Sending rockets into space requires sacrificing expensive equipment, burning massive amounts of fuel, and risking potential catastrophe. So in the space race of the 21st century, some engineers are abandoning rockets for something much more exciting: elevators.
Uzaya roket göndermek; pahalı ekipmanı feda etmeyi, büyük miktarda yakıt yakmayı ve potansiyel felaket riskini göze almayı gerektirir. Bu nedenle 21. yüzyılın uzay yarışında, bazı mühendisler çok daha heyecan verici bir şey için roketlerden vazgeçiyorlar: asansörler.
Okay, so maybe riding an elevator to the stars isn't the most thrilling mode of transportation. But using a fixed structure to send smaller payloads of astronauts and equipment into orbit would be safer, easier, and cheaper than conventional rockets. On a SpaceX Falcon 9 rocket, every kilogram of cargo costs roughly $7,500 to carry into orbit. Space elevators are projected to reduce that cost by 95%.
Tamam, belki bir asansörü yıldızlara göndermek en heyecan verici ulaşım şekli değil. Ancak sabit bir yapı kullanarak ekipman ve astronotların daha küçük yüklerini yörüngeye göndermek geleneksel roketlerden daha güvenli, kolay ve ucuz olabilir. SpaceX Falcon 9 rokentinde, kargonun her kilogramının yörüngeye taşınması kabaca 7.500 dolara mal olur. Uzay asansörleri bu maliyeti %95′e kadar azaltmak amacıyla tasarlanıyor.
Researchers have been investigating this idea since 1895, when a visit to what was then the world's tallest structure inspired Russian scientist Konstantin Tsiolkovsky. Tsiolkovsky imagined a structure thousands of kilometers tall, but even a century later, no known material is strong enough to support such a building. Fortunately, the laws of physics offer a promising alternative design.
Araştırmacılar, bu fikri 1895′ten beri araştırıyorlar; Rus bilim insanı Konstantin Tsiolkovsky’nin o zamanlar dünyanın en yüksek yapısına olan ziyaretinden beri. Tsiolkovsky binlerce kilometre uzunluğunda bir yapı hayal etmişti, ama yüz yıl sonra bile, bilinen hiçbir materyal böyle bir yapıyı destekleyecek kadar kuvvetli değil. Neyse ki fizik kanunları gelecek vadeden alternatif bir tasarım sunuyor.
Imagine hopping on a fast-spinning carousel while holding a rope attached to a rock. As long as the carousel keeps spinning, the rock and rope will remain horizontal, kept aloft by centrifugal force. If you're holding the rope, you'll feel this apparent, inertial acceleration pulling the rock away from the center of the rotating carousel. Now, if we replace the carousel with Earth, the rope with a long tether, and the rock with a counterweight, we have just envisioned the modern space elevator— a cable pulled into space by the physics of our spinning planet.
Hızla dönen bir atlı karıncaya binerken taşa bağlı bir ip tuttuğunuzu hayal edin. Atlı karınca döndüğü sürece, taş ve ip merkezkaç kuvvetiyle uzak tutularak yatay kalacaktır. İpi tutarsanız taşı, dönen atlı karıncanın merkezinden uzaklaştıran bu görünmez eylemsizlik ivmesini hissedersiniz. Şimdi atlı karıncayı Dünya ile, ipi uzun bir kablo ile ve taşı bir denge ağırlığı ile yer değiştirirsek modern uzay asansörünü hayal etmiş oluruz— dönen gezegenimizin fiziği ile uzaya çekilen bir kablo.
For this to work, the counterweight would need to be far enough away that the centrifugal force generated by the Earth's spin is greater than the planet's gravitational pull. These forces balance out at roughly 36,000 kilometers above the surface, so the counterweight should be beyond this height. Objects at this specific distance are in geostationary orbit, meaning they revolve around Earth at the same rate the planet spins, thus appearing motionless in the sky.
Bunun için denge ağırlığı yeteri kadar uzaklıkta olmalıdır ki Dünya’nın dönüşünden kaynaklanan merkezkaç kuvveti gezegenin yerçekimi kuvvetinden fazla olsun. Bu kuvvetler yeryüzünden kabaca 36.000 km yukarıda dengelenir bu yüzden denge ağırlığı bu yüksekliğin üstünde olmalıdır. Bu mesafedeki cisimler sabit yörünge içindedir; bu da Dünya’nın çevresinde gezegenin dönüşü ile aynı oranda dönmeleri anlamına gelir ve bu nedenle de gökyüzünde hareketsiz görünürler.
The counterweight itself could be anything, even a captured asteroid. From here, the tether could be released down through the atmosphere and connected to a base station on the planet's surface. To maximize centrifugal acceleration, this anchor point should be close to the Equator. And by making the loading station a mobile ocean base, the entire system could be moved at will, allowing it to maneuver around extreme weather, and dodge debris and satellites in space.
Denge ağırlığın kendisi herhangi bir şey olabilir, yakalanmış bir asteroit bile. Buradan, kablo atmosfere doğru aşağı serbestleştirilebilir ve gezegenin yüzeyindeki bir baz istasyonu ile birleştirilebilir. Merkezkaç kuvvetini maksimize etmek için bu dayanak noktası Ekvatora yakın olmalıdır. Yükleme istasyonunu devingen bir okyanus üssü haline getirerek tüm sistem istenildiğinde hareket ettirilebilir, bu da ekstrem hava koşullarında manevra yapmasına ve uzaydaki enkaz ve uydulardan kaçmasına olanak sağlar.
Once established, cargo could be loaded onto devices called climbers, which would pull packages along the cable and into orbit. These mechanisms would require huge amounts of electricity, which could be provided by solar panels or potentially even nuclear systems. Current designs estimate that it would take about 8 days to elevate an object into geostationary orbit. And with proper radiation shielding, humans could theoretically take the ride too.
Kurulduğunda, kargo yükleri kablolar boyunca ve yörüngeye çekebilen tırmanıcı denilen cihazlarla yüklenebilir. Bu mekanizmalar güneş panelleri ya da hatta belki nükleer sistemlerden elde edilen büyük miktarda elektrik gerektirebilir. Güncel tasarımlar, bir objenin sabit yörüngeye taşınmasının yaklaşık 8 gün sürebileceğini gösteriyor. Düzgün bir radyasyon kalkanı ile teorik olarak insanlar da taşınabilir.
So, what's stopping us from building this massive structure? For one thing, a construction accident could be catastrophic. But the main problem lies in the cable itself. In addition to supporting a massive amount of weight, the cable's material would have to be strong enough to withstand the counterweight's pull. And because this tension and the force of gravity would vary at different points, its strength and thickness would need to vary as well. Engineered materials like carbon nanotubes and diamond nano-threads seem like our best hope for producing materials strong and light enough for the job. But so far, we've only been able to manufacture very small nanotube chains.
O halde, bizi bu devasa yapıyı inşa etmekten alıkoyan nedir? Birincisi, bir yapı kazası felaket olabilir. Fakat ana sorun kablonun kendisinde yatıyor. Ek olarak büyük bir ağırlığı desteklemek için kablonun materyali denge ağırlığın çekimine dayanacak kadar kuvvetli olmalıdır. Bu gerilim ve yerçekimi kuvveti farklı noktalarda değişken olacağı için kablonun dayanıklılığı ve kalınlığı da aynı şekilde değişken olmalıdır. Karbon nanotüpler ve elmas nano iplikler gibi mühendislik malzemeleri bu iş için yeterince güçlü ve hafif malzemeler üretmek için en iyi umudumuz gibi görünüyor. Ama şu zamana kadar, sadece çok küçük nanotüp zincirleri üretebildik.
Another option would be to build one somewhere with weaker gravity. Space elevators based on Mars or the Moon are already possible with existing materials. But the huge economic advantage of owning an Earth-based space elevator has inspired numerous countries to try and crack this conundrum. In fact, some companies in China and Japan are already planning to complete construction by 2050.
Diğer seçenek daha zayıf yerçekimli bir yerde bir tane inşa etmektir. Mars ya da Ay’a dayalı uzay asansörleri varolan malzemeler ile zaten mümkün. Ancak dünyaya dayalı uzay asansörüne sahip olmanın büyük ekonomik avantajı çok sayıda ülkenin denemesine ve bu bilmeceyi çözmesine ilham veriyor. Aslında Japonya ve Çin’deki bazı şirketler şimdiden 2050′ye kadar yapıyı tamamlamayı planlıyor.