое из двух соревнований (всего 1 000 000 долларов США), а также дополнительные 4 000 000 долларов США, которые будут присуждены в течение следующих пяти лет за технологии, связанные с космическими лифтами. ^[31] Ни одна команда не выиграла соревнование, но команда из Массачусетского технологического института впервые приняла участие в соревновании с 2-граммовыми (0,07 унции) 100-процентными углеродными нанотрубками. ^[32] В ноябре 2008 года Япония провела международную конференцию по составлению графика строительства лифта. ^[33]

В 2012 году корпорация Obayashi объявила, что к 2050 году сможет построить космический лифт с использованием технологии углеродных нанотрубок. ^[34] Пассажирский альпинист проекта сможет достичь уровня GEO после 8-дневного путешествия. ^[35] Более подробная информация была опубликована в 2016 году. ^[36]

В 2013 году Международная академия астронавтики опубликовала оценку технологической осуществимости, в которой был сделан вывод, что критически важным улучшением характеристик является материал троса, который, по прогнозам, достигнет необходимой удельной прочности в течение 20 лет. В четырехлетнем исследовании были рассмотрены многие аспекты разработки космических лифтов, включая миссии, графики разработки, финансовые инвестиции, потоки доходов и выгоды. Сообщалось, что можно будет оперативно пережить меньшие столкновения и избежать более крупных столкновений с метеоритами и космическим мусором, и что ориентировочная стоимость подъема килограмма полезной нагрузки на ГСО и дальше составит 500 долларов. ^{[37] [38] [ собственный источник? ]}

В 2014 году научно-исследовательская группа Rapid Evaluation Google X приступила к проектированию космического лифта, в конечном итоге обнаружив, что никто еще не изготовил идеально сформированную нить углеродных нанотрубок длиной более метра. Поэтому они решили «глубоко заморозить» проект, а также следить за любыми достижениями в области углеродных нанотрубок. ^[39]

В 2018 году исследователи из японского университета Сидзуока запустили STARS-Me, два спутника CubeSat , соединенных тросом, по которому будет перемещаться мини-лифт. ^{[40] [41]} Эксперимент был начат как испытательный стенд для более крупной структуры. ^[42]

В 2019 году Международная академия астронавтики опубликовала «Дорога в эпоху космических лифтов» ^[43] — исследовательский отчет, обобщающий оценку космического лифта по состоянию на лето 2018 года. Суть в том, что широкая группа специалистов в области космоса собрала и оценила состояние разработки космического лифта, каждый из которых внес свой опыт и пришел к схожим выводам: (а) Земные космические лифты кажутся осуществимыми, что подтверждает вывод исследования IAA 2013 года (б) Начало разработки космических лифтов ближе, чем многие думают. Этот последний вывод основан на потенциальном процессе производства монокристаллического графена в макромасштабе ^[14] с более высокой удельной прочностью , чем углеродные нанотрубки .

В фантастике

В 1979 году космические лифты были представлены более широкой аудитории одновременно с публикацией романа Артура Кларка « Райские фонтаны» , в котором инженеры конструируют космический лифт на вершине горной вершины в вымышленной островной стране «Тапробейн». (по мотивам Шри-Ланки , хотя и перенесенной 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 « Пятница» 1982 года , главная героиня упоминает о катастрофе на «Небесном крючке Кито» и использует «Найробийский бобовый стебель» во время своих путешествий. В романе Кима Стэнли Робинсона «Красный Марс» 1993 года колонисты строят на Марсе космический лифт, который позволяет прибыть как большему количеству колонистов, так и добытым там природным ресурсам, чтобы они могли отправиться на Землю. В книге Ларри Нивена «Радужный Марс» описывается космический лифт, построенный на Марсе. В романе Дэвида Герролда 2000 года « Прыжок с планеты » семейная экскурсия по «бобовому стеблю» Эквадора на самом деле представляет собой похищение детей под опекой. В книге Герролда также рассматриваются некоторые промышленные применения зрелой лифтовой технологии. Концепция космического лифта, получившего название « Бобовый стебель », также изображена в романе Джона Скальци 2005 года « Война старика» . В биологической версии романа Джоан Слончевски «Высочайший рубеж» 2011 года изображен студент колледжа, поднимающийся на космическом лифте, построенном из самовосстанавливающихся кабелей, содержащих бациллы сибирской язвы. Созданные бактерии могут заново вырастить кабели, если их повредит космический мусор.

Физика

Видимое гравитационное поле

Кабель земного космического лифта 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 направленная вверх центробежная сила из-за вращения, так что большая центробежная сила противодействует меньшей гравитации. Центробежная сила и гравитация уравновешиваются на геосинхронной экваториальной орбите (GEO). Над ГСО центробежная сила сильнее гравитации, заставляя объекты, прикрепленные к кабелю, тянуть его вверх . Поскольку противовес над геоземной орбитой вращается вокруг Земли быстрее, чем естественная орбитальная скорость для этой высоты, он оказывает центробежное притяжение на кабель и, таким образом, удерживает всю систему в воздухе.

Суммарная сила, действующая на объекты, прикрепленные к кабелю, называется кажущимся гравитационным полем . Кажущееся гравитационное поле для прикрепленных объектов представляет собой (нисходящую) гравитацию минус (восходящую) центробежную силу. Кажущаяся сила тяжести, испытываемая объектом на кабеле, равна нулю на ГСО, вниз ниже ГСО и вверх над ГСО.

Кажущееся гравитационное поле можно представить следующим образом: ^{[44] : Таблица 1.}

Направленная вниз сила фактической гравитации уменьшается с высотой: ${\displaystyle g_{r}=-GM/r^{2}}$

Восходящая центробежная сила , обусловленная вращением планеты, увеличивается с высотой: ${\displaystyle a=\omega ^{2}r}$

Вместе кажущееся гравитационное поле представляет собой сумму двух:

${\displaystyle g=-{\frac {GM}{r^{2}}}+\omega ^{2}r}$

где

g — кажущееся ускорение силы тяжести, направленное вниз (отрицательное) или вверх (положительное) вдоль вертикального троса (мс ^-2 ),

g _r — гравитационное ускорение, вызванное притяжением Земли, направленное вниз (отрицательное) (мс ^-2 ),

a — центробежное ускорение, направленное вверх (положительное) вдоль вертикального троса (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 вверх по кабелю два термина (нисходящая сила тяжести и восходящая центробежная сила) равны и противоположны. Предметы, прикрепленные к кабелю в этой точке, не оказывают на него никакого веса. Эта высота (r ₁ ) зависит от массы планеты и скорости ее вращения. Приравнивание фактической силы тяжести к центробежному ускорению дает: ^{[44] : с. 126}

${\displaystyle r_{1}=\left({\frac {GM}{\omega ^{2}}}\right)^{\frac {1}{3}}}$

Это 35 786 км (22 236 миль) над поверхностью Земли, высота геостационарной орбиты. ^{[44] : Таблица 1}

На кабеле ниже геостационарной орбиты нисходящая сила тяжести будет больше, чем восходящая центробежная сила, поэтому кажущаяся сила тяжести будет тянуть объекты, прикрепленные к кабелю, вниз. Любой объект, выпущенный из троса ниже этого уровня, сначала будет ускоряться вниз по тросу. Затем постепенно он отклонялся 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 отклонялся от троса на запад.

Кабельная секция

Исторически основной технической проблемой считалась способность троса выдерживать натяжение собственного веса ниже любой заданной точки. Наибольшее напряжение 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 расстоянии до 35 786 км (22 236 миль). Кабель, площадь поперечного сечения которого на этой высоте толще, чем на поверхности, может лучше выдерживать собственный вес на большей длине. Таким образом, то, как площадь поперечного сечения сужается от максимума на высоте 35 786 км (22 236 миль) до минимума на поверхности, является важным фактором проектирования 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 вдоль длина кабеля. ^{[44] [45]} 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. ^[46] Чтобы учесть эти и другие факторы, современные детальные проекты стремятся достичь максимально возможного запаса прочности с как можно меньшими изменениями по высоте и времени. ^[46] В простых проектах с начальной точкой это соответствует постоянному напряжению.

Для кабеля постоянного напряжения без запаса прочности площадь поперечного сечения как функция расстояния от центра Земли определяется следующим уравнением: ^[44]

${\displaystyle A(r)=A_{s}\exp \left[{\frac {\rho gR^{2}}{T}}\left({\frac {1}{R}}+{\frac {R^{2}}{2R_{g}^{3}}}-{\frac {1}{r}}-{\frac {r^{2}}{2R_{g}^{3}}}\right)\right]}$

где

g — ускорение свободного падения у поверхности Земли (м·с ^-2 ),

${\displaystyle A_{s}}$– площадь поперечного сечения кабеля у поверхности Земли (м ² ),

ρ — плотность материала, из которого изготовлен кабель (кг·м ⁻³ ),

R – экваториальный радиус Земли,

${\displaystyle R_{g}}$- радиус геостационарной орбиты,

T — напряжение, которое площадь поперечного сечения может выдержать без деформации (Н·м ^-2 ), ее предел упругости.

Запас безопасности можно рассчитать, разделив T на желаемый коэффициент безопасности. ^[44]

Кабельные материалы

Используя приведенную выше формулу, мы можем рассчитать соотношение между поперечным сечением на геостационарной орбите и поперечным сечением на поверхности Земли, известное как коэффициент конусности: ^{[примечание 1]}

${\displaystyle A(R_{g})/A_{s}=\exp \left[{\frac {\rho }{T}}\times 4.85\times 10^{7}\right]}$

Коэффициент конусности как функция удельной прочности

Коэффициент конусности становится очень большим, 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.

Состав

Одна из концепций космического лифта предполагает его привязку к мобильной морской платформе.

Для многих планетарных тел предложено множество конструкций космических лифтов. Практически каждая конструкция включает в себя базовую станцию, трос, альпинисты и противовес. В земном космическом лифте вращение Земли создает восходящую центробежную силу , действующую на противовес. Противовес удерживается тросом, а трос удерживается и натягивается противовесом. Базовая станция закрепляет всю систему на поверхности Земли. Альпинисты карабкаются вверх и вниз по тросу с грузом.

Базовая станция

Современные концепции базовой станции/якоря обычно 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 смогут маневрировать, избегая сильных ветров, штормов и космического мусора . Океанские опорные 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 то преимущество, что они смогут находиться на больших высотах, например, на вершинах гор. В альтернативной концепции базовая станция может представлять собой башню, образующую космический лифт, который включает в себя как компрессионную башню вблизи поверхности, так и тросовую конструкцию на больших высотах. ^[17] Сочетание сжимающей конструкции с натяжной конструкцией уменьшит нагрузки от атмосферы на земном конце троса и уменьшит расстояние до гравитационного поля Земли, которое необходимо удлинить кабелю, и, таким образом, уменьшит критическое соотношение прочности к плотности. требования к материалу кабеля при прочих равных расчетных факторах.

Кабель

Углеродные нанотрубки являются одним из кандидатов на роль кабельного материала ^[34].

Морская якорная станция также будет выполнять функции глубоководного морского порта .

Тросу космического лифта придется выдерживать 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 ему придется нести вес троса внизу или создавать направленную вниз силу, чтобы удерживать трос и противовес наверху. Максимальное натяжение троса космического лифта будет на геосинхронной высоте, поэтому там кабель должен быть наибольшей толщины и сужаться по мере приближения к Земле. Любая потенциальная конструкция кабеля может быть охарактеризована коэффициентом конусности – соотношением радиуса кабеля на геосинхронной высоте и на поверхности Земли. ^[47]

Кабель должен быть изготовлен из материала с высоким соотношением прочности на разрыв и плотности . Например, конструкция космического лифта Эдвардса предполагает материал кабеля с прочностью на разрыв не менее 100 гигапаскалей . ^[2] Поскольку Эдвардс последовательно предполагал, что плотность его кабеля из углеродных нанотрубок равна 1300 кг/м ³ , ^[21] это предполагает удельную прочность 77 мегапаскаль/(кг/м ³ ). Это значение учитывает весь вес космического лифта. Для неконусного кабеля космического лифта потребуется материал, способный выдержать длину в 4960 километров (3080 миль) собственного веса на уровне моря , чтобы достичь геостационарной высоты 35 786 км (22 236 миль), не поддаваясь. ^[48] ​​Поэтому 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 наноинженерные материалы, такие как углеродные нанотрубки и недавно открытые графеновые ленты (идеальные двумерные листы углерода), будут иметь длину разрыва 5000–6000 км (50–60 МПа/(кг/м ³ )), а также способны проводить электроэнергию. ^{[ нужна цитата ]}

Для космического лифта на Земле с ее сравнительно высокой гравитацией материал кабеля должен быть прочнее и легче, чем доступные в настоящее время материалы. ^[49] По этой причине основное внимание уделялось разработке новых материалов, отвечающих строгим требованиям удельной прочности. Благодаря высокой удельной прочности углерод имеет преимущества, поскольку является лишь шестым элементом в таблице Менделеева . Углерод имеет сравнительно мало протонов и нейтронов , которые составляют большую часть собственного веса любого материала. Большую часть сил межатомной связи любого элемента обеспечивают лишь несколько внешних электронов. Для углерода прочность и стабильность этих связей высока по сравнению с массой атома. Проблема использования углеродных нанотрубок по-прежнему заключается в том, чтобы расширить до макроскопических размеров производство такого материала, который по-прежнему совершенен в микроскопическом масштабе (поскольку микроскопические дефекты являются основной причиной слабости материала). ^{[49] [50] [51]} По состоянию на 2014 год технология углеродных нанотрубок позволяла выращивать трубки размером до нескольких десятых метра. ^[52]

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

Альпинисты

Концептуальный рисунок альпиниста космического лифта, поднимающегося сквозь облака.

Космический лифт не может быть лифтом в обычном понимании (с движущимися тросами) из-за необходимости того, чтобы трос был значительно шире в центре, чем на концах. Хотя были предложены различные конструкции с использованием движущихся тросов, большинство конструкций тросов требуют, чтобы «лифт» поднимался по неподвижному тросу.

Альпинисты охватывают широкий спектр конструкций. В конструкциях лифтов, тросы которых представляют собой плоские ленты, большинство предлагают использовать пары роликов для удержания троса с помощью трения.

Альпинистам необходимо будет двигаться в оптимальное время, чтобы свести к минимуму напряжение и колебания троса и максимизировать пропускную способность. Более легких альпинистов можно было бы отправлять наверх чаще, при этом несколько человек поднимались бы одновременно. Это несколько увеличит пропускную способность, но снизит массу каждой отдельной полезной нагрузки. ^[53]

Когда автомобиль поднимается, трос слегка наклоняется из-за силы Кориолиса. Верхняя часть троса движется быстрее нижней. Альпинист ускоряется по горизонтали при подъеме за счет силы Кориолиса, которая создается углами троса. Показанный угол наклона преувеличен.

Горизонтальная скорость, т.е. за счет орбитального вращения, каждой части кабеля увеличивается с высотой, пропорционально расстоянию от центра Земли, достигая низкой орбитальной скорости в точке примерно 66 процентов высоты между поверхностью и геостационарной орбитой. или высота около 23 400 км. Полезная нагрузка, выпущенная в этот момент, выйдет на сильно эксцентричную эллиптическую орбиту, почти не приближаясь к входу в атмосферу, с перицентром на той же высоте, что и НОО, и апоцентром на высоте спуска. С увеличением высоты выброса орбита станет менее эксцентричной, поскольку как периапсис, так и апоапсис увеличиваются, становясь круговой на геостационарном уровне. ^{[54] [55]}

Когда полезная нагрузка достигает GEO, горизонтальная скорость равна скорости круговой орбиты на этом уровне, так что в случае освобождения она останется рядом с этой точкой кабеля. Полезная нагрузка также может продолжать подниматься вверх по тросу за пределами GEO, что позволяет ей достичь более высокой скорости при сбросе. Если его выпустить с высоты 100 000 км, полезная нагрузка будет иметь достаточную скорость, чтобы достичь пояса астероидов. ^[46]

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 подъема альпинист сначала движется медленнее, чем каждая последующая часть троса, по которому он движется. Это сила Кориолиса : альпинист «тянет» (на запад) трос по мере подъема и немного уменьшает скорость вращения Земли. Противоположный процесс будет происходить при опускании полезной нагрузки: кабель наклоняется на восток, что немного увеличивает скорость вращения Земли.

Общий эффект центробежной силы, действующей на трос, заставит его постоянно пытаться вернуться в энергетически выгодную вертикальную ориентацию, поэтому после того, как объект был поднят на тросе, противовес будет поворачиваться обратно к вертикали, что немного похоже на маятник. ^[53] Космические лифты и их нагрузки будут спроектированы таким образом, чтобы центр масс всегда находился достаточно высоко над уровнем геостационарной орбиты ^[56] , чтобы удерживать всю систему. Операции по подъему и спуску необходимо будет тщательно спланировать, чтобы держать под контролем маятниковое движение противовеса вокруг точки привязи. ^[57]

Скорость альпиниста будет ограничена силой Кориолиса, доступной мощностью и необходимостью гарантировать, что ускоряющая сила альпиниста не повредит трос. Альпинистам также необходимо будет поддерживать минимальную среднюю скорость, чтобы экономично и оперативно перемещать материал вверх и вниз. ^[58] При скорости очень быстрого автомобиля или поезда 300 км/ч (190 миль в час) подъем на геостационарную орбиту займет около 5 дней. ^[59]

Питание альпинистов

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

Были предложены различные методы передачи этой энергии альпинисту:

• Передавайте энергию альпинисту посредством беспроводной передачи энергии во время восхождения.
• Передавайте энергию альпинисту через какую-то материальную структуру во время восхождения.
• Запасите энергию в альпинисте до его старта – требуется чрезвычайно высокая удельная энергия, такая как ядерная энергия.
• Солнечная энергия. После первых 40 км можно использовать солнечную энергию для питания альпиниста ^[60].

Беспроводная передача энергии, такая как лазерное излучение , 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 альпинисте, настроенной на лазер. частота для эффективности. ^[2] Для конструкций альпинистов с питанием от энергетического луча эта эффективность является важной целью проектирования. Неиспользованную энергию необходимо будет повторно излучать с помощью систем рассеивания тепла, что увеличивает вес.

Ёсио Аоки, профессор точного машиностроения в Университете Нихон и директор Японской ассоциации космических лифтов, предложил включить второй кабель и использовать проводимость углеродных нанотрубок для обеспечения энергии. ^[33]

Противовес

Космический лифт с космической станцией

В качестве противовеса было предложено несколько решений:

• тяжелый захваченный астероид ; ^{[16] [61]}
• космический док , космическая станция или космодром, расположенный за геостационарной орбитой
• дальнейшее удлинение самого троса вверх, чтобы чистое натяжение вверх было таким же, как у эквивалентного противовеса;
• припаркованные отработанные альпинисты, которые использовались для утолщения троса во время строительства, другой мусор и материалы, подняли трос с целью увеличения противовеса. ^[46]

Преимущество удлинения троса состоит в некоторой простоте задачи и в том, что полезная нагрузка, дошедшая до конца троса-противовеса, приобретет значительную скорость относительно Земли, позволяющую запустить ее в межпланетное пространство. Его недостатком является необходимость производить большее количество кабельного материала, а не использовать все, что имеет массу.

Приложения

Запуск в глубокий космос

Объект, прикрепленный к космическому лифту в радиусе примерно 53 100 км, после освобождения будет иметь космическую скорость . Переходные орбиты к точкам Лагранжа L1 и L2 могут быть достигнуты путем вывода на 50 630 и 51 240 км соответственно, а на лунную орбиту - с 50 960 км. ^[62]

На конце кабеля Пирсона длиной 144 000 км (89 000 миль) тангенциальная скорость составляет 10,93 километра в секунду (6,79 миль/с). Этого более чем достаточно, чтобы выйти из гравитационного поля Земли и отправить зонды как минимум до Юпитера . Оказавшись на Юпитере, гравитационный маневр может позволить достичь скорости убегания Солнца. ^[44]

Внеземные лифты

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

Марсианский трос может быть намного короче , чем на Земле. Гравитация поверхности Марса составляет 38 процентов от земной, при этом он вращается вокруг своей оси примерно за то же время, что и Земля. Из-за этого стационарная орбита Марса находится намного ближе к поверхности, а значит, лифт может быть значительно короче. Современные материалы уже достаточно прочны, чтобы построить такой лифт. ^[63] Строительство марсианского лифта осложнится из-за марсианского спутника Фобоса , который находится на низкой орбите и регулярно пересекает экватор (дважды за каждый орбитальный период в 11 часов 6 минут). Фобос и Деймос могут помешать ареостационарному космическому лифту; с другой стороны, они могут внести в проект полезные ресурсы. По прогнозам, Фобос будет содержать большое количество углерода. Если углеродные нанотрубки станут пригодными для изготовления привязного материала, возле Марса будет много углерода. Это могло бы обеспечить легкодоступные ресурсы для будущей колонизации Марса.

Космический лифт Фобос

Земля против Марса против гравитации Луны на высоте

Фобос заблокирован приливами : одна сторона всегда обращена к Марсу. Лифт, простирающийся на 6000 км от этой внутренней стороны, закончится примерно на высоте 28 километров над поверхностью Марса , сразу за пределами более плотных частей атмосферы Марса . Подобный кабель, протянувшийся на 6000 км в противоположном направлении, уравновесил бы первый, поэтому центр масс этой системы остается на Фобосе. В общей сложности космический лифт продлится более чем на 12 000 км, что будет ниже ареостационарной орбиты Марса (17 032 км). Запуск ракеты все равно потребуется, чтобы доставить ракету и груз к началу космического лифта на высоте 28 км над поверхностью. Поверхность Марса вращается на экваторе со скоростью 0,25 км/с , а нижняя часть космического лифта будет вращаться вокруг Марса со скоростью 0,77 км/с, поэтому скорость Дельта-v составит только 0,52 км/с (1872 км/ч). нужно было добраться до космического лифта. Фобос вращается по орбите со скоростью 2,15 км/с, а самая дальняя часть космического лифта будет вращаться вокруг Марса со скоростью 3,52 км/с. ^{[64] [65]}

Луна Земли является потенциальным местом для лунного космического лифта , особенно потому, что удельная прочность, необходимая для троса, достаточно мала, чтобы использовать доступные в настоящее время материалы. Луна вращается недостаточно быстро, чтобы лифт мог поддерживаться центробежной силой (близость Земли означает отсутствие эффективной лунно-стационарной орбиты), но дифференциальные силы гравитации означают, что лифт можно построить с помощью точек Лагранжа . Ближний лифт будет проходить через точку L1 Земля-Луна от точки привязки вблизи центра видимой части земной Луны: длина такого лифта должна превышать максимальную высоту L1, составляющую 59 548 км, и будет значительно длиннее. для уменьшения массы необходимого апексного 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 на вершине, но он также может быть изготовлен из существующих инженерные материалы. ^[66]

16 Концепция космического лифта Psyche.
Поверхностная гравитация составляет менее 2% от земной на ~0,144 м/с ^{2 [67]}

Концепция космического лифта на Церере
Поверхностная гравитация

• 0,284 м/с ^{2 [68]}
• 0,029 г

менее 3 % земной

Быстро вращающиеся астероиды или луны могли бы использовать кабели для выбрасывания материалов в удобные точки, например, на околоземные орбиты; ^[69] или наоборот, для выброса материалов, чтобы отправить часть массы астероида или луны на орбиту Земли или в точку Лагранжа . Фримен Дайсон , физик и математик, предложил использовать такие меньшие по ^{размеру системы в качестве генераторов энергии} в точках, удаленных от Солнца, где солнечная энергия неэкономична.

По словам Фрэнсиса Грэма из Кентского государственного университета , космический лифт с использованием доступных в настоящее время инженерных материалов может быть построен между взаимно связанными приливами мирами, такими как Плутон и Харон или компонентами двойного астероида 90 Антиопа , без разъединения конечной точки. ^[70] Однако из-за эллиптичности орбит необходимо использовать намотанные кабели переменной длины.

Строительство

Строительство космического лифта потребует снижения некоторых технических рисков. Требуются некоторые достижения в области машиностроения, производства и физических технологий. ^[2] Как только первый космический лифт будет построен, второй и все остальные смогут использовать предыдущие для помощи в строительстве, что значительно снизит их стоимость. 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 ^[21] большинство концепций построения космического лифта предполагало изготовление кабеля в космосе. Считалось, что это необходимо для такого большого и длинного объекта и для такого большого противовеса. Производство кабеля в космосе в принципе будет осуществляться с использованием астероида или околоземного объекта в качестве исходного материала. ^{[71] [72]} Эти более ранние концепции строительства требуют большой уже существующей космической инфраструктуры для вывода астероида на необходимую орбиту вокруг Земли. Требовалась также разработка технологий производства в космосе большого количества требовательных материалов. ^[73]

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] [21] [73]} Первоначально катушка будет находиться на геостационарной орбите над запланированной точкой привязки. Длинный кабель будет сброшен «вниз» (к Земле) и будет уравновешен массой, сброшенной «вверх» (от Земли), чтобы вся система оставалась на геостационарной орбите. Более ранние конструкции предполагали, что балансирующая масса представляет собой еще один кабель (с противовесом), идущий вверх, при этом основная катушка остается на исходном уровне геостационарной орбиты. В большинстве современных конструкций сама катушка поднимается по мере вытягивания основного троса, что является более простым процессом. Когда нижний конец кабеля станет достаточно длинным, чтобы достичь поверхности Земли (на экваторе), его закрепят. После закрепления центр масс будет еще выше (за счет добавления массы на верхний конец или за счет прокладки большего количества троса). Это увеличило бы натяжение всего троса, который затем можно было бы использовать в качестве троса лифта.

В одном из планов строительства используются обычные ракеты для размещения первоначального семенного кабеля «минимального размера» весом всего 19 800 кг. ^[2] Этой первой очень маленькой ленты было бы достаточно, чтобы выдержать первого альпиниста весом 619 кг. Первые 207 альпинистов поднимут и прикрепят больше троса к оригиналу, увеличив площадь его поперечного сечения и расширив первоначальную ленту примерно до 160 мм в ширину в самом широком месте. В результате получится 750-тонный трос с грузоподъемностью 20 тонн на каждого альпиниста.

Вопросы безопасности и проблемы строительства

Для ранних систем время перехода от поверхности до уровня геосинхронной орбиты составит около пяти дней. В этих ранних системах времени, потраченного на перемещение через радиационные пояса Ван Аллена, было бы достаточно, чтобы пассажиров нужно было защищать от радиации с помощью экранирования, которое увеличивало бы массу альпиниста и уменьшало полезную нагрузку. ^[74]

Космический лифт будет представлять опасность для навигации как для самолетов, так и для космических кораблей. Воздушные суда могут быть отклонены из-за ограничений диспетчерской службы . Все объекты на стабильных орбитах, перигей которых ниже максимальной высоты кабеля, и которые не синхронны с кабелем, в конечном итоге будут воздействовать на кабель, если не будут приняты меры по предотвращению этого. Одним из потенциальных решений, предложенных Эдвардсом, является использование подвижного якоря (морского якоря), позволяющего тросу «уклоняться» от любого космического мусора, достаточно большого, чтобы его можно было отслеживать. ^[2]

Удары космических объектов, таких как метеороиды, микрометеориты и искусственный мусор на орбите, создают еще одно ограничение при проектировании кабеля. Кабель должен быть спроектирован так, чтобы маневрировать в обход обломков или поглощать удары мелких обломков, не ломаясь. ^{[ нужна цитата ]}

Экономика

С помощью космического лифта материалы можно будет отправлять на орбиту за небольшую часть нынешней стоимости. По состоянию на 2022 год стоимость перевода на геостационарную орбиту обычных ракет составляет около 12 125 долларов США за килограмм (5 500 долларов США за фунт ). ^[75] Текущие предложения по космическим лифтам предполагают, что цены на полезную нагрузку начинаются от 220 долларов за килограмм (100 долларов за фунт ), ^[76] аналогично оценкам в 5–300 долларов за кг для стартовой петли , но выше, чем 310 долларов за тонну до 500 км. Орбита была предложена доктору Джерри Пурнеллю для создания системы орбитального дирижабля. ^[77]

Филип Рэган, соавтор книги « Покидая планету на космическом лифте» , утверждает, что «первая страна, развернувшая космический лифт, будет иметь 95-процентное преимущество в затратах и ​​потенциально сможет контролировать всю космическую деятельность». ^[78]

Международный консорциум космических лифтов (ISEC)

Международный консорциум космических лифтов (ISEC) — это американская некоммерческая корпорация 501(c)(3) ^[79] , созданная для содействия разработке, строительству и эксплуатации космического лифта как «революционного и эффективного способа выхода в космос для всех». человечество». ^[80] Он был сформирован после конференции по космическим лифтам в Редмонде, штат Вашингтон, в июле 2008 года и стал дочерней организацией Национального космического общества ^[81] в августе 2013 года. ^[80] ISEC проводит ежегодную конференцию по космическим лифтам в Сиэтлском музее Полет . ^{[82] [83] [84]}

ISEC координирует свои действия с двумя другими крупными обществами, занимающимися космическими лифтами: Японской ассоциацией космических лифтов ^[85] и EuroSpaceward. ^[86] ISEC ежегодно поддерживает симпозиумы и презентации в Международной академии астронавтики ^[87] и Конгрессе Международной астронавтической федерации ^{[88] .}

Связанные понятия

Традиционная нынешняя концепция «космического лифта» превратилась из статической сжимающей конструкции, достигающей уровня ГСО, в современную базовую идею статической растяжимой конструкции, прикрепленной к земле и простирающейся значительно выше уровня ГСО. В нынешнем использовании практиками (и в этой статье) «Космический лифт» означает тип Циолковского-Арцутанова-Пирсона, как его считает Международный консорциум космических лифтов. Этот обычный тип представляет собой статическую конструкцию, прикрепленную к земле и простирающуюся в космос достаточно высоко, чтобы груз мог подняться по конструкции от земли до уровня, на котором простое освобождение выведет груз на орбиту . ^[89]

Некоторые концепции, связанные с этой современной базовой линией, обычно не называются «космическим лифтом», но в некотором роде похожи, и их сторонники иногда называют их «космическим лифтом». Например, Ганс Моравец опубликовал в 1977 году статью под названием «Несинхронный орбитальный небесный крюк », описывающую концепцию использования вращающегося троса. ^[90] Скорость вращения точно соответствовала бы орбитальной скорости таким образом, чтобы скорость наконечника в самой нижней точке была равна нулю по сравнению с объектом, который нужно «поднять». Он будет динамически захватывать, а затем «поднимать» высоколетящие объекты на орбиту или низкоорбитальные объекты на более высокую орбиту.

Первоначальная концепция, предложенная Циолковским, представляла собой компрессионную конструкцию, похожую на воздушную мачту . Хотя такие структуры могут достичь космоса (100 км (62 мили), они вряд ли достигнут геостационарной орбиты. Предложена концепция башни Циолковского в сочетании с классическим кабелем космического лифта (выходящим выше уровня ГСО). ^[17] Другие идеи используют очень высокие сжимающие башни, чтобы снизить требования к ракетам-носителям. ^[91] Транспортное средство «поднимается» вверх по башне, которая может достигать высоты над атмосферой , и запускается сверху. Такая высокая башня для доступа к высотам около 20 км (12 миль) предлагалась различными исследователями. ^{[91] [92] [93]}

Аэроватор — это концепция, изобретенная Yahoo Group для обсуждения космических лифтов и включенная в книгу о космических лифтах 2009 года. Он будет состоять из ленты длиной более 1000 км, идущей по диагонали вверх от узла на уровне земли, а затем выравнивающейся и становящейся горизонтальной. Самолет будет тянуть за ленту во время полета по кругу, в результате чего лента будет вращаться вокруг втулки каждые 13 минут, а ее кончик будет двигаться со скоростью 8 км/с. Лента будет оставаться в воздухе за счет сочетания аэродинамической подъемной силы и центробежной силы. Полезная нагрузка будет подниматься по ленте, а затем запускаться с быстро движущейся вершины на орбиту. ^[94]

Другие концепции неракетного космического запуска, связанные с космическим лифтом (или частями космического лифта), включают орбитальное кольцо , космический фонтан , пусковую петлю , небесный крюк , космический трос и плавучий «SpaceShaft». ^[95]

Примечания

1. Конкретные замены, использованные для получения фактора4,85 × 10 ⁷ :
   ${\displaystyle A(R_{g})/A_{s}=\exp \left[{\frac {\rho \times 9.81\times (6.378\times 10^{6})^{2}}{T}}\left({\frac {1}{6.378\times 10^{6}}}+{\frac {(6.378\times 10^{6})^{2}}{2(4.2164\times 10^{7})^{3}}}-{\frac {1}{4.2164\times 10^{7}}}-{\frac {(4.2164\times 10^{7})^{2}}{2(4.2164\times 10^{7})^{3}}}\right)\right]}$

Смотрите также

• Портал космических полетов
• Научный портал

• Гравитационный лифт
• Орбитальное кольцо

Рекомендации

1. «Что такое космический лифт?». Международный консорциум космических лифтов. 2014 . Проверено 22 августа 2020 г.
2. Эдвардс, Брэдли Карл. Программа космических лифтов NIAC (отчет). Институт перспективных концепций НАСА. Архивировано из оригинала 12 мая 2008 года . Проверено 24 ноября 2007 г.{{cite report}}: CS1 maint: bot: исходный статус URL неизвестен ( ссылка )
3. Хиршфельд, Боб (31 января 2002 г.). «Космический лифт поднимается». ТехТВ . Архивировано из оригинала 8 июня 2005 года . Проверено 13 сентября 2007 г. Впервые это понятие было описано в 1895 году русским писателем К.Э. Циолковским в его «Рассуждениях о Земле и Небе и о Весте».
4. Флеминг, Ник (15 февраля 2015 г.). «Следует ли нам отказаться от мечты о космических лифтах?». Би-би-си . Проверено 4 января 2021 г.«Это чрезвычайно сложно. Я не думаю, что иметь космический лифт действительно реально», — сказал Илон Маск во время конференции в Массачусетском технологическом институте, добавив, что было бы проще «иметь мост из Лос-Анджелеса в Токио», чем лифт, который мог бы доставлять материалы в космос.
5. Донахью, Мишель З. (21 января 2016 г.). «Люди все еще пытаются построить космический лифт». Смитсоновский журнал . Проверено 4 января 2020 г.«Мы понимаем, что это сложный проект», — говорит Ёдзи Исикава. «Наши технологии очень низки. Если нам нужно достичь 100, чтобы построить лифт, сейчас мы находимся на уровне 1 или 2. Но мы не можем сказать, что этот проект невозможен».
6. «Почему мир все еще ждет своего первого космического лифта» . Экономист. 30 января 2018 года . Проверено 4 января 2020 г. Главное препятствие заключается 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 около десятой части необходимого соотношения 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, возможно, прочнее, но их свойства до сих пор плохо изучены.
7. «Космические лифты: передовая земно-космическая инфраструктура для нового тысячелетия», NASA/CP-2000-210429, Центр космических полетов Маршалла, Хантсвилл, Алабама, 2000 (в архиве)
8. Каин, Фрейзер (27 апреля 2005 г.). «Группа космических лифтов по производству нанотрубок». Вселенная сегодня . Проверено 5 марта 2006 г.
9. Арон, Джейкоб (13 июня 2016 г.). «Углеродные нанотрубки слишком слабы, чтобы поднять космический лифт с земли». Новый учёный . Проверено 3 января 2020 г. Фэн Дин из Гонконгского политехнического университета и его коллеги смоделировали УНТ с одним смещенным 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, такому кабелю потребуется прочность на разрыв 50 ГПа, поэтому УНТ были многообещающим решением, но исследования Дина показывают, что они не будут работать.
10. Кристенсен, Биллн (2 июня 2006 г.). «В нанотрубках может быть не то, что нужно». Space.com . Проверено 3 января 2020 г. недавние расчеты Николы Пуньо из Туринского политехнического института (Италия) показывают, что кабели из углеродных нанотрубок не будут работать... Согласно их расчетам, кабель должен быть вдвое прочнее, чем кабель из любого существующего материала, включая графит, кварц и алмаз.
11. Уиттакер, Клэй (15 июня 2016 г.). «Углеродные нанотрубки не справятся с космическим лифтом». Популярная наука . Проверено 3 января 2020 г. Итак, планы космического лифта вернулись к исходной точке, ребята. Углеродные нанотрубки, вероятно, не станут нашим материальным решением для космического лифта, потому что, очевидно, даже незначительный (читай: атомный) дефект в конструкции резко снижает прочность.
12. Кальдероне, Джулия (26 сентября 2014 г.). «Жидкий бензол, сжатый с образованием алмазных нанонитей». Научный американец . Проверено 22 июля 2018 г.
13. Энтони, Себастьян (23 сентября 2014 г.). «Новые алмазные нанонити могут стать ключевым материалом для создания космического лифта». Экстримтех . Зефф Дэвис, ООО . Проверено 22 июля 2018 г.
14. «Технология космических лифтов и графен: интервью с Адрианом Никсоном». 23 июля 2018 г.
15. Моравец, Ганс (1978). Несинхронные орбитальные Skyhook для Луны и Марса из обычных материалов. Университет Карнеги Меллон. frc.ri.cmu.edu
16. "Смелый космический лифт". Новости науки НАСА. Архивировано из оригинала 19 сентября 2008 года . Проверено 27 сентября 2008 г.
17. Лэндис, Джеффри А. и Кафарелли, Крейг (1999). Представлено в виде документа IAF-95-V.4.07, 46-й Конгресс Международной федерации астронавтики, Осло, Норвегия, 2–6 октября 1995 г. «Пересмотр башни Циолковского». Журнал Британского межпланетного общества . 52 : 175–180. Бибкод : 1999JBIS...52..175L.
18. Арцутанов, Ю (1960). «В космос на электричке» (PDF) . Liftport.com . Молодёжная правда. Архивировано из оригинала (PDF) 6 мая 2006 года . Проверено 5 марта 2006 г.
19. Айзекс, JD; AC Vine, H. Bradner и GE Bachus; Брэднер; Бахус (1966). «Удлинение спутника до настоящего «Небесного крючка»". Science . 151 (3711): 682–3. Бибкод : 1966Sci...151..682I. doi : 10.1126/science.151.3711.682. PMID  17813792. S2CID  32226322.
20. Пирсон, Дж. (1975). «Орбитальная башня: пусковая установка космического корабля, использующая энергию вращения Земли» (PDF) . Акта Астронавтика . 2 (9–10): 785–799. Бибкод : 1975AcAau...2..785P. CiteSeerX 10.1.1.530.3120 . дои : 10.1016/0094-5765(75)90021-1. 
21. Брэдли К. Эдвардс, «Космический лифт»
22. Science @ NASA, «Audacious & Outrageous: Space Elevators». Архивировано 19 сентября 2008 г., в Wayback Machine , сентябрь 2000 г.
23. Бойл, Алан (27 августа 2004 г.). «Предложен конкурс космических лифтов». Новости Эн-Би-Си.
24. «Космический лифт - Лифт: 2010» . Архивировано из оригинала 6 января 2007 года . Проверено 5 марта 2006 г.
25. «Правила соревнований роботов, поднимающихся на ленту космического лифта» . Архивировано из оригинала 6 февраля 2005 года . Проверено 5 марта 2006 г.
26. «НАСА объявляет призы за первые столетние испытания» . 2005. Архивировано из оригинала 8 июня 2005 года . Проверено 5 марта 2006 г.
27. Бритт, Роберт Рой (24 марта 2005 г.). «НАСА подробно описывает денежные премии за приватизацию космоса». Space.com . Проверено 5 марта 2006 г.
28. «Что такое европейский космический лифт?» Европейский конкурс космических лифтов . Проверено 21 апреля 2011 г.
29. Грошонг, Кимм (15 февраля 2006 г.). «Трос космического лифта поднимается на высоту в милю». Новый учёный . Проверено 5 марта 2006 г.
30. «Если когда-нибудь и должен был появиться космический лифт, он мог начаться в Нью-Джерси. Вот как все пошло не так» . Нью-Джерси.com. 28 марта 2019 г. . Проверено 11 мая 2019 г.
31. Лифт: 2010 - Испытание космического лифта. spaceward.org
32. Spaceward Games 2007. Фонд Spaceward
33. Льюис, Лео (22 сентября 2008 г.). «Япония надеется превратить научную фантастику в реальность с помощью лифта к звездам». Времена . Лондон . Проверено 23 мая 2010 г.Льюис, Лео; Международная группа новостей; по состоянию на 22 сентября 2008 г.
34. «Вверх: японский строитель смотрит на космический лифт» . Физика.орг . 22 февраля 2012 г.
35. Дейли, Джейсон (5 сентября 2018 г.). «Япония делает крошечный первый шаг к космическому лифту». Смитсоновский журнал .
36. Исикава, Ю. (2016). «Концепция строительства космического лифта корпорации Obayashi». Журнал Британского межпланетного общества . 69 : 227–239. Бибкод : 2016JBIS...69..227I . Проверено 5 января 2021 г.
37. Лебедь, Питер А.; Райт, Дэвид И.; Свон, Кэти В.; Пенни, Роберт Э.; Кнапман, Джон М. (2013). Космические лифты: оценка технологической осуществимости и путь вперед . Вирджиния, США: Международная академия астронавтики. стр. 10–11, 207–208. ISBN 9782917761311.
38. Свон П., Пенни Р., Свон К. «Живучесть космического лифта, предотвращение космического мусора», Lulu.com Publishers, 2011 ^{[ самостоятельно опубликованный источник ]}
39. Гайомали, Крис (15 апреля 2014 г.). «Google X подтверждает слухи: он действительно пытался спроектировать космический лифт» . Компания Фаст . Проверено 17 апреля 2014 г.
40. Сноуден, Скотт (2 октября 2018 г.). «Колоссальный лифт в космос может подняться раньше, чем вы могли себе представить». Новости Эн-Би-Си .
41. Барбер, Меган (12 сентября 2018 г.). «Япония пытается построить лифт в космос». Curbed.com . Проверено 18 сентября 2018 г.
42. «Япония испытывает миниатюрный космический лифт возле Международной космической станции» . 4 сентября 2018 г.
43. Свон П.А., Райт Д.И., Кнапман Дж.М., Цучида А., Фицджеральд М.А., Исикава Ю. (30 мая 2019 г.). Дорога в эпоху космических лифтов. Международная академия космонавтики. ISBN 978-0-9913370-3-3.
44. Аравинд, ПК (2007). «Физика космического лифта» (PDF) . Американский журнал физики . 45 (2): 125. Бибкод : 2007AmJPh..75..125A. дои : 10.1119/1.2404957. Архивировано из оригинала (PDF) 21 декабря 2018 года . Проверено 7 января 2013 г.
45. Артукович, Ранко (2000). «Космический лифт». zadar.net
46. Эдвардс, Британская Колумбия, Вестлинг EA. (2002) Космический лифт: революционная транспортная система Земля-космос. Сан-Франциско: ISBN Spageo Inc. 0-9726045-0-2 . 
47. Глобус, Эл; и другие. «NAS-97-029: Применение молекулярных нанотехнологий НАСА» (PDF) . НАСА. Архивировано из оригинала (PDF) 8 апреля 2016 г. Проверено 27 сентября 2008 г.
48. Эта «длина убегания» в 4960 км (рассчитанная Артуром Кларком в 1979 году) намного короче фактического пройденного расстояния, поскольку центробежные силы резко возрастают (а гравитация уменьшается) с высотой резко: Кларк, AC (1979). «Космический лифт: «мысленный эксперимент» или ключ к Вселенной?». Архивировано из оригинала 3 января 2014 года . Проверено 5 января 2010 г.
49. Шарр, Джиллиан (29 мая 2013 г.). «Космические лифты приостановлены, по крайней мере, до тех пор, пока не появятся более прочные материалы, говорят эксперты». Хаффингтон Пост .
50. Фельтман, Р. (7 марта 2013 г.). «Почему у нас нет космических лифтов?». Популярная механика .
51. Темплтон, Грэм (6 марта 2014 г.). «На высоту 60 000 миль: космический лифт может быть построен к 2035 году», — говорится в новом исследовании. Экстремальные технологии . Проверено 14 апреля 2014 г.
52. Ван, X.; Ли, К.; Се, Дж.; Джин, З.; Ван, Дж.; Ли, Ю.; Цзян, К.; Фан, С. (2009). «Изготовление сверхдлинных и электрически однородных одностенных углеродных нанотрубок на чистых подложках» (PDF) . Нано-буквы . 9 (9): 3137–3141. Бибкод : 2009NanoL...9.3137W. CiteSeerX 10.1.1.454.2744 . дои : 10.1021/nl901260b. PMID  19650638. Архивировано из оригинала (PDF) 8 августа 2017 г. 
53. Ланг, Дэвид Д. «Динамическая реакция космического лифта на транзитных альпинистов» (PDF) . Архивировано из оригинала (PDF) 28 мая 2016 года . Проверено 9 февраля 2016 г.
54. Гассенд, Блез. «Падающие альпинисты» . Проверено 16 декабря 2013 г.
55. "Космический лифт на низкую орбиту?" Бесконечный Скайвей . 19 мая 2010. Архивировано из оригинала 16 декабря 2013 года . Проверено 16 декабря 2013 г.
56. Гассенд, Блез. «Почему центр масс космического лифта не на ГСО» . Проверено 30 сентября 2011 г.
57. Коэн, Стивен С.; Мисра, Арун К. (2009). «Влияние транзита альпиниста на динамику космического лифта». Акта Астронавтика . 64 (5–6): 538–553. Бибкод : 2009AcAau..64..538C. doi :10.1016/j.actaastro.2008.10.003.
58. Кортленд, Рэйчел. «Поездки на космическом лифте могут быть мучительно медленными». Новый учёный . Проверено 28 мая 2021 г.
59. Билл Фосетт, Майкл Лейн и Том Ньюджент мл. (2006). ЛИФТПОРТ . Канада: Meisha Merlin Publishing, Inc., с. 103. ИСБН 978-1-59222-109-7.
60. Свон, Пенсильвания; Свон, CW; Пенни, RE; Кнапман, Дж. М.; Глазковски, П.Н. «Рассмотрение проекта для альпинистов на тросе космического лифта» (PDF) . ИСЭК . Архивировано из оригинала (PDF) 16 января 2017 года . В течение последних десяти лет предполагалось, что единственная доступная энергия будет поступать с поверхности Земли, поскольку это недорого и технологически осуществимо. Однако за последние десять лет дискуссии, доклады на конференциях, космические исследования IAA и интерес во всем мире привели некоторых людей к следующим выводам: • Технология солнечных батарей быстро совершенствуется и обеспечит достаточно энергии для восхождений • Огромные достижения происходят в области легких развертываемых конструкций
61. Ходош, Сара (29 марта 2017 г.). «Это здание, свисающее с астероида, абсурдно, но давайте на секунду отнесемся к нему серьезно». Популярная наука . Проверено 4 сентября 2019 г.
62. Энгель, Килиан А. «IAC-04-IAA.3.8.3.04 Сценарии лунной транспортировки с использованием космического лифта» (PDF) . www.spaceelevator.com. Архивировано из оригинала (PDF) 24 апреля 2012 г.
63. Форвард, Роберт Л. и Моравец, Ханс П. (22 марта 1980 г.) Космические лифты. Университет Карнеги Меллон. «Интересно, что они уже более чем достаточно сильны для строительства небесных крюков на Луне и Марсе».
64. Вайнштейн, Леонард М. (январь 2003 г.). «Колонизация космоса с использованием космических лифтов с Фобоса» (PDF) . Материалы конференции AIP . 654 : 1227–1235. Бибкод : 2003AIPC..654.1227W. дои : 10.1063/1.1541423. hdl : 2060/20030065879. S2CID  1661518 . Проверено 23 декабря 2022 г.
65. Вайнштейн, Леонард (2003). «Колонизация космоса с использованием космических лифтов с Фобоса». Материалы конференции AIP . Материалы конференции AIP. Том. 654. стр. 1227–1235. Бибкод : 2003AIPC..654.1227W. дои : 10.1063/1.1541423. hdl : 2060/20030065879 .
66. Пирсон, Джером; Левин, Евгений; Олдсон, Джон; Уайкс, Гарри (2005). «Заключительный технический отчет о лунных космических лифтах для фазы I освоения окололунного космоса» (PDF) .
67. Шепард, Майкл К.; Ричардсон, Джеймс; Тейлор, Патрик А.; и другие. (2017). «Радиолокационные наблюдения и модель формы астероида 16 Психея». Икар . 281 : 388–403. Бибкод : 2017Icar..281..388S. дои : 10.1016/j.icarus.2016.08.011 .
68. Рассчитано на основе известных параметров:
    • Площадь поверхности: 4πr ²
    • Поверхностная гравитация:ГМ/р ²
    • Скорость отрыва: √2ГМ/р
    • Скорость вращения:период вращения/длина окружности
69. Бен Шелеф, Экспресс астероидной рогатки Фонда Космической Нации — Возврат образцов на основе Tether. Архивировано 6 августа 2013 г., в Wayback Machine.
70. Грэм Ф.Г. (2009). «Предварительный проект тросового космического корабля, соединяющего взаимно приливно-сцепленные планетарные тела». 45-я совместная конференция и выставка AIAA/ASME/SAE/ASEE по двигательным установкам . дои : 10.2514/6.2009-4906. ISBN 978-1-60086-972-3.
71. Д.В. Смитерман (ред.), Космические лифты: передовая земно-космическая инфраструктура для нового тысячелетия. Архивировано 28 марта 2015 г., в Wayback Machine , NASA/CP-2000-210429, Центр космических полетов Маршалла, Хантсвилл, Алабама, 2000 г.
72. Хейн, А.М., Изготовление троса космического лифта с использованием ОСЗ: предварительная оценка, Международный астронавтический конгресс 2012 г., IAC-2012, Неаполь, Италия, 2012 г.
73. Космические лифты: оценка технологической осуществимости и путь вперед, страница 326, http://www.virginiaedition.com/media/spaceelevators.pdf. Архивировано 16 мая 2014 г., в Wayback Machine.
74. «Космические лифты: 'Первый этаж, смертельная радиация!»'. Новый учёный . Reed Business Information Ltd., 13 ноября 2006 г. Проверено 2 января 2010 г.
75. "Программа совместного использования Smallsat" . СпейсИкс . 1 марта 2022 г. . Проверено 1 мая 2023 г.
76. Фонд Spaceward. «Часто задаваемые вопросы о космическом лифте». Маунтин-Вью, Калифорния. Архивировано из оригинала 27 февраля 2009 года . Проверено 3 июня 2009 г.
77. Пурнель, Джерри (23 апреля 2003 г.). «Пятничный пост VIEW с конференции по доступу в космос 2004 года» . Проверено 1 января 2010 г.
78. Рамадж, Эндрю; Шнайдер, Кейт (17 ноября 2008 г.). «Гонка вперед, чтобы построить первый в мире космический лифт». news.com.au. _ Архивировано из оригинала 13 сентября 2015 года . Проверено 14 января 2016 г.
79. "Решение ISEC IRS" . apps.irs.gov . Проверено 9 февраля 2019 г.
80. «Что такое ISEC?: О нас». ИСЭК . Архивировано из оригинала 7 июля 2012 года . Проверено 2 июня 2012 г.
81. "Аффилированные лица НСС" . www.nss.org . Архивировано из оригинала 16 октября 2015 года . Проверено 30 августа 2015 г.
82. Дэвид, Леонард (22 сентября 2014 г.). «Защитники космических лифтов высоко оценивают инновационные концепции». Space.com . Проверено 13 февраля 2019 г.
83. «Конференция Международного консорциума космических лифтов (ISEC) 2017 по космическим лифтам» . Национальное космическое общество. 14 августа 2017 года . Проверено 13 февраля 2019 г.
84. Баучер, Марк (17 июля 2012 г.). «Ежегодная конференция по космическим лифтам состоится 25–27 августа». КосмическаяСсылка . Проверено 13 февраля 2019 г.^{[ постоянная мертвая ссылка ]}
85. "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 г.
86. "Еврокосмический путь". Европространство . 30 августа 2015 года . Проверено 30 августа 2015 г.
87. Акира, Цучида (2 октября 2014 г.). «Домашняя страница Исследовательской группы 3.24, Дорога к эпохе космических лифтов». Международная академия астронавтики (МАА) . Проверено 30 августа 2015 г.
88. «Расписание заседаний IAC на 2014 год» . Международная астронавтическая федерация . Архивировано из оригинала 24 сентября 2015 года . Проверено 30 августа 2015 г.
89. «CLIMB: Журнал Международного консорциума космических лифтов», том 1, номер 1, декабрь 2011 г. Этот журнал приводится как пример того, что международное сообщество обычно считает термином «космический лифт». [1] Архивировано 18 декабря 2013 г. в Wayback Machine .
90. Моравец, Ганс П. (октябрь – декабрь 1977 г.). «Несинхронный орбитальный Skyhook». Журнал астронавтических наук . 25 : 307–322. Бибкод : 1977JAnSc..25..307M.
91. Куайн, Б.М.; Сет, РК; Чжу, ZH (2009). «Отдельностоящая конструкция космического лифта: практическая альтернатива космическому тросу» (PDF) . Акта Астронавтика . 65 (3–4): 365. Бибкод : 2009AcAau..65..365Q. CiteSeerX 10.1.1.550.4359 . doi :10.1016/j.actaastro.2009.02.018. 
92. Лэндис, Джеффри (1998). «Сжимающие конструкции для запуска на Землю». 34-я совместная конференция и выставка AIAA/ASME/SAE/ASEE по двигательной технике . дои : 10.2514/6.1998-3737.
93. Хьельмстад, Кейт, «Структурный проект высокой башни», Иероглиф , 30 ноября 2013 г. Проверено 1 сентября 2015 г.
94. Ван Пелт, Майкл (2009), «Космические лифты», Космические тросы и космические лифты , Нью-Йорк, Нью-Йорк: Springer, стр. 143–178, doi : 10.1007/978-0-387-76556-3_6, ISBN 978-0-387-76556-3, получено 27 декабря 2023 г.
95. Космическая шахта: Или история, которая была бы немного лучше, если бы только кто-то знал..., «Knight Science Journalism Tracker (MIT)», 1 июля 2009 г.

дальнейшее чтение

• Публикация конференции, основанная на результатах семинара по перспективной космической инфраструктуре по концепциям «космического лифта» на геостационарной орбите. Архивировано 28 марта 2015 года в Wayback Machine (PDF), проходившем в 1999 году в Центре космических полетов НАСА имени Маршалла, Хантсвилл, Алабама. Составлено Д.В. Смитерманом-младшим, опубликовано в августе 2000 г.
• «Политическая экономия очень крупных космических проектов» HTML PDF, Джон Хикман, доктор философии. Журнал эволюции и технологий Vol. 4 – ноября 1999 г.
• Подъемник в небеса Брэдли Карл Эдвардс
• Зиемелис К. (2001) «Вверх». В New Scientist 2289 : 24–27. Переиздано в SpaceRef. Архивировано 12 января 2022 г. в Wayback Machine . Титульный лист: «Великий космический лифт: машина мечты, которая превратит нас всех в космонавтов».
• Космический лифт становится ближе к реальности. Обзор Леонарда Дэвида на сайте space.com, опубликованный 27 марта 2002 г.
• Кришнасвами, Шридхар. Анализ напряжений – Орбитальная башня (PDF)
• Дорожная карта LiftPort для дорожной карты «Лифт в космос SE» (PDF)
• Сига, Дэвид (28 марта 2008 г.). «Космические лифты сталкиваются с проблемой раскачивания». Новый учёный .
• Александр Болонкин, "Безракетный космический запуск и полет". Эльзевир, 2005. 488 стр. ISBN 978-0-08044-731-5 . 

Внешние ссылки

Послушайте эту статью ( 54 минуты )

Этот аудиофайл был создан на основе редакции этой статьи от 29 мая 2006 г. и не отражает последующие изменения. ( 29 мая 2006 г. )

( Аудио помощь  · Больше устных статей )

• The Economist: В ожидании космического лифта (8 июня 2006 г. - требуется подписка)
• Причуды и кварки радио CBC, 3 ноября 2001 г. На космическом лифте
• Times of London Online: Поднимаемся вверх… и следующий этаж — космос
• Космический лифт: «мысленный эксперимент» или ключ к Вселенной? Архивировано 1 февраля 2020 года в Wayback Machine . Сэр Артур Кларк. Выступление на XXX Международном астронавтическом конгрессе, Мюнхен, 20 сентября 1979 г.
• Веб-сайт Международного консорциума космических лифтов
• Запись о космическом лифте в Энциклопедии научной фантастики