با آسانسور به ماه بروید!

موضوع مورد بحث اساساً ریشه در اصول کار موتورهای موشک دارد که شامل رانش جرم در یک جهت برای ایجاد نیروی رانش لازم در جهت مخالف برای فضاپیما است. این فرآیند به مقادیر قابل توجهی پیشران نیاز دارد.

هزینه انتقال یک کیلوگرم به مدار به طور نجومی بالاست و به ده ها هزار دلار می رسد. این هزینه تنها زمانی چند برابر می‌شود که مأموریت‌ها به ماه و فراتر از آن را در نظر بگیرید، که منجر به افزایش علاقه به کشف روش‌های اقتصادی‌تر برای رسیدن به مدار می‌شود.

یک راه حل پیشنهادی شامل ساخت یک آسانسور فضایی است. این مفهوم شامل کابلی است که از سطح زمین تا مدار امتداد می یابد و مسیری را برای صعود به فضا ارائه می دهد. مزیت اصلی این سیستم پتانسیل بهره برداری از انرژی خورشیدی برای فرآیند صعود است، بنابراین نیاز به سوخت داخل هواپیما را از بین می برد.

با این حال، این ایده یک چالش مهم را ارائه می دهد. کابل مورد نیاز برای چنین عملیاتی باید دارای استحکام استثنایی باشد. نانولوله های کربنی یک ماده احتمالی برای این کاربرد هستند، به شرطی که بتوان آنها را به طول لازم توسعه داد. متأسفانه، جایگزین های موجود در حال حاضر فاقد قدرت لازم هستند.

پنور و سندفورد مفهوم آسانسور فضایی را دوباره بررسی کرده اند و چرخش منحصر به فرد خود را به آن اضافه کرده اند. آنها نسخه‌ای را پیشنهاد می‌کنند که آن را "خط فضایی" نامیده‌اند، که به عقیده آنها می‌تواند با استفاده از موادی ساخته شود که در حال حاضر از نظر تجاری در دسترس هستند.
بیایید ابتدا به زمینه ای بپردازیم. ایده سنتی آسانسور فضایی شامل کابلی است که در سطح زمین محکم شده و فراتر از مدار ژئوسنکرون، در فاصله تقریباً ۴۲۰۰۰ کیلومتری (۲۶۰۹۸ مایلی) بالای زمین امتداد دارد.

کابلی از این نوع می تواند وزن قابل توجهی را تحمل کند. برای جلوگیری از پایین آمدن آن، یک جرم معادل در مدار باید آن را در انتهای مخالف متعادل کند. سپس نیروهای گریز از مرکز کل وزن آسانسور را تحمل می کنند.

برای چندین دهه، مجموعه ای از فیزیکدانان، نویسندگان داستان های علمی تخیلی، و رویاپردازان مشتاقانه میزان این نیروها را محاسبه کرده اند. با این حال، محاسبات حاصل به طور مداوم به ناامیدی منجر شده است. در حال حاضر هیچ ماده شناسایی شده ای وجود ندارد که بتواند در برابر این نیروها مقاومت کند. این شامل موادی به قوت ابریشم عنکبوت، کولار یا حتی انعطاف‌پذیرترین پلیمرهای فیبر کربنی معاصر می‌شود.

Penoyre و Sandford یک مفهوم جایگزین را پیشنهاد می کنند. به جای اینکه کابل روی زمین لنگر انداخته شود، آنها توصیه می کنند که به ماه متصل شود و به سمت زمین کشیده شود.

تمایز کلیدی در نیروهای گریز از مرکز نهفته است. یک آسانسور فضایی سنتی یک بار در روز به طور کامل می چرخد، همگام با چرخش زمین. با این حال، یک آسانسور فضایی مبتنی بر ماه فقط یک بار در ماه می‌چرخد، سرعتی به‌طور قابل‌توجهی کندتر با کاهش نیروها.

علاوه بر این، آرایش نیروها متفاوت است. کابلی که از ماه به زمین امتداد می یابد، از ناحیه ای در فضا عبور می کند که کشش گرانشی زمین و ماه یکدیگر را خنثی می کند.

این منطقه که از آن به عنوان نقطه لاگرانژ یاد می شود، به یک جزء حیاتی از چنین آسانسور فضایی مبتنی بر ماه تبدیل می شود. در زیر این نقطه، نزدیکتر به زمین، گرانش کابل را به سمت سیاره می کشاند. برعکس، بالای این نقطه، نزدیک‌تر به ماه، کابل به سمت سطح ماه کشیده می‌شود.

Penoyre و Sandford به سرعت نشان می دهند که اگر کابل از ماه به سطح زمین گسترش یابد، نیروهای حاصله برای مواد فعلی بسیار طاقت فرسا خواهد بود. با این حال، کابل برای موثر بودن لزوماً نیازی به رسیدن به تمام راه ندارد.

یافته‌های کلیدی محققان نشان می‌دهد که مواد فعلی با استحکام بالا مانند پلیمرهای کربنی، مانند زایلون، ظرفیت نگه‌داشتن کابلی را دارند که از ماه تا مدار زمین امتداد دارد. آنها همچنین پیشنهاد می کنند که یک دستگاه نمونه اولیه ساخته شده از کابلی به قطر تقریباً یک سرب مدادی، می تواند با هزینه ای بالغ بر میلیاردها دلار از ماه معلق شود.

این پیشنهاد بدون شک جاه طلبانه است، اما خارج از قلمرو مأموریت های فضایی معاصر نیست.