آسانسور فضایی چیست؟

آسانسور فضایی را می توان به مانند یک راه آهن به فضا تصور نمود. یک ریسمان (کابل) از زمین تا وزنه تعادل در 100000 کیلومتری زمین کشیده شده است. بالابر های الکتریکی در طول این ریسمان به حمل بار و مسافران به سمت فضا و زمین می پردازند.

چرا آسانسور فضایی؟

ظرفیت بار: یک ریسمان (کابل) به ضخامت تنها 5.2 اینچ (3.6 سانتیمتر) توانائی حمل باری معدل وزن 3 ایستگاه فضایی بین المللی را در روز خواهد داشت. بواسطه ماهیت آسانسور فضایی این قابلیت امکان گسترش زیادی دارد.

هزینه: هزینه حمل بار به فضا که امروزه معادل 20000 دلار در هر کیلوگرم می باشد به میزان بسیار زیادی و در حد 1 دلار با ازاء هر کیلوگرم کاسته خواهد شد.

ایمنی: اگرچه خیلی کندتر از یک موشک معمولی است، سواری آن نرم و ساده، مشابه حرکت با راه آهن پرسرعت خواهد بود که به معنی عدم وجود خطر انفجار و یا نیروی g شدید می باشد.

قسمت های اصلی آسانسور فضایی

کابل: این راه آهن است که از زمین به مدار متصل میگردد.  می شود، حدود 100،000 کیلومتر طول داشته و از نانو لوله های کربنی ساخته شده که از هر ماده ساختمانی قوی تر است.

ایستگاه زمینی: این ساختار به منظور اتصال ریسمان به زمین و به عنوان ایستگاه بارگیری و تخلیه عمل کرده و در نزدیکی مدار استوای زمین ساخته خواهد شد.

وزنه تعادل: یک وزنه سنگین که برای کشیدن رسمان در انتهای آن قرار خواهد گرفت.

بالا برها: اینها اتومبیل های آسانسور هستند که با حرکت به بالا و پایین ریسمان، بار و در نهایت انسان ها به مدار می رسانند.

منابع انرژی بالابرها: ترکیبی از نور لیزر و انرژی خورشیدی، سلول های خورشیدی بالابرها را برای سفر طولانی به فضا تغذیه خواهد نمود.

آسانسور فضایی چگونه خواهد بود؟

ریسمانی به طول 100000 کیلومتر بین ایستگاه زمینی و وزنه تعادل بصورت مستقیم نصب خواهد شد. از روی زمین به نظر میرسد یک کابل خارق العاده از زمین به آسمان بالای ایستگاه زمینی کشیده شده است. چند لیزر از پایه کابل، مانند ستون های غول پیکری از نور درخشان تا بالابر ها امتداد می یابند تا نیروی بالابرهایی که به آرامی در حال صعود به فضا هستند را تامین کند. از فاصله دورتر فقط انعکاس نور خورشید در زاویه مناسب محل قرار گرفتن آسانسور فضائی را مشخص خواهد کرد.

چگونه آسانسور فضایی عمل خواهد نمود؟

در این طرح یک آسانسور فضایی به یک ایستگاه در زمین متصل شده بود و مدام در حال حمل بار و یا مسافران خواهد بود. بالابر به سرعت از ریسمان بالا رفته، اتمسفر را ترک می‌نماید و به مدار پایینی،  که دارای مسافتی در حدود 160 الی 2000 کیلومتری از زمین خواهد بود منتقل خواهد شد. در حالی که بالابر از این منطقه عبور می‌نماید، می‌تواند بار خود را در این مدارها رها سازد تا در مدارهای مد نظر در اطراف زمین شروع به گردش نمایند. بعد از گذشت مدت زمانی در حدود چهار الی پنج روز، بالابر به مدارهای ماهواره گرد خواهد رسید، جایی که محموله‌های بیشتری را در فضا رها خواهد نمود. محموله‌های که در بالای مدارهای ماهواره گرد همچنان به ریسمان متصل باشند، با سرعتی بیشتر از آنچه جهت ماندن در مدار نیاز است حرکت خواهند نمود که می‌توان آن‌ها را جهت ارسال به ماه یا مریخ جداسازی نمود. بالابر همچنان به سعود خود به سمت انتهای ریسمان ادامه خواهد داد و در آنجا به عنوان وزنه‌ی تعادلی عمل خواهد نمود. چندین بالابر در تمام مدت به ریسمان متصل خواهند بود که هر کدام از آن‌ها دارای سیستم‌های محرکه‌ی مخصوص به خود جهت حرکت دادن ریسمان و جلوگیری از برخورد آن با ماهواره‌ها و یا زباله‌های عظیم فضایی خواهند بود. در مورد زباله‌های فضایی کوچک می‌توان اجازه داد تا تصادم‌هایی رخ دهد، این تصادم های صدمه اندکی را به دنبال خواهند داشت که آسیب‌های حاصله را می‌توان توسط بالابرهای مخصوص تعمیرات و نگهداری، تعمیر نمود.

بالابرهای مخصوص تعمیرات و نگهداری همیشه به ریسمان متصل خواهند بود و به طور مداوم در راستای ریسمان حرکت خواهند نمود و آن را تحت بررسی و بازسازی قرار خواهند داد.

چگونه باید ریسمان آسانسور فضایی را مستقیم در راستای فضا نگه داشت؟

فرض کنید شما ریسمانی را که در انتهای آن وزنه‌ای متصل باشد را در دست داشته باشید. اگر شما با سرعت قابل توجهی ریسمان را تحت یک حرکت دورانی بچرخانید، طناب ما تحت کشش شدیدی رو به بیرون قرار خواهد گرفت. نیرویی که باعث کشیده شدن طناب رو به خارج خواهد شد را تحت عنوان نیروی گریز از مرکز می‌شناسیم. مشابه این مثال در زمان چرخش زمین روی خواهد داد، که نیروی گریز از مرکز موجب کشیده شدن ریسمان آسانسورفضایی به سمت فضا و قرار گیری آن در مسیری مستقیم خواهد شد.

ایده آسانسور فضایی را چه کسی مطرح کرد؟

ایده یک آسانسور فضایی را می توان به چندین متفکر متفاوت در یکصد سال گذشته تعمیم داد. در ابتدا در سال 1895 یک دانشمند روسی به نام کنستانتین چیلوکوفسکی ساخت برجی به فضا را پیشنهاد کرد. در سال 1959، یکی دیگر از دانشمندان روسی، یوری آرزاتانوف، ایده ساختار کششی را مطرح کرد، چیزی که به جای ایجاد ساختن برج به فضا پرتاب شود. این ایده از یک ماهواره زمین ثابت (GEO) برای ارسال مهار به زمین پیشنهاد شده بود. این ایده در سال 1966 در ایالات متحده توسط چهار دانشمند آمریکایی در مقاله ای تحت عنوان (قلاب آسمانی) در مجله Science منتشر شد. جروم پیرسون آمریکائی به طور مستقل ایده ی یک آسانسور فضایی را کشف کرد  این تصویر کلی در سال 1975 تحت عنوان “برج مداری” منتشر گردید. در سال 1979، آرتور کلارک در رمان “چشمه های بهشت” این ایده توضیح داده شد.

آسانسور فضایی چگونه ساخته خواهد شد؟

این پروژه با یک فاز اولیه آغاز میگردد که شامل ارسال حدود 80 تن بار به مدار با موشک های متداول می باشد. قطعات در مدار ارتفاع کم ارتفاع نزدیک زمین مونتاژ شده و سپس به مدار زمین ثابت به نقطه بالای ایستگاه زمینی انتقال می یابد. هنگامی که قطعات در مدار زمین ثابت قرار گرفتند،  یک نوار دو طرفه  به سمت بالا و پائین جهت حفظ تعادل مرکز جرم ساختار ساخته خواهد شد. از آنجای که مهار ساخته شده در فاصله بیشتر از زمین توسط نیروی جاذبه کمتری کشیده می شود، این بخش در مدار زمین ثابت می بایست بزرگتر ساخته شود.  هنگامی که نوار به ایستگاه زمینی می رسد، به زمین متصل شده و استقرار رو به سمت زمین پایین متوقف میگردد. با استفاده از این نوار پایه، می توان مواد بیشتری برای افزایش ظرفیت بارگیری اضافه نمود. یک کابل با ضخامت تنها 7 سانتیمتر توانائی بارگیری 1000 تن تجهیزات در روز را دارد. به عبارت دیگر، ایستگاه فضایی بین المللی که 10 سال صرف ساختن آن شده است می تواند در کمتر از یک روز به مدار برسد.

مقاومت کابل چقدر باید باشد؟

اولين معيار مهم براي اين سوال، قدرت ويژه است. تار عنکبوت ممکن است بسیار قوی به نظر  نرسد اما دارای استحکام ویژه بالائی دارد زیرا میتواند اجسام سنگینی را در مقایسه با ضخامت تار نگه دارد. این موضوع برای طرح آسانسور فضایی بسیار مهم است، زیرا تمام تجهیزات برای رسیدن به فضا می بایست بلند شوند و مهار نیز در فاصله زیاد در فضا ثابت بماند.

واحد استاندارد اندازه گیری برای استحکام ویژه، استرس/ چگالی یا پاسکال/ (کیلوگرم / متر مکعب) می باشد. به این منظور میتوانیم فرمول را بصورت GPa-cc/g بنویسیم که در آن هر GPa-cc/g معادل یک میلیون  Pascal/(kg/m3) می باشد.

برای سادگی از مقیاس اندازه گیری یوری را که به نام یوری هنروتانوف نامگذاری شده است استفاده می گردد. هر یک MYuri برابر با یک  GPa-cc / g است. مفتول فولادی استحکام ویژه ای برابر با نیم  MYuri دارد. در حال حاضر ما درحال ورود به قلمروی فنی مورد نیاز برای ساخت کابل، در مقابل آن چیزی که برای ساخت عملی آسانسور فضائی مورد نیاز است می باشیم.

برای ساخت آسانسور فضایی. لازم است یک کابل با استحکام ویژه  25MYuri  ساخته شود، اما وزن زیادی داشته قادر به حمل بارمزد زیادی نمی باشد.  در امکان سنجی آسانسور فضائی، این مسئله نشان دهنده تبدیل شدن چندین فاکتور به یک پرسش می باشد.

حداقل بازدهی یعنی بیشترین استحکام ویژه که بین 30 تا 40 MYuri خواهد بود. مواد اولیه کمتر و بارمزد بیشتر باعث افزایس ریسک بازدهی آسانسور فضائی خواهد شد.

نقش ISEC در توسعه چیست؟

ISEC یکی از نیروهای سازماندهی مرکزی برای آسانسور فضایی است. ما با جوایز دانشگاهی را برای تحقیق، کمک به کنفرانس ها و دنبال کردن مشارکت با گروه های بین المللی برای کمک به اهداف مان، حمایت می کنیم.  ISEC همچنین در حال ایجاد یک کتابخانه مقالات و مقالات در موضوع آسانسور فضائی  برای ارائه منبع آماده مواد برای استفاده و تحقیق است. ISEC با چهار ستون (فنی، حقوقی، تجاری و تبلیغی) خود در تلاش است تا به تمامی سوالات و حل تمام مشکلات لازم برای تبدیل این طرح به واقعیت پاسخ دهد.

منبع:http://isec.org/space-elevator-faq/

معصومه آقازاده، آرش زمان پور، فاطمه فقیهی، مهرپویا توکلی