En rumelevator er mulig med nutidens teknologi, siger forskere (vi skal bare dingle den fra månen)

Foto-illustration af rumelevator Originalbilleder: Michel Paz, Jeremy Thomas | Unsplash; redigeret af MIT Technology Review

Måske er den største hindring for menneskehedens ekspansion i hele solsystemet de uoverkommelige omkostninger ved at undslippe Jordens tyngdekraft. Det siger Zephyr Penoyre fra University of Cambridge i Storbritannien og Emily Sandford ved Columbia University i New York.

Problemet er, at raketmotorer arbejder ved at kaste masse i den ene retning for at generere fremdrift til et rumfartøj i den anden. Og det kræver enorme mængder drivmiddel, som i sidste ende kasseres, men også skal accelereres sammen med rumfartøjet.

Resultatet er, at det koster i omegnen af ​​titusindvis af dollars at placere et enkelt kilogram i kredsløb. Det er endnu dyrere at komme til månen og videre. Så der er stor interesse for at finde billigere veje ind i kredsløb.

En idé er at bygge en rumelevator - et kabel, der strækker sig fra Jorden til kredsløb, der giver en måde at klatre op i rummet. Den store fordel er, at klatreprocessen kan drives af solenergi og derfor ikke kræver brændstof ombord.

Men der er også et stort problem. Sådan et kabel skal være utroligt stærkt. Kulstof nanorør er et potentielt materiale, hvis de nogensinde kan laves længe nok. Men mulighederne i dag er bare for svage.

Indtast Penoyre og Sandford, som har genbesøgt ideen med et twist. De siger, at deres version af en rumelevator, som de kalder en spaceline, kunne bygges med materialer, der er kommercielt tilgængelige i dag.

Først lidt baggrund. En rumelevator som konventionelt udtænkt ville bestå af et kabel forankret på jorden og strækker sig ud over geosynkron kredsløb, omkring 42.000 kilometer (26.098 miles) over Jorden.

Et sådant kabel ville have en betydelig masse. Så for at forhindre den i at falde, skulle den balanceres i den anden ende af en lignende kredsende masse. Hele elevatoren ville så blive understøttet af centrifugalkræfter.

I mange år har fysikere, science fiction-forfattere og visionære begejstret beregnet størrelsen af ​​disse kræfter, blot for desværre at blive skuffet over resultatet. Intet kendt materiale er stærkt nok til at klare disse kræfter - ikke edderkoppesilke, ikke Kevlar, ikke engang de stærkeste moderne kulfiberpolymerer.

Så Penoyre og Sandford har taget en anden tilgang. I stedet for at forankre kablet på Jorden, foreslår de at forankre det på månen og dingle det mod Jorden.

Den store forskel kommer fra centrifugalkræfterne. En konventionel rumelevator ville lave en komplet rotation hver dag, i overensstemmelse med Jordens rotation. Men den månebaserede rumlinje ville kun kredse en gang om måneden - en meget langsommere hastighed med tilsvarende lavere kræfter.

Desuden er styrkerne arrangeret anderledes. Ved at strække sig fra månen til jorden ville rumlinjen passere gennem et område i rummet, hvor jord- og månens tyngdekraft ophæver hinanden.

Denne region, kendt som et Lagrange-punkt, bliver et centralt træk ved en rumlinje. Under den, tættere på Jorden, trækker tyngdekraften kablet mod planeten. Men over det, tættere på månen, trækker tyngdekraften kablet mod månens overflade.

Penoyre og Sandford viser hurtigt, at forlængelse af kablet fra månen helt til jordens overflade genererer kræfter, der er for store til nutidens materialer. Men kablet behøver ikke strække sig hele vejen for at være nyttigt.

Forskernes hovedresultat er at vise, at nutidens stærkeste materialer - kulstofpolymerer som Zylon - komfortabelt kunne understøtte et kabel, der strækker sig fra månen til geosynkron bane. De fortsætter med at foreslå, at en proof-of-princip-enhed lavet af et kabel på tykkelsen af ​​en blyant kan dingles fra månen til en pris målt i milliarder af dollars.

Det er klart ambitiøst, men på ingen måde overdrevent for moderne rummissioner. Ved at forlænge en linje, forankret på månen, til dybt inde i Jordens tyngdekraftsbrønd, kan vi konstruere et stabilt, krydsbart kabel, der tillader fri bevægelse fra jordens nærhed til Månens overflade, siger Penoyre og Sandford.

Besparelsen ville være enorm. Det ville reducere det nødvendige brændstof for at nå månens overflade til en tredjedel af den nuværende værdi, siger de.

Og det ville åbne et helt nyt rumområde for udforskning - Lagrange-punktet. Dette er interessant, fordi både tyngdekraften og tyngdegradienten i denne region er nul, hvilket gør det meget mere sikkert for byggeprojekter. I modsætning hertil får tyngdekraftsgradienten i lav kredsløb om Jorden, at baner er meget mindre stabile.

Hvis du taber et værktøj fra den internationale rumstation, ser det ud til, at det hurtigt accelererer væk fra dig, påpeger Penoyre og Sandford. Lagrange-punktet har en næsten ubetydelig gradient i gravitationskraften; det tabte værktøj vil være lige ved hånden i meget længere tid.

Der er heller ikke noget væsentligt affald i denne region. Lagrange-punktet har for det meste været uberørt af tidligere missioner, og baner, der passerer igennem her, er kaotiske, hvilket i høj grad reducerer mængden af ​​meteoroider, siger de.

Af disse grunde siger Penoyre og Sandford, at adgang til Lagrange-punktet er en stor fordel ved rumlinjen. Lagrange point base camp er den ting, vi mener er vigtigst og indflydelsesrig for den tidlige brug af rumlinjen (og for menneskelig udforskning af rummet generelt), siger de. En sådan base camp ville tillade konstruktion og vedligeholdelse af en ny generation af rumbaserede eksperimenter – man kunne forestille sig teleskoper, partikelacceleratorer, gravitationsbølgedetektorer, vivarium, strømproduktion og opsendelsespunkter til missioner til resten af ​​solsystemet.

Det er et interessant arbejde, der inviterer til et fornyet fokus på ideen om en rumelevator. Billig adgang til Lagrange-punktet, månen og punkter ud over kan bare være blevet betydeligt billigere og mere sandsynligt.

Ref: arxiv.org/abs/1908.09339 : Rumlinjen: Et praktisk rumelevator-alternativ, der kan opnås med aktuel teknologi

skjule