Een ruimtelift is mogelijk met de technologie van vandaag, zeggen onderzoekers (we hoeven hem alleen maar van de maan te bengelen)

Foto-illustratie van ruimtelift Originele afbeeldingen: Michel Paz, Jeremy Thomas | Unsplash; bewerkt door MIT Technology Review

Misschien is de grootste hindernis voor de uitbreiding van de mensheid door het zonnestelsel de onbetaalbare kosten om aan de zwaartekracht van de aarde te ontsnappen. Dat zeggen Zephyr Penoyre van de Universiteit van Cambridge in het VK en Emily Sandford van de Columbia University in New York.

Het probleem is dat raketmotoren werken door massa in de ene richting over te gooien om stuwkracht te genereren voor een ruimtevaartuig in de andere. En daarvoor zijn enorme hoeveelheden drijfgas nodig, die uiteindelijk worden weggegooid maar ook samen met het ruimtevaartuig moeten worden versneld.

Het resultaat is dat het plaatsen van een enkele kilogram in een baan om de aarde tienduizenden dollars kost. Naar de maan en verder reizen is nog duurder. Er is dus veel belangstelling voor het vinden van goedkopere manieren om in een baan om de aarde te komen.

Een idee is om een ​​ruimtelift te bouwen - een kabel die zich uitstrekt van de aarde naar de baan en die een manier biedt om de ruimte in te klimmen. Het grote voordeel is dat het klimproces kan worden aangedreven door zonne-energie en er dus geen brandstof aan boord nodig is.

Maar er is ook een groot probleem. Zo'n kabel zou ongelooflijk sterk moeten zijn. Koolstofnanobuisjes zijn een potentieel materiaal als ze ooit lang genoeg kunnen worden gemaakt. Maar de opties die vandaag beschikbaar zijn, zijn gewoon te zwak.

Voer Penoyre en Sandford in, die het idee met een twist opnieuw hebben bekeken. Ze zeggen dat hun versie van een ruimtelift, die ze een ruimtelijn noemen, zou kunnen worden gebouwd met materialen die tegenwoordig in de handel verkrijgbaar zijn.

Eerst wat achtergrond. Een conventionele ruimtelift zou bestaan ​​uit een kabel die op de grond is verankerd en zich voorbij de geosynchrone baan uitstrekt, zo'n 42.000 kilometer (26.098 mijl) boven de aarde.

Een dergelijke kabel zou een aanzienlijke massa hebben. Dus om te voorkomen dat het valt, zou het aan het andere uiteinde in evenwicht moeten worden gehouden door een vergelijkbare baanmassa. De hele lift zou dan worden ondersteund door middelpuntvliedende krachten.

Jarenlang hebben natuurkundigen, sciencefictionschrijvers en visionairs opgewonden de omvang van deze krachten berekend, maar helaas ontmoedigd door het resultaat. Geen enkel bekend materiaal is sterk genoeg om deze krachten aan te kunnen - geen spinnenzijde, geen Kevlar, zelfs niet de sterkste moderne koolstofvezelpolymeren.

Dus Penoyre en Sandford hebben het anders aangepakt. In plaats van de kabel op aarde te verankeren, stellen ze voor om hem op de maan te verankeren en naar de aarde te bungelen.

Het grote verschil komt van de middelpuntvliedende krachten. Een conventionele ruimtelift zou elke dag een volledige rotatie maken, in lijn met de rotatie van de aarde. Maar de op de maan gebaseerde ruimtelijn zou slechts één keer per maand in een baan ronddraaien - een veel langzamere snelheid met dienovereenkomstig lagere krachten.

Bovendien zijn de krachten anders gerangschikt. Bij het uitstrekken van de maan naar de aarde zou de ruimtelijn door een gebied van de ruimte gaan waar de zwaartekracht van de aarde en de maan elkaar opheffen.

Dit gebied, dat bekend staat als een Lagrange-punt, wordt een centraal kenmerk van een ruimtelijn. Daaronder, dichter bij de aarde, trekt de zwaartekracht de kabel naar de planeet. Maar daarboven, dichter bij de maan, trekt de zwaartekracht de kabel naar het maanoppervlak.

Penoyre en Sandford laten snel zien dat het verlengen van de kabel van de maan tot aan het aardoppervlak krachten genereert die te groot zijn voor de materialen van vandaag. Maar de kabel hoeft niet helemaal uit te rekken om bruikbaar te zijn.

Het belangrijkste resultaat van de onderzoekers is om aan te tonen dat de sterkste materialen van vandaag - koolstofpolymeren zoals Zylon - comfortabel een kabel kunnen ondersteunen die zich uitstrekt van de maan tot een geosynchrone baan. Ze gaan verder met te suggereren dat een proof-of-principle-apparaat gemaakt van een kabel ongeveer de dikte van een potloodstift aan de maan zou kunnen bungelen tegen een kostprijs van miljarden dollars.

Dat is duidelijk ambitieus, maar zeker niet overdreven voor moderne ruimtemissies. Door een lijn, verankerd op de maan, te verlengen tot diep in de zwaartekracht van de aarde, kunnen we een stabiele, verplaatsbare kabel construeren die vrije beweging van de omgeving van de aarde naar het maanoppervlak mogelijk maakt, zeggen Penoyre en Sandford.

De besparing zou enorm zijn. Het zou de brandstof die nodig is om het oppervlak van de maan te bereiken verminderen tot een derde van de huidige waarde, zeggen ze.

En het zou een geheel nieuw gebied van de ruimte openen voor verkenning - het Lagrange-punt. Dit is van belang omdat zowel de zwaartekracht als de zwaartekrachtgradiënt in dit gebied nul is, waardoor het veel veiliger is voor bouwprojecten. Daarentegen zorgt de zwaartekrachtgradiënt in een lage baan om de aarde ervoor dat banen veel minder stabiel zijn.

Als je een stuk gereedschap uit het internationale ruimtestation ISS laat vallen, zal het snel van je weg lijken te accelereren, wijs Penoyre en Sandford aan. Het Lagrange-punt heeft een bijna verwaarloosbare gradiënt in zwaartekracht; het gevallen gereedschap blijft veel langer binnen handbereik.

Ook is er geen noemenswaardig puin in deze regio. Het Lagrange-punt is grotendeels onaangeroerd gebleven door eerdere missies, en de banen die hier passeren zijn chaotisch, waardoor de hoeveelheid meteoroïden aanzienlijk wordt verminderd, zeggen ze.

Om deze redenen zeggen Penoyre en Sandford dat toegang tot het Lagrange-punt een groot voordeel is van de ruimtelijn. Het basiskamp van het Lagrange-punt is volgens ons het belangrijkste en meest invloedrijke voor het vroege gebruik van de ruimtelijn (en voor menselijke verkenning van de ruimte in het algemeen), zeggen ze. Zo'n basiskamp zou de bouw en het onderhoud van een nieuwe generatie ruimtegebaseerde experimenten mogelijk maken - je kunt je telescopen, deeltjesversnellers, zwaartekrachtgolfdetectoren, vivaria, energieopwekking en lanceerpunten voor missies naar de rest van het zonnestelsel voorstellen.

Dat is interessant werk dat uitnodigt tot een hernieuwde focus op het idee van een ruimtelift. Goedkope toegang tot het Lagrange-punt, de maan en andere punten is mogelijk aanzienlijk goedkoper en waarschijnlijker geworden.

Referentie: arxiv.org/abs/1908.09339 : De Spaceline: een praktisch alternatief voor ruimteliften dat haalbaar is met de huidige technologie

zich verstoppen