Fonctionnement d'un ascenseur spatial

Un ascenseur spatial est un système de transport proposé reliant la surface de la Terre à l'espace. L'ascenseur permettrait aux véhicules de se déplacer en orbite ou dans l'espace sans utiliser de fusées. Bien que le voyage en ascenseur ne soit pas plus rapide que le voyage en fusée, il serait beaucoup moins cher et pourrait être utilisé en continu pour transporter du fret et éventuellement des passagers.

Konstantin Tsiolkovsky a décrit pour la première fois un ascenseur spatial en 1895. Tsiolkovksy a proposé de construire une tour de la surface jusqu'à l'orbite géostationnaire, faisant essentiellement un bâtiment incroyablement haut. Le problème avec son idée était que la structure serait écrasée par tous le poids Au dessus de. Les concepts modernes d'ascenseurs spatiaux sont basés sur un principe différent - la tension. L'ascenseur serait construit à l'aide d'un câble attaché à une extrémité à la surface de la Terre et à un contrepoids massif à l'autre extrémité, au-dessus de l'orbite géostationnaire (35 786 km).

Alors qu'un ascenseur normal utilise des câbles mobiles pour tirer une plate-forme de haut en bas, l'ascenseur spatial s'appuyer sur des appareils appelés chenilles, grimpeurs ou élévateurs qui se déplacent le long d'un câble fixe ou ruban. En d'autres termes, l'ascenseur se déplacerait sur le câble. Plusieurs grimpeurs devraient se déplacer dans les deux sens pour compenser les vibrations de la force de Coriolis agissant sur leur mouvement.

La configuration de l'ascenseur ressemblerait à ceci: une station massive, un astéroïde capturé ou un groupe d'alpinistes serait positionné plus haut que l'orbite géostationnaire. Parce que la tension sur le câble serait à son maximum à la position orbitale, le câble y serait le plus épais, se rétrécissant vers la surface de la Terre. Très probablement, le câble serait déployé depuis l'espace ou construit en plusieurs sections, descendant vers la Terre. Les grimpeurs montaient et descendaient le câble sur des rouleaux, maintenus en place par friction. L'électricité pourrait être fournie par la technologie existante, comme le transfert d'énergie sans fil, l'énergie solaire et / ou l'énergie nucléaire stockée. Le point de connexion à la surface pourrait être une plate-forme mobile dans l'océan, offrant une sécurité pour l'ascenseur et une flexibilité pour éviter les obstacles.

Voyager dans un ascenseur spatial ne serait pas rapide! Le temps de trajet d'un bout à l'autre serait de plusieurs jours à un mois. Pour mettre la distance en perspective, si le grimpeur se déplaçait à 300 km / h (190 mph), il faudrait cinq jours pour atteindre l'orbite géosynchrone. Parce que les grimpeurs doivent travailler de concert avec d'autres sur le câble pour le rendre stable, il est probable que les progrès seraient beaucoup plus lents.

Le plus grand obstacle à la construction d'ascenseurs spatiaux est le manque d'un matériau suffisamment haut résistance à la traction et élasticité et assez bas densité pour construire le câble ou le ruban. Jusqu'à présent, les matériaux les plus solides pour le câble seraient les nanofils de diamant (synthétisés pour la première fois en 2014) ou nanotubules de carbone. Ces matériaux doivent encore être synthétisés à un rapport longueur / résistance à la traction / densité suffisant. le liaisons chimiques covalentes relier des atomes de carbone dans des nanotubes de carbone ou de diamant ne peut résister qu'à tant de stress avant de décompresser ou de se déchirer. Les scientifiques calculent la tension que les liaisons peuvent supporter, confirmant que s'il est possible de construire un jour un ruban suffisamment long pour s'étendent de la Terre à l'orbite géostationnaire, il ne serait pas en mesure de supporter un stress supplémentaire de l'environnement, des vibrations et des grimpeurs.

Les vibrations et l'oscillation sont une considération sérieuse. Le câble serait sensible à la pression de le vent solaire, les harmoniques (c'est-à-dire comme une très longue corde de violon), les éclairs et les oscillations de la force de Coriolis. Une solution serait de contrôler le mouvement des chenilles pour compenser certains des effets.

Un autre problème est que l'espace entre l'orbite géostationnaire et la surface de la Terre est jonché de débris spatiaux et de débris. Les solutions consistent à nettoyer l'espace proche de la Terre ou à rendre le contrepoids orbital capable d'esquiver les obstacles.

D'autres problèmes incluent la corrosion, les impacts des micrométéorites et les effets des ceintures de rayonnement de Van Allen (un problème pour les matériaux et les organismes).

L'ampleur des défis couplée au développement de fusées réutilisables, comme celles développées par SpaceX, ont diminué l'intérêt pour les ascenseurs spatiaux, mais cela ne signifie pas que l'idée de l'ascenseur est mort.

Un matériau approprié pour un ascenseur spatial basé sur la Terre n'a pas encore été développé, mais les matériaux existants sont suffisamment solides pour supporter un ascenseur spatial sur la Lune, d'autres lunes, Mars ou des astéroïdes. Mars a environ un tiers de la gravité de la Terre, mais tourne à peu près au même rythme, donc un ascenseur spatial martien serait beaucoup plus court qu'un ascenseur construit sur Terre. Un ascenseur sur Mars devrait répondre à l'orbite basse de la lune Phobos, qui coupe régulièrement l'équateur martien. La complication pour un ascenseur lunaire, d'autre part, est que la Lune ne tourne pas assez rapidement pour offrir un point d'orbite stationnaire. cependant, les points lagrangiens pourrait être utilisé à la place. Même si un ascenseur lunaire aurait une longueur de 50 000 km sur le côté proche de la Lune et encore plus sur son côté éloigné, la gravité plus faible rend la construction possible. Un ascenseur martien pourrait assurer un transport continu en dehors du puits de gravité de la planète, tandis qu'un ascenseur lunaire pourrait être utilisé pour envoyer des matériaux de la Lune à un endroit facilement accessible par la Terre.

De nombreuses entreprises ont proposé des plans d'ascenseurs spatiaux. Les études de faisabilité indiquent qu'un ascenseur ne sera pas construit jusqu'à ce que (a) un matériau soit découvert qui puisse supporter la tension d'un ascenseur terrestre ou (b) qu'il y ait un besoin d'un ascenseur sur la Lune ou Mars. Bien qu'il soit probable que les conditions seront remplies au 21e siècle, l'ajout d'un trajet en ascenseur spatial à votre liste de seaux pourrait être prématuré.

• Landis, Geoffrey A. Et Cafarelli, Craig (1999). Présenté en tant que document IAF-95-V.4.07, 46e Congrès de la Fédération internationale d'astronautique, Oslo Norvège, du 2 au 6 octobre 1995. "La Tour Tsiolkovski réexaminée". Journal de la British Interplanetary Society. 52: 175–180.
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• Fitzgerald, M., Swan, P., Penny, R. Swan, C. Architectures et feuilles de route des ascenseurs spatiaux, éditeurs Lulu.com 2015