L'idée d'un ascenseur spatial a été mentionnée dans les œuvres de science-fiction de l'écrivain britannique Arthur Charles Clarke en 1979. Il écrivait dans ses romans qu'il était absolument sûr qu'un jour un tel ascenseur serait construit.

Mais la première personne à avoir eu une idée aussi étrange fut l'ingénieur russe et fondateur de la cosmonautique russe, Konstantin Eduardovich Tsiolkovsky. Inspiré par la construction de la Tour Eiffel, il propose de construire une tour encore plus haute de plusieurs milliers de kilomètres. Tsiolkovsky a proposé de peupler l'espace à l'aide de stations orbitales et a avancé les idées d'un ascenseur spatial et d'un aéroglisseur.

Un ascenseur spatial semble fantastique. Mais les gens du 19ème siècle n'auraient pas non plus pu croire à l'apparition de réalisations techniques telles qu'un avion ou un vaisseau spatial. La Obayashi Construction Corporation au Japon élabore déjà une documentation technique pour préparer la construction d'un ascenseur spatial. Le coût du projet est de 12 milliards de dollars. La construction de l'installation sera achevée en 2050.

Les avantages potentiels de l’utilisation d’ascenseurs spatiaux sont assez élevés. Le fait est qu’il n’est pas pratique de vaincre la gravité à l’aide de la propulsion à réaction. Par exemple, lancer la navette une seule fois nécessite de dépenser 500 millions de dollars, ce qui rend les lancements de lanceurs traditionnels n’étant plus économiquement viables.

L'ascenseur spatial se compose de trois parties principales : la base, le câble et le contrepoids.

Une plate-forme massive dans l'océan, représentant la base de l'ascenseur, supportera une extrémité d'un câble en fibre de carbone, au bout duquel se trouvera un contrepoids - un objet lourd qui agira comme un satellite, tournant derrière notre planète et maintenu en orbite par la force centrifuge. C'est le long de ce câble, tendu dans le ciel jusqu'à une hauteur pouvant atteindre cent mille kilomètres, que la cargaison s'élèvera dans l'espace.

Il en coûte jusqu'à 15 000 dollars pour livrer un kilogramme de fret dans l'espace à l'aide d'une fusée. Les Japonais ont calculé que pour envoyer une cargaison du même poids en orbite, ils dépenseraient... 100 $.

L'ascenseur spatial est une idée soigneusement élaborée. Par exemple, il a été calculé que le câble ne peut pas être en acier. Il se déchirera simplement sous son propre poids. Le matériau doit être 90 fois plus résistant et 10 fois plus léger que l’acier.

Les ingénieurs allaient utiliser des nanotubes de carbone comme câbles, mais il s'est avéré qu'il était impossible de tisser de longs câbles à partir d'un tel matériau.

Tout récemment, une invention est apparue qui pourrait enfin faire du fantasme de l’ascenseur spatial une réalité. Une équipe de chercheurs dirigée par John Budding de l'Université de Pennsylvanie a créé des nanofils ultrafins à partir de diamants microscopiques qui sont nettement plus résistants que les nanotubes et les fibres polymères.

Tokyo Sky Tree est une tour de télévision située dans le quartier de Sumida, la plus haute tour de télévision du monde.

Le chef du département de recherche de la société Obayashi, Yoji Ishikawa, estime que le savoir-faire de l'Université de Pennsylvanie peut réellement rapprocher l'humanité de l'espace. Il dit que le nouveau matériau doit bien sûr subir une série de tests de résistance, mais il semble que c'est exactement ce que lui et ses collègues recherchent depuis si longtemps.

Obayashi a déjà construit des ascenseurs à grande vitesse pour une tour de télévision d'environ 635 mètres de haut

La NASA est également étroitement engagée dans le développement secret d’un ascenseur spatial. À l’avenir, il sera possible de mettre en orbite des pièces d’engins spatiaux interplanétaires géants et de les assembler dans l’espace. Un tel projet ne peut être réalisé qu’à l’aide d’un ascenseur spatial.

Mais le plus important est que l’État qui sera le premier à construire un ascenseur spatial monopolisera le transport de marchandises spatiales pendant de nombreux siècles.

Illustration du roman de science-fiction "Green Mars" de Kim Stanley Robinson représentant
ascenseur spatial installé sur Mars.

Un voyage dans un ascenseur spatial rappellera probablement un vol en montgolfière - sans le rugissement des tuyères, sans un panache de flammes furieuses. La Terre descend doucement. Les maisons deviennent plus petites, les routes se transforment en fils à peine perceptibles et les rubans argentés des rivières s'amincissent. Enfin, le monde inférieur et vain est caché dans les nuages ​​et le monde supérieur transcendantal est révélé. L'atmosphère est passée, derrière la vitre il y a une noirceur cosmique. Et la cabine glisse de plus en plus haut le long d'un câble, invisible sur le fond bleu-vert de la planète et allant dans le vide sans fond.

Tsiolkovsky a également décrit une conception qui pourrait relier l'orbite à la surface de la Terre. Au début des années 1960, l'idée a été développée par Yuri Artsutanov et Arthur Clarke l'a utilisée dans le roman Les Fontaines du Paradis. "World of Fantasy" revient sur le thème de l'ascenseur spatial et tente d'imaginer comment il devrait fonctionner et ce qui est nécessaire pour cela.

Orbite géostationnaire

Est-il possible qu'un satellite reste immobile au-dessus de la tête de l'observateur ? Si la Terre était immobile, comme dans le système ptolémaïque, la réponse serait « non » : après tout, sans force centrifuge, le satellite ne resterait pas en orbite. Mais comme nous le savons, l'observateur lui-même n'est pas immobile, mais tourne avec la planète. Si la période orbitale du satellite est égale à un jour sidéral (23 heures 56 minutes 4 secondes) et que son orbite se trouve dans le plan équatorial, l'appareil survolera ce qu'on appelle le « point d'arrêt ».

L'orbite sur laquelle le satellite est stationnaire par rapport à son point stationnaire est dite géostationnaire. Et c’est extrêmement important pour l’exploration spatiale. C’est là que se trouvent la plupart des satellites de communication, et les communications constituent la principale utilisation commerciale de l’espace. Les transmissions via un répéteur suspendu au-dessus de l'équateur peuvent être reçues sur des « plaques » fixes.

Il existe également une idée pour placer une station habitée en orbite géostationnaire. Pour quoi? Premièrement, pour la maintenance et la réparation des satellites de communication. Pour que les satellites fonctionnent encore plusieurs années, il suffit souvent de ravitailler les micromoteurs qui assurent l'orientation des panneaux solaires et de l'antenne. La station habitée pourra manœuvrer le long de l'orbite géostationnaire, descendre (en même temps sa vitesse angulaire deviendra supérieure à celle des satellites « debout »), rattraper le véhicule nécessitant une maintenance et remonter. Cela ne nécessitera pas plus de carburant qu’une station en orbite basse n’en consomme lorsqu’elle surmonte la friction avec l’atmosphère raréfiée.

Il semblerait que le bénéfice soit énorme. Mais approvisionner un avant-poste aussi éloigné coûterait trop cher. Le changement d'équipage et l'envoi de navires de transport nécessiteront des lanceurs cinq fois plus lourds que ceux actuellement utilisés. Une idée beaucoup plus intéressante consiste à utiliser une station à haute altitude pour construire un ascenseur spatial.

Câbles

Que se passera-t-il si un câble est projeté depuis un satellite géostationnaire vers la Terre ? Premièrement, la force Coriolis le fera avancer. Après tout, il recevra la même vitesse que le satellite, mais sera sur une orbite inférieure, ce qui signifie que sa vitesse angulaire sera plus élevée. Mais après un certain temps, le câble prendra du poids et pendra verticalement. Le rayon de rotation diminuera et la force centrifuge ne pourra plus équilibrer la force de gravité. Si vous continuez à graver la corde, elle atteindra tôt ou tard la surface de la planète.

Pour éviter que le centre de gravité du système ne se déplace, un contrepoids est nécessaire. Certaines personnes suggèrent d’utiliser des satellites usagés ou même un petit astéroïde comme ballast. Mais il existe une option plus intéressante : graver le câble dans la direction opposée, depuis la Terre. Il va également se redresser et s’étirer. Mais non plus sous son propre poids, mais à cause de la force centrifuge.

Le deuxième câble sera plus utile qu’un simple ballast. La livraison de marchandises à bas prix et sans fusée en orbite géostationnaire est utile, mais ne couvrira pas en soi le coût de l'ascenseur. La station située à 36 000 kilomètres d'altitude ne deviendra qu'un point de transfert. De plus, sans consommation d'énergie, accélérées par la force centrifuge, les charges se déplaceront le long du deuxième câble. A une distance de 144 000 kilomètres de la Terre, leur vitesse dépassera la deuxième vitesse cosmique. L’ascenseur se transformera en catapulte, envoyant des projectiles vers la Lune, Vénus et Mars en utilisant l’énergie de rotation de la planète.

Le problème, c'est le câble qui, malgré sa longueur fantastique, ne doit pas se briser sous son propre poids. Avec un câble en acier, cela se produira déjà sur une longueur de 60 kilomètres (et peut-être beaucoup plus tôt, car les défauts sont inévitables lors du tissage). Vous pouvez éviter de casser si l'épaisseur de la corde augmente de façon exponentielle avec la hauteur - après tout, chaque section suivante doit résister à son propre poids plus le poids de toutes les précédentes. Mais l’expérience de pensée devra être interrompue : plus près de l’extrémité supérieure, le câble atteindra une telle épaisseur que les réserves de fer dans la croûte terrestre ne lui suffiront tout simplement pas.

Même le polyéthylène Dyneema le plus résistant, à partir duquel sont fabriqués les gilets pare-balles et les lignes de parachute, ne convient pas. Il a une faible densité, avec une section d'un millimètre carré, il peut supporter une charge de deux tonnes et ne se brise sous son propre poids que sur une longueur de 2 500 kilomètres. Mais le câble Dainima doit avoir une masse d'environ 300 000 tonnes et une épaisseur de 10 mètres à son extrémité supérieure. Il est presque impossible de mettre une telle cargaison en orbite et l'ascenseur ne peut être construit que par le haut.

L'espoir est donné par les nanotubes de carbone découverts en 1991, qui sont théoriquement capables d'être 30 fois plus résistants que le Kevlar (en pratique, la corde en polyéthylène est encore plus résistante). Si les estimations optimistes de leur potentiel se confirment, il sera possible de produire un ruban d'une section transversale constante de 36 000 km de longueur, pesant 270 tonnes et ayant une capacité de charge de 10 tonnes. Et si même des estimations pessimistes se confirment, un ascenseur avec un câble de 1 millimètre d'épaisseur près de la Terre et de 25 centimètres en orbite (masse 900 tonnes sans tenir compte du contrepoids) ne sera plus un fantasme.

Ascenseur

Créer un ascenseur pour un ascenseur spatial est une tâche non triviale. Pour fabriquer un câble, il suffit de développer une nouvelle technologie. Un mécanisme capable de grimper sur ce câble et de mettre des marchandises en orbite n'a pas encore été inventé. La méthode « terrestre », où la cabine est attachée à une corde enroulée sur un tambour, ne résiste pas aux critiques : la masse de la charge sera négligeable par rapport à la masse de la corde. L'ascenseur devra monter tout seul.

Il semblerait que ce ne soit pas difficile à mettre en œuvre. Le câble est serré entre les rouleaux et la machine remonte, maintenue par friction. Mais ce n'est que dans la science-fiction qu'il s'agit d'un ascenseur spatial - une tour ou une puissante colonne à l'intérieur de laquelle se déplace la cabine. En réalité, un fil à peine visible parviendra, au mieux, à la surface de la Terre : un ruban étroit. La zone de contact des rouleaux avec le support sera négligeable, ce qui signifie que le frottement ne pourra pas être important.

Il existe une autre limitation : le mécanisme ne doit pas endommager le câble. Hélas, même si le nanotissu est incroyablement résistant à la déchirure, cela ne signifie pas qu'il est difficile à couper ou à effilocher. Remplacer un câble cassé sera très difficile. Et si elle éclate à haute altitude, la force centrifuge emportera la station loin dans l’espace, ruinant ainsi tout le projet. Afin de maintenir le centre de gravité du système en orbite en cas d’urgence, de petites mines devront être placées sur toute la longueur du câble. Si l’une des branches se brise, une partie égale de la branche opposée sera immédiatement projetée.

Il reste encore beaucoup d’autres problèmes intéressants à résoudre. Par exemple, la divergence des ascenseurs se rapprochant les uns des autres et le sauvetage des passagers des cabines « bloquées ».

Le problème le plus difficile est l’alimentation électrique de l’ascenseur. Le moteur nécessitera beaucoup d'énergie. La capacité des batteries, existantes ou en cours de développement, n’est pas suffisante. L'approvisionnement en carburant chimique et en comburant transformera l'ascenseur en un système à plusieurs étages de réservoirs et de moteurs. Soit dit en passant, cette conception merveilleuse n'a pas besoin d'un câble coûteux - elle existe actuellement et s'appelle une « fusée d'appoint ».

Le moyen le plus simple consiste à intégrer des fils de contact dans le câble. Mais le câble ne résistera pas au poids du câblage métallique, ce qui signifie qu'il faudra « apprendre » aux nanotubes à conduire le courant électrique. L'alimentation électrique autonome sous forme de panneaux solaires ou de sources radio-isotopiques est plutôt faible : selon les estimations les plus optimistes, leur développement prendra des décennies. Il faudrait des années à un réacteur nucléaire doté d’un meilleur rapport masse/puissance pour mettre la cabine en orbite. Mais il est lui-même trop lourd et nécessitera également deux ou trois ravitaillements en cours de route.

La meilleure option consiste peut-être à transférer de l'énergie à l'aide d'un laser ou d'un pistolet à micro-ondes, irradiant le dispositif de réception de l'ascenseur. Mais ce n’est pas sans défauts. Au niveau technologique actuel, seule une minorité de l’énergie reçue peut être convertie en électricité. Le reste se transformera en chaleur, qu’il sera très problématique d’évacuer dans un espace sans air.

Si un câble est endommagé, il sera difficile de faire venir des réparateurs sur la zone endommagée. Et si ça casse, c'est trop tard (image du jeu Halo 3 : ODST)

Radioprotection

Mauvaise nouvelle pour ceux qui souhaitent rouler léger : l’ascenseur passera par les ceintures de radiations terrestres. Le champ magnétique de la planète capte les particules du vent solaire – protons et électrons – et empêche les rayonnements dangereux d’atteindre la surface. En conséquence, la Terre est entourée dans le plan équatorial de deux tores colossaux, à l’intérieur desquels se concentrent les particules chargées. Même les vaisseaux spatiaux tentent d’éviter ces zones.

La première ceinture, le piège à protons, commence à une altitude de 500 à 1 300 kilomètres et se termine à une altitude de 7 000 kilomètres. Derrière lui, jusqu'à une altitude d'environ 13 000 kilomètres, se trouve une zone relativement sûre. Mais encore plus loin, entre 13 000 et 20 000 kilomètres, s'étend la ceinture externe de rayonnement des électrons de haute énergie.

Les stations orbitales tournent sous les ceintures de radiations. Des vaisseaux spatiaux habités ne les ont traversés que lors d'expéditions lunaires, n'y consacrant que quelques heures. Mais l'ascenseur aura besoin d'environ une journée pour surmonter chacune des ceintures. Cela signifie que la cabine devra être équipée d'une sérieuse protection anti-radiation.

Tour d'amarrage

La base d'un ascenseur spatial est généralement imaginée comme un complexe de structures aériennes situées quelque part en Équateur, dans les jungles du Gabon ou dans un atoll d'Océanie. Mais la solution la plus évidente n’est pas toujours la meilleure. Une fois libérée de l'orbite, l'attache peut être fixée au pont d'un navire ou au sommet d'une tour colossale. Le navire maritime échappera aux ouragans qui peuvent, s'ils ne brisent pas l'ascenseur, qui a un vent considérable, puis en faire tomber les ascenseurs.

Une tour de 12 à 15 kilomètres de haut protégera le câble des violences de l'atmosphère et réduira également quelque peu sa longueur. À première vue, l'avantage semble insignifiant, mais si la masse du câble dépend de sa longueur de manière exponentielle, même un petit gain permettra de réaliser des économies notables. De plus, la tour d'amarrage permet de doubler environ la capacité de charge du système en éliminant la section de fil la plus fine et la plus vulnérable.

Cependant, il n'est possible d'ériger un bâtiment d'une telle hauteur que sur les pages de romans de science-fiction. Théoriquement, une telle tour peut être construite à partir d’un matériau ayant la dureté du diamant. En pratique, aucune fondation ne supportera son poids.

Néanmoins, il est possible de construire une tour d'amarrage à plusieurs kilomètres de hauteur. Seul le matériau de construction ne doit pas être du béton, mais du gaz : des ballons remplis d'hélium. Une telle tour sera un « flotteur » dont la partie inférieure est immergée dans l’atmosphère et, grâce à la force d’Archimède, soutient la partie supérieure, qui se trouve déjà dans un espace presque sans air. Cette structure peut être construite par le bas, à partir de blocs individuels, de petite taille et entièrement remplaçables. Il n'y a aucun obstacle fondamental pour que la « tour gonflable » atteigne une hauteur de 100 voire 160 kilomètres.

Même sans ascenseur spatial, une « tour flottante » a du sens. Comme une centrale électrique - si l'enveloppe extérieure est recouverte de panneaux solaires. Comme un répéteur desservant une zone d'un rayon de mille cinq cents kilomètres. Enfin, comme observatoire et base d’étude des couches supérieures de l’atmosphère.

Et si vous ne visez pas une hauteur de plusieurs centaines de kilomètres, vous pouvez utiliser un ballon en forme d’anneau « ancré » à 40 kilomètres d’altitude comme station d’amarrage. Un dirigeable géant (ou plusieurs dirigeables superposés) déchargera le câble de l'ascenseur, prenant en charge son poids dans les dernières dizaines de kilomètres.

Mais les bénéfices les plus significatifs proviendraient d'une plateforme mobile sous la forme d'un dirigeable à haute altitude survolant l'équateur à une vitesse de 360 ​​km/h (ce qui est tout à fait réalisable lorsque le moteur est alimenté par des panneaux solaires et un réacteur nucléaire). . Dans ce cas, le satellite n'a pas besoin de survoler un point. Son orbite sera située à 7 000 kilomètres en dessous de celle géostationnaire, ce qui réduira la longueur du câble de 20 % et la masse de 2,5 fois (en tenant compte des avantages de l'utilisation de la « tour d'amarrage »). Il reste à résoudre le problème de la livraison du fret au dirigeable lui-même.

Catapulte gravitationnelle

L’ascenseur spatial est le projet le plus ambitieux, mais pas le seul à utiliser des attaches pour lancer un vaisseau spatial. Certains autres projets peuvent être réalisés au niveau actuel de la technologie.

Que se passera-t-il, par exemple, si une charge attachée par un câble est poussée « vers le haut » de la navette suspendue en orbite, loin de la Terre ? Selon la loi de conservation de la quantité de mouvement, le navire lui-même se déplacera vers une orbite inférieure. Et ça va commencer à tomber. La charge, entraînant avec elle le câble qui se déroule, sera d'abord déviée vers l'arrière par la force de Coriolis, puis se précipitera « vers le haut ». En effet, avec une augmentation du rayon de rotation, la gravité va s'affaiblir, et la force centrifuge va augmenter. Le système fonctionnera comme un trébuchet – une ancienne machine à lancer. La navette assumera le rôle d'une cage avec des pierres, le câble se transformera en élingue et l'axe sera le centre de masse général du système, qui est en état d'apesanteur dans l'orbite initiale du navire. Après avoir basculé par rapport à l'axe, le câble se redressera dans le sens vertical, s'étirera et éjectera la charge.

La différence entre une catapulte gravitationnelle et un ascenseur spatial est que le rôle de « cage » dans l'ascenseur est joué par la planète elle-même, « tombant » à une hauteur indiscernable par rapport au centre de masse du « projectile terrestre ». système. Dans ce cas, l'énergie cinétique de la navette sera dépensée. Le navire transférera une partie de son élan à la cargaison - par exemple, une station interplanétaire automatique - perdra de la vitesse et de l'altitude et pénétrera dans les couches denses de l'atmosphère. Ce qui est également une bonne chose, car généralement, pour désorbiter la navette, elle doit être ralentie par ses moteurs, ce qui brûle du carburant.

À l'aide d'une catapulte à câble, la navette pourra envoyer 2 à 3 fois plus de marchandises vers Mars ou Vénus que par la manière traditionnelle. Ce qui ne permettra cependant toujours pas au système de navette de rivaliser avec un lanceur classique en termes d'efficacité. Après tout, pour un lancement « catapulte », il faudra non seulement lancer la charge utile, mais aussi un gigantesque câble avec un « contrepoids » en orbite. Une autre chose est que le contrepoids de la catapulte peut être trouvé directement en orbite - par exemple, un navire de transport qui a terminé sa mission fera l'affaire. En outre, une masse de « débris spatiaux » tourne autour de notre planète et devra être collectée dans un avenir proche.

* * *

Les problèmes liés à la construction d’un ascenseur spatial sont loin d’être résolus. Une alternative rentable aux fusées et aux navettes n’apparaîtra pas de sitôt. Mais à l’heure actuelle, « l’escalier vers le vide » est le projet le plus fantastique et le plus ambitieux sur lequel travaille la science. Même si la structure, dont la longueur est une douzaine de fois supérieure au diamètre de la planète, s'avère inefficace, elle marquera le début d'une nouvelle étape dans l'histoire de l'humanité. La même « sortie du berceau » dont parlait Konstantin Eduardovich Tsiolkovsky il y a plus d’un siècle.

Ascenseur spatial

Quiconque pense qu'avec l'aide de la nanotechnologie il est possible de créer seulement quelque chose de submicroscopique, invisible à l'œil humain, sera probablement surpris par le projet récemment développé par des spécialistes de la NASA et qui a tant attiré l'attention des scientifiques et du grand public. publique. Nous parlons du projet dit d'ascenseur spatial.

Un ascenseur spatial est un câble de plusieurs dizaines de milliers de kilomètres de long qui relie une station spatiale en orbite à une plateforme située au milieu de l'océan Pacifique.

L'idée d'un ascenseur spatial est vieille de plus d'un siècle. Le premier à en parler en 1895 fut le grand scientifique russe Konstantin Tsiolkovsky, fondateur de la cosmonautique moderne. Il a souligné que le principe qui sous-tend la science des fusées modernes ne permet pas aux lanceurs modernes d'être un moyen efficace de transporter des marchandises dans l'espace. Il y a plusieurs raisons à cela :

Premièrement, l'efficacité des fusées modernes est très faible en raison du fait que la part du lion de la puissance des moteurs du premier étage sert à vaincre la force de gravité.

Deuxièmement, on sait qu'une augmentation significative de la masse de carburant à plusieurs reprises ne donne qu'une légère augmentation de la vitesse.des fusées. C'est pourquoi, par exemple, le système de fusée américain Saturn-Apollo, d'une masse au lancement de 2 900 tonnes, n'a lancé que 129 tonnes en orbite. D’où le coût astronomique des lancements spatiaux à l’aide de fusées (le coût du lancement d’un kilogramme de fret en orbite basse est en moyenne d’environ 10 000 dollars).

Et malgré les tentatives répétées visant à réduire le coût du lancement des fusées, il semble que le coût du transport des marchandises et des personnes en orbite soit radicalement réduit au coût du transport aérien standard basé sur les technologies modernes des fusées.

fondamentalement impossible.

Pour envoyer des marchandises dans l'espace à moindre coût, des chercheurs du Laboratoire national de Los Alamos ont proposé de créer un ascenseur spatial. Selon des estimations préliminaires, le coût du lancement d'une cargaison à l'aide d'un ascenseur pourrait passer de plusieurs dizaines de milliers de dollars à 10 dollars le kilogramme. Les scientifiques croient

que l'ascenseur spatial pourrait littéralement bouleverser le monde, offrant à l'humanité de toutes nouvelles opportunités.

Essentiellement, l'ascenseur sera un câble reliant la station orbitale à une plate-forme à la surface de la Terre. Des cabines montées sur chenilles se déplaceront de haut en bas le long du câble, transportant les satellites et les sondes qui doivent être lancées en orbite. Grâce à cet ascenseur, tout en haut, il sera possible de construire une rampe de lancement dans l'espace pour les engins spatiaux se dirigeant vers la Lune, Mars, Vénus et les astéroïdes. Le problème de l'alimentation en énergie des « cabines » des ascenseurs elles-mêmes a été résolu de manière originale : le câble sera recouvert de panneaux solaires ou les cabines seront équipées de petits panneaux photovoltaïques qui seront éclairés par de puissants lasers provenant de la Terre.

Les scientifiques proposent de placer la base au sol de l'ascenseur spatial dans l'océan, dans les eaux équatoriales de l'océan Pacifique, à des centaines de kilomètres des routes aériennes commerciales. On sait que les ouragans ne traversent jamais l'équateur et qu'il n'y a presque pas d'éclairs ici, ce qui offrira une protection supplémentaire à l'ascenseur.

L'ascenseur spatial est décrit dans les travaux de Tsiolkovsky, ainsi que de l'écrivain de science-fiction Arthur C. Clarke, et le projet de construction d'un tel ascenseur a été développé par l'ingénieur de Leningrad Yuri Artsutanov en 1960. Pendant de nombreuses années, l'Astrakhan a été un promoteur actif de l'idée d'un ascenseur spatial.

scientifique G. Polyakov.

Mais jusqu’à présent, personne n’a été en mesure de proposer un matériau si léger et si résistant qu’il pourrait être utilisé pour fabriquer un câble spatial. Jusqu’à récemment, le matériau le plus durable était l’acier. Mais il n'est pas possible de fabriquer un câble en acier de plusieurs milliers de kilomètres de long, car même des calculs simplifiés indiquent qu'un câble en acier de la résistance requise s'effondrerait déjà sous son propre poids à une altitude de 50 km.

Cependant, avec le développement de la nanotechnologie, une réelle opportunité s'est présentée pour produire un câble présentant les caractéristiques requises à base de fibres de nanotubes de carbone ultra-résistants et ultra-légers. Jusqu'à présent, personne n'a réussi à fabriquer ne serait-ce qu'un câble d'un mètre de long. à partir de nanotubes, mais, selon les développeurs du projet, les technologies de production de nanotubes s'améliorent chaque jour, de sorte qu'un tel câble pourrait bien être réalisé dans quelques années.

L'élément principal de l'ascenseur est un câble dont une extrémité est attachée à la surface de la Terre et l'autre est perdue dans l'espace à une altitude d'environ 100 000 km. Ce câble ne se contentera pas de «pendre» dans l'espace, mais sera tendu comme une corde, grâce à l'influence de deux forces multidirectionnelles : le centre

fuyant et centripète.

Pour comprendre leur nature, imaginez que vous attachiez un objet à une corde et que vous commenciez à le détordre. Dès qu'elle acquiert une certaine vitesse, la corde va se tendre, car une force centrifuge agit sur l'objet, et une force centripète agit sur la corde elle-même, qui la tire. Quelque chose de similaire se produira avec un câble élevé dans l’espace. Tout objet situé à son extrémité supérieure, ou même son extrémité libre elle-même, tournera, comme un satellite artificiel de notre planète, uniquement « attaché » à la surface de la Terre avec une « corde » spéciale.

L'équilibre des forces se produira lorsque le centre de masse de la corde géante se trouvera à une altitude de 36 000 kilomètres, c'est-à-dire sur l'orbite dite géostationnaire. C'est là que les satellites artificiels sont suspendus au-dessus de la Terre, effectuant avec elle une révolution complète en 24 heures. Dans ce cas, il sera non seulement tendu, mais pourra également occuper en permanence une position strictement définie - verticale par rapport à l'horizon terrestre, exactement vers le centre de notre planète.

Figure 24. L'ascenseur spatial imaginé par l'artiste Pat Rawlings*

Tiré de http://flightprojects.msfc.nasa.gov

Pour commencer la construction d’un ascenseur spatial, il faudra effectuer quelques vols de navette spatiale. Eux et une plate-forme spéciale dotée de son propre moteur autonome livreront 20 tonnes de câble en orbite géostationnaire. Ensuite, il est censé abaisser une extrémité du câble jusqu'à la Terre et le fixer quelque part dans la zone équatoriale de l'océan Pacifique sur une plate-forme similaire à l'actuelle rampe de lancement de fusées.

Ensuite, ils prévoient de placer des ascenseurs spéciaux le long du câble, ce qui ajoutera de plus en plus de couches de revêtement de nanotubes au câble, augmentant ainsi sa résistance. Ce processus devrait prendre quelques années et le premier ascenseur spatial sera prêt.

Curieuses coïncidences : en 1979, l'écrivain de science-fiction Arthur C. Clarke, dans son roman « Les Fontaines du Paradis », avance l'idée d'un « ascenseur spatial » et propose de remplacer l'acier par un certain « pseudo-un » ultra résistant. "Cristal de diamant dimensionnel", qui est devenu le principal matériau de construction de cet appareil. La chose la plus intéressante est que Clark l'a presque deviné. Le stade actuel d'intérêt pour le projet de construction d'un ascenseur spatial est précisément associé aux cristaux de carbone - des nanotubes, qui ont des propriétés remarquables, que nous connaissons déjà.

Et ce qui est absolument surprenant : le physicien, l'un des participants au développement de l'ascenseur spatial, s'appelle Ron Morgan. Morgan était aussi le nom du personnage du roman d'Arthur C. Clarke, l'ingénieur qui a construit l'ascenseur spatial !

L'idée d'une structure d'astro-ingénierie pour lancer des marchandises en orbite planétaire ou même au-delà.
Pour la première fois, une telle idée a été exprimée par Konstantin Tsiolkovsky en 1895, l'idée a été développée en détail dans les travaux de Yuri Artsutanov. La conception hypothétique est basée sur l’utilisation d’un câble tendu depuis la surface de la planète jusqu’à une station orbitale située en GEO.
Le câble nécessite une résistance à la traction extrêmement élevée combinée à une faible densité. Selon les calculs théoriques, les nanotubes de carbone semblent être un matériau approprié. Si nous supposons leur aptitude à la fabrication d'un câble, alors la création d'un ascenseur spatial est un problème d'ingénierie soluble, bien qu'il nécessite l'utilisation de développements avancés et des coûts élevés d'un autre type. La création de l'ascenseur est estimée à 7 à 12 milliards de dollars américains. La NASA finance déjà des développements connexes à l'Institut américain de recherche scientifique, notamment le développement d'un ascenseur capable de se déplacer de manière indépendante le long d'un câble.
Contenu [supprimer]
1 Conception
1.1 Fondation
1.2 Câble
1.2.1 Épaississement du câble
1.3 Ascenseur
1.4 Contrepoids
1.5 Moment angulaire, vitesse et inclinaison
1.6 Lancement dans l'espace
2 Construction
3 Économie d'un ascenseur spatial
4 réalisations
5 Littérature
6 Ascenseur spatial dans divers travaux
7 Voir aussi
8 remarques
9 liens
9.1 Organisations
9.2 Divers
Conception

Il existe plusieurs options de conception. Presque tous comprennent une base (base), un câble (câble), des ascenseurs et un contrepoids.
Base
La base d'un ascenseur spatial est l'endroit à la surface de la planète où le câble est attaché et où commence le levage de la cargaison. Il peut être mobile, placé sur un navire océanique.
L'avantage d'une base mobile est la possibilité d'effectuer des manœuvres pour échapper aux ouragans et aux tempêtes. Les avantages d'une base fixe sont des sources d'énergie moins chères et plus accessibles, ainsi que la possibilité de réduire la longueur du câble. La différence de quelques kilomètres de câble est relativement faible, mais peut contribuer à réduire l'épaisseur requise de sa partie médiane et la longueur de la partie qui s'étend. pour géostationnaire
orbite.
Câble Le câble doit être fabriqué dans un matériau présentant un rapport résistance à la traction/densité spécifique extrêmement élevé. Un ascenseur spatial sera économiquement justifié s'il est possible de produire à l'échelle industrielle et à un prix raisonnable un câble d'une densité comparable au graphite et d'une résistance d'environ
65 à 120 gigapascals.
Les nanotubes de carbone devraient, selon la théorie, avoir une extensibilité bien supérieure à celle requise pour un ascenseur spatial. Cependant, la technologie permettant de les produire en quantités industrielles et de les tisser en câbles commence tout juste à être développée. Théoriquement, leur résistance devrait être supérieure à 120 GPa, mais en pratique, l'allongement le plus élevé d'un nanotube à paroi unique était de 52 GPa et, en moyenne, ils se cassaient entre 30 et 50 GPa.
Le fil le plus résistant, tissé à partir de nanotubes, sera plus faible que ses composants.

Les recherches visant à améliorer la pureté du matériau des tubes et à créer différents types de tubes se poursuivent.
La plupart des projets d’ascenseurs spatiaux utilisent des nanotubes à simple paroi. Les multicouches ont une résistance plus élevée, mais sont plus lourdes et ont un rapport résistance/densité plus faible. Une option possible consiste à utiliser la liaison haute pression de nanotubes à simple paroi. Dans ce cas, bien que la résistance soit perdue du fait du remplacement de la liaison sp² (graphite, nanotubes) par la liaison sp³ (diamant), elles seront mieux retenues dans une fibre par les forces de van der Waals et permettront de produire des fibres de durée arbitraire [source non précisée 810 jours]
Les défauts du réseau cristallin réduisent la résistance des nanotubes
Dans une expérience menée par des scientifiques de l'Université de Californie du Sud (États-Unis), les nanotubes de carbone à simple paroi ont démontré une résistance spécifique 117 fois supérieure à celle de l'acier et 30 fois supérieure à celle du Kevlar. Il a été possible d'atteindre une valeur de 98,9 GPa, la valeur maximale de la longueur du nanotube était de 195 µm.
La technologie permettant de tisser de telles fibres en est encore à ses balbutiements. Selon certains scientifiques, même les nanotubes de carbone ne seront jamais assez résistants pour fabriquer un câble d'ascenseur spatial. Expériences des scientifiques
de Technologique

L'Université de Sydney a permis de créer du papier graphène. Les tests sur échantillons sont encourageants : la densité du matériau est cinq à six fois inférieure à celle de l'acier, tandis que la résistance à la traction est dix fois supérieure à celle de l'acier au carbone. En même temps, le graphène est un bon conducteur de courant électrique, ce qui lui permet d'être utilisé pour transmettre de l'énergie à un ascenseur, en tant que bus de contact.

L'ascenseur spatial doit supporter au moins son propre poids, ce qui est considérable en raison de la longueur du câble. L'épaississement d'une part augmente la résistance du câble, d'autre part, il ajoute son poids, et donc la résistance requise. La charge exercée sur celui-ci varie selon les endroits : dans certains cas, une section de l'attache doit supporter le poids des segments situés en dessous, dans d'autres, elle doit résister à la force centrifuge qui maintient les parties supérieures de l'attache en orbite. Pour rencontrerà cette condition et pour atteindre l'optimalité du câble en chaque point, son épaisseur sera variable.
On peut montrer qu'en tenant compte de la gravité terrestre et de la force centrifuge (mais sans tenir compte de la moindre influence de la Lune et du Soleil), la section transversale du câble en fonction de la hauteur sera décrite par la formule suivante :

Ici A ® est l'aire de la section transversale du câble en fonction de la distance r du centre de la Terre.
La formule utilise les constantes suivantes :
A0 est la section transversale du câble au niveau de la surface de la Terre.
ρ est la densité du matériau du câble.
s est la résistance à la traction du matériau du câble.
ω est la fréquence circulaire de la rotation de la Terre autour de son axe, 7,292×10−5 radians par seconde.
r0 est la distance entre le centre de la Terre et la base du câble. Il s'agit d'environégal au rayon de la Terre, 6 378 km.
g0 est l'accélération de la gravité à la base du câble, 9,780 m/s².
Cette équation décrit une attache dont l'épaisseur augmente d'abord de façon exponentielle, puis sa croissance ralentit à une altitude de plusieurs rayons terrestres, puis elle devient constante, pour finalement atteindre l'orbite géostationnaire. Après cela, l'épaisseur recommence à diminuer.
Ainsi, le rapport des sections du câble à la base et au GSO (r = 42,164 km) est :
En substituant ici la densité et la résistance de l'acier et le diamètre du câble au niveau du sol de 1 cm, nous obtenons un diamètre au niveau GSO de plusieurs centaines de kilomètres, ce qui signifie que l'acier et les autres matériaux qui nous sont familiers ne conviennent pas à la construction d'un ascenseur.
Il s'ensuit qu'il existe quatre manières d'obtenir une épaisseur de câble plus raisonnable au niveau GSO :
Utilisez un matériau moins dense. Étant donné que la densité de la plupart des solides se situe dans une plage relativement étroite allant de 1 000 à 5 000 kg/m³, il est peu probable que quelque chose puisse être réalisé ici.
Utilisez un matériau plus durable. La recherche va principalement dans cette direction. Les nanotubes de carbone sont des dizaines de fois plus résistants que le meilleur acier, et ils réduiront considérablement l'épaisseur du câble au niveau GSO.
Soulevez la base du câble plus haut. En raison de la présence de l'exponentielle dans l'équation, même une légère surélévation de la base réduira considérablement l'épaisseur du câble. Des tours allant jusqu'à 100 km de haut sont proposées, qui, en plus d'économiser sur le câble, éviteront l'influence des processus atmosphériques.
Rendez la base du câble aussi fine que possible. Il doit encore être suffisamment épais pour supporter un ascenseur chargé, donc l'épaisseur minimale à la base dépend également de la résistance du matériau. Un câble composé de nanotubes de carbone ne doit avoir qu'un millimètre d'épaisseur à la base.
Une autre façon consiste à rendre la base de l'ascenseur mobile. Se déplacer même à une vitesse de 100 m/s donnera déjà un gain de vitesse circulaire de 20 % et réduira la longueur du câble de 20 à 25 %, ce qui le rendra plus léger de 50 % ou plus. Si vous « ancrez » le câble au supersonique non précisé 664 jours] dans un avion ou un train, alors le gain de masse du câble ne se mesurera plus en pourcentage, mais en dizaines de fois (mais les pertes ne sont pas prises en compte pour la résistance air).
Ascenseur

L'Université de Sydney a permis de créer du papier graphène. Les tests sur échantillons sont encourageants : la densité du matériau est cinq à six fois inférieure à celle de l'acier, tandis que la résistance à la traction est dix fois supérieure à celle de l'acier au carbone. En même temps, le graphène est un bon conducteur de courant électrique, ce qui lui permet d'être utilisé pour transmettre de l'énergie à un ascenseur, en tant que bus de contact.
Il est nécessaire de vérifier l'exactitude des faits et la fiabilité des informations présentées dans cet article.
Il devrait y avoir une explication sur la page de discussion.

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Dessin conceptuel d'un ascenseur spatial s'élevant à travers les nuages
Un ascenseur spatial ne peut pas fonctionner comme un ascenseur ordinaire (avec des câbles mobiles) car l'épaisseur de son câble n'est pas constante. La plupart des projets utilisent un palan qui grimpe sur un câble fixe, bien que de petits câbles mobiles segmentés courant le long du câble principal aient également été proposés.
Différentes méthodes de construction d'ascenseurs sont proposées. Sur les câbles plats, vous pouvez utiliser des paires de galets maintenus en place par friction. D'autres options sont le déplacement des rayons avec des crochets sur plaques, des rouleaux avec des crochets rétractables, la lévitation magnétique (peu probable, car des chemins encombrants devront être attachés au câble), etc. [source non précisée 661 jours]
Un problème sérieux avec la conception de l'ascenseur est la source d'énergie [source non spécifiée 661 jours]. Il est peu probable que la densité de stockage d’énergie soit suffisamment élevée pour que l’ascenseur dispose de suffisamment d’énergie pour gravir l’ensemble du câble. Les sources d'énergie externes possibles sont les faisceaux laser ou micro-ondes. D’autres options sont l’utilisation de l’énergie de freinage des ascenseurs descendant ; différence de température dans la troposphère ; décharge ionosphérique, etc. L'option principale [source non précisée 661 jours] (rayons énergétiques) présente de sérieux problèmes associés
avec efficacité et la dissipation de la chaleur aux deux extrémités, même si si l'on est optimiste quant aux progrès technologiques futurs, cela est réalisable. Les ascenseurs doivent se suivre à une distance optimale pour minimiser la charge sur le câble et ses oscillations
et maximiser
débit. La zone la moins fiable du câble se trouve près de sa base ; il ne devrait pas y avoir plus d'un ascenseur [source non précisée 661 jours].
Les ascenseurs qui montent uniquement augmenteront la capacité, mais ne permettront pas d'utiliser l'énergie de freinage lors de la descente et ne pourront pas ramener les personnes au sol.

De plus, les composants de ces ascenseurs doivent être utilisés en orbite à d’autres fins. Dans tous les cas, les petites remontées mécaniques valent mieux que les grandes car leurs horaires seront plus flexibles, mais elles imposent plus de restrictions technologiques.
De plus, le fil d’ascenseur lui-même subira constamment les effets de la force de Coriolis et des flux atmosphériques. De plus, puisque le « lift » doit être situé au-dessus de l’altitude de l’orbite géostationnaire, il sera soumis à des charges constantes, y compris des charges de pointe, par exemple des à-coups [source non précisée 579 jours].
Cependant, si les obstacles ci-dessus peuvent être supprimés d’une manière ou d’une autre, un ascenseur spatial peut alors être réalisé. Cependant, un tel projet sera extrêmement coûteux, mais à l'avenir il pourrait concurrencer les engins spatiaux jetables et réutilisables [source non précisée 579 jours].
Contrepoids
Cet article manque de liens vers des sources d'informations. Les informations doivent être vérifiables, sinon elles pourraient être remises en question et supprimées. orbite ou continuation de l'attache elle-même sur une distance considérable Les avantages d'une base fixe sont des sources d'énergie moins chères et plus accessibles, ainsi que la possibilité de réduire la longueur du câble. La différence de quelques kilomètres de câble est relativement faible, mais peut contribuer à réduire l'épaisseur requise de sa partie médiane et la longueur de la partie qui s'étend. orbite. La deuxième option est devenue plus populaire ces derniers temps car elle est plus facile à mettre en œuvre et, en outre, il est plus facile de lancer des charges vers d'autres planètes à partir de l'extrémité d'un câble allongé, car elle a une vitesse importante par rapport à la Terre.
Moment angulaire, vitesse et inclinaison

L'Université de Sydney a permis de créer du papier graphène. Les tests sur échantillons sont encourageants : la densité du matériau est cinq à six fois inférieure à celle de l'acier, tandis que la résistance à la traction est dix fois supérieure à celle de l'acier au carbone. En même temps, le graphène est un bon conducteur de courant électrique, ce qui lui permet d'être utilisé pour transmettre de l'énergie à un ascenseur, en tant que bus de contact.
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De plus, les composants de ces ascenseurs doivent être utilisés en orbite à d’autres fins. Dans tous les cas, les petites remontées mécaniques valent mieux que les grandes car leurs horaires seront plus flexibles, mais elles imposent plus de restrictions technologiques.
De plus, le fil d’ascenseur lui-même subira constamment les effets de la force de Coriolis et des flux atmosphériques. De plus, puisque le « lift » doit être situé au-dessus de l’altitude de l’orbite géostationnaire, il sera soumis à des charges constantes, y compris des charges de pointe, par exemple des à-coups [source non précisée 579 jours].
Cependant, si les obstacles ci-dessus peuvent être supprimés d’une manière ou d’une autre, un ascenseur spatial peut alors être réalisé. Cependant, un tel projet sera extrêmement coûteux, mais à l'avenir il pourrait concurrencer les engins spatiaux jetables et réutilisables [source non précisée 579 jours].
Contrepoids

À mesure que l'ascenseur monte, l'ascenseur s'incline de 1 degré car le haut de l'ascenseur se déplace autour de la Terre plus rapidement que le bas (effet Coriolis). Échelle non enregistrée
La vitesse horizontale de chaque section du câble augmente avec la hauteur proportionnellement à la distance au centre de la Terre, atteignant sur géostationnaire orbite de la première vitesse de fuite. Par conséquent, lors du levage d'une charge, il a besoin de gagner un moment cinétique supplémentaire (vitesse horizontale).
Le moment angulaire est acquis en raison de la rotation de la Terre. Dans un premier temps, l'ascenseur se déplace légèrement plus lentement que le câble (effet Coriolis), ce qui « ralentit » le câble et le dévie légèrement vers l'ouest. À une vitesse de montée de 200 km/h, le câble s'inclinera de 1 degré. Composante horizontale de la tension
en non vertical
le câble tire la charge sur le côté, l'accélérant vers l'est (voir schéma) - de ce fait, l'ascenseur acquiert une vitesse supplémentaire. Selon la troisième loi de Newton, le câble ralentit légèrement la Terre.
Dans le même temps, l’influence de la force centrifuge force le câble à revenir dans une position verticale énergétiquement favorable, de sorte qu’il se trouve dans un état d’équilibre stable. Si le centre de gravité de l'ascenseur est toujours au-dessus de l'orbite géostationnaire, quelle que soit la vitesse des ascenseurs, il ne tombera pas.
Au moment où la cargaison atteint le GEO, son moment cinétique (vitesse horizontale) est suffisant pour lancer la cargaison en orbite.
Lors de l'abaissement de la charge, le processus inverse se produira, inclinant le câble vers l'est.
Lancement dans l'espace
Construction

Les travaux sont en cours du géostationnaire gares. C'est la seule chose un endroit où un vaisseau spatial peut atterrir. Une extrémité descend jusqu’à la surface de la Terre, étirée par la force de gravité. Un autre, pour équilibrage, - dans la direction opposée côté, étant tiré par la force centrifuge. Cela signifie que tous les matériaux de construction doivent être soulevés au géostationnaire orbite de manière traditionnelle, quelle que soit la destination de la cargaison. C'est-à-dire le coût de surélévation de l'ensemble de l'ascenseur spatial au géostationnaire orbite - le prix minimum du projet.
Économie d'un ascenseur spatial

Vraisemblablement, l’ascenseur spatial réduira considérablement le coût d’envoi de marchandises dans l’espace.
Les ascenseurs spatiaux sont coûteux à construire, mais leurs coûts d'exploitation sont faibles, il est donc préférable de les utiliser sur de longues périodes pour de très gros volumes de marchandises. Actuellement, le marché du lancement de charges n’est peut-être pas assez important pour justifier la construction d’un ascenseur, mais la réduction spectaculaire des prix devrait conduire à une plus grande variété de charges. Les autres infrastructures de transport – autoroutes et chemins de fer – se justifient de la même manière.
Le coût de développement d'un ascenseur est comparable au coût de développement d'une navette spatiale [source non précisée 810 jours]. sur géostationnaire Il n'y a toujours pas de réponse à la question de savoir si l'ascenseur spatial restituera l'argent investi ou s'il serait préférable de l'investir dans le développement ultérieur de la technologie des fusées.
Il ne faut pas oublier la limite du nombre de satellites relais au géostationnaire orbite : Actuellement, les accords internationaux autorisent 360 satellites - un transpondeur par degré angulaire, pour éviter les interférences lors de la diffusion dans la bande de fréquences Ku.
Pour les fréquences C, le nombre de satellites est limité à 180. Ainsi, l'ascenseur spatial est peu adapté aux lancements de masse. orbite [source non précisée 554 jours] et est la plus adaptée à l'exploration de l'espace extra-atmosphérique et de la Lune en particulier.
Cette circonstance explique le véritable échec commercial du projet, puisque les principaux coûts financiers des organisations non gouvernementales sont concentrés
pour relayer les satellites,

Depuis 2005, le concours annuel Space Elevator Games a lieu aux États-Unis, organisé par la Spaceward Foundation avec le soutien de la NASA. Il existe deux catégories dans ces concours : « meilleur câble » et « meilleur robot (ascenseur) ».
Dans la compétition d'ascenseur, le robot doit parcourir une distance définie en escaladant un câble vertical à une vitesse non inférieure à celle établie par les règles. (dans les compétitions En 2007, les normes étaient les suivantes : longueur du câble - 100 m, vitesse minimale - 2 m/s).
Le meilleur résultat en 2007 a été de parcourir une distance de 100 m avec une vitesse moyenne de 1,8 m/s.
Le montant total des prix du concours Space Elevator Games en 2009 s'élevait à 4 millions de dollars. Lors du concours de force sur corde, les participants doivent disposer d'un anneau de deux mètres fait de robuste
matériau ne pesant pas plus de 2 grammes, dont la résistance à la traction est testée par une installation spéciale.
Pour remporter le concours, la résistance du câble doit être au moins 50 % supérieure dans cet indicateur à celle de l'échantillon déjà disponible à la NASA.
Jusqu'à présent, le meilleur résultat appartient au câble qui a résisté à une charge allant jusqu'à 0,72 tonne.
La concurrence n’inclut pas Liftport Group, qui s’est fait connaître en prétendant lancer un ascenseur spatial en 2018 (repoussé ensuite à 2031).

Liftport mène ses propres expériences. Par exemple, en 2006, un ascenseur robotique a grimpé sur une corde solide tendue à l'aide de ballons. Sur un kilomètre et demi, l'ascenseur n'a réussi à parcourir que 460 mètres. sur une locomotive électrique" journal "Komsomolskaya Pravda" du 31 juillet 1960.
Alexander Bolonkin « Lancement et vol spatiaux sans fusée », Elsevier, 2006, 488 pages.
http://www.scribd.com/doc/24056182

Ascenseur spatial dans divers travaux L'une des œuvres célèbres d'Arthur C. Clarke, Les Fontaines du Paradis, est basée sur l'idée d'un ascenseur spatial. De plus, un ascenseur spatial apparaît et en finale
des parties de sa célèbre tétralogie A Space Odyssey (3001: The Final Odyssey).
Battle Angel comprend un ascenseur spatial cyclopéen, à une extrémité duquel se trouve la ville céleste de Salem (pour les citoyens) ainsi qu'une ville basse (pour les non-citoyens), et à l'autre extrémité se trouve la ville spatiale de Yeru. Une structure similaire se trouve de l’autre côté de la Terre.
Dans Star Trek : Voyager épisode 3x19 « Rise », un ascenseur spatial aide l'équipage à s'échapper d'une planète à l'atmosphère dangereuse.
Civilization IV possède un ascenseur spatial. Il est là l'un des derniers « Grands Miracles ».
Le roman de science-fiction de Timothy Zahn « Silkworm » (« Filière », 1985) mentionne une planète capable de produire des super fibres. L'une des races, intéressée par la planète, souhaitait se procurer cette fibre spécifiquement pour la construction d'un ascenseur spatial. Dans la dilogie de Sergei Lukyanenko « Les étoiles sont des jouets froids », une des civilisations extraterrestres, en cours de commerce interstellaire, a livré à la Terre des fils ultra-résistants qui pourraient être utilisés pour construire un ascenseur spatial. Mais les civilisations extraterrestres insistaient exclusivementà l'usage
les pour l'usage auquel ils sont destinés - pour aider pendant l'accouchement.
Dans l'anime Mobile Suit Gundam 00, il y a trois ascenseurs spatiaux ; un anneau de panneaux solaires y est également attaché, ce qui permet d'utiliser l'ascenseur spatial pour produire de l'électricité.
Dans l'anime Z.O.E. Dolores présente un ascenseur spatial et montre également ce qui pourrait arriver en cas d'attaque terroriste.
Dans le roman de science-fiction « Doomed to Victory » de J. Scalzi (eng. Scalzi, John. Old Man's War), les systèmes d'ascenseurs spatiaux sont activement utilisés sur Terre, dans de nombreuses colonies terrestres et sur certaines planètes d'autres races intelligentes hautement développées pour communiquer avec les couchettes des navires interstellaires.
Le roman fantastique d'Alastair Reynolds, La Cité des Abysses, donne une description détaillée de la structure. et le fonctionnement ascenseur spatial, le processus de sa destruction (à la suite d'une attaque terroriste) est décrit.
Le roman de science-fiction Strata de Terry Pratchett présente la Ligne, une molécule artificielle extrêmement longue utilisée comme ascenseur spatial.
Mentionné dans la chanson du groupe Zvuki Mu « Elevator to Heaven »
L'ascenseur spatial est mentionné dans la série animée Trinity Blood, dans laquelle le vaisseau spatial Arc sert de contrepoids.
Au tout début du jeu Sonic Colors, on peut voir Sonic et Tails prendre l'ascenseur spatial pour se rendre au parc du Dr Eggman.
Voir aussi

Pistolet spatial
Démarrer la boucle
Fontaine spatiale
Remarques

http://galspace.spb.ru/nature.file/lift.html Ascenseur spatial et nanotechnologie
Dans l'espace - dans un ascenseur !
// KP.RU Orbites des ascenseurs spatiaux et vulgarisation scientifique
Magazine spatial russe n°11, 2008
Les nanotubes de carbone sont deux fois plus résistants que l'acier
MEMBRANE | Nouvelles du monde | Les nanotubes ne survivront pas à un ascenseur spatial
Le nouveau papier graphène s'avère plus résistant que l'acier
Lemeshko Andreï Viktorovitch. Ascenseur spatial Lemeshko A.V./ Ascenseur spatial Lemeshko A.V.
fr:Télévision par satellite#Technologie
L'ascenseur vers le ciel établit des records en pensant à l'avenir
Un laser a été développé pour alimenter les ascenseurs spatiaux

LaserMotive fera une démonstration d'hélicoptère propulsé par laser au salon Unmanned Systems North America 2010 de l'AUVSI

J'étais en train de parcourir des problèmes scientifiques pour lesquels ils offrent de grandes récompenses et je suis tombé sur celui-ci étrange : tendre un câble dans l'espace.

Pour la première fois, l'idée hypothétique de construire une telle structure, qui reposerait sur l'utilisation d'un câble tendu de la surface de la planète jusqu'à la station orbitale, a été exprimée en 1895 par Konstantin Tsiolkovsky. Depuis lors, malgré toutes les avancées scientifiques et technologiques, le projet n’en est qu’au stade de l’idée.

Quel est le montant du prix pour ce projet ?

Depuis 2005, les compétitions annuelles Space Elevator Games ont lieu aux États-Unis, organisées par la Spaceward Foundation avec le soutien de la NASA. Il existe deux catégories dans ces concours : « meilleur câble » et « meilleur robot (ascenseur) ».

Pourquoi y a-t-il un tel intérêt pour cette méthode particulière d’ascension dans l’espace ? Pouvez-vous penser à quelque chose de bon marché ? Mais entretenir une infrastructure aussi complexe, élever un câble, éliminer une falaise, peut coûter plus cher que lancer une fusée. Quelle masse peut-on soulever à l’aide d’un tel câble ? Je ne pense pas que ce soit beaucoup, et il faut aussi tenir compte des coûts énergétiques.

Telles sont les idées qui errent désormais dans l’esprit des chercheurs et des concepteurs à propos de l’ASCENSEUR VERS L’ESPACE.

Les ascenseurs capables de transporter des personnes et des marchandises de la surface de la planète vers l'espace pourraient signifier la fin des fusées polluant l'espace. Mais réaliser un tel ascenseur est extrêmement difficile. Le concept d'ascenseurs spatiaux était connu depuis longtemps et a été introduit par Konstantin Eduardovich Tsiolkovsky, mais depuis lors, nous ne nous sommes même pas rapprochés d'un iota de la mise en œuvre pratique d'un tel mécanisme. Elon Musk a récemment tweeté : "Et s'il vous plaît, ne me posez pas de questions sur les ascenseurs spatiaux tant que nous n'aurons pas cultivé des nanotubes de carbone d'au moins un mètre de long."

Elon Musk est considéré par beaucoup comme le visionnaire de notre époque - le pionnier de l'exploration spatiale privée et l'homme derrière l'idée du système de transport Hyperloop, capable de transporter des personnes de Los Angeles à San Francisco via un tube métallique en seulement 35 minutes. Mais il y a certaines idées que même lui considère comme trop farfelues. Y compris un ascenseur spatial.

«C'est incroyablement difficile. Je ne pense pas que construire un ascenseur spatial soit une idée réaliste », a déclaré Musk lors d'une conférence au MIT en octobre dernier, ajoutant qu'il serait plus facile de construire un pont entre Los Angeles et Tokyo qu'un ascenseur capable de transporter des matériaux dans l'espace.

L'envoi de personnes et de charges utiles dans l'espace dans des capsules qui traînent le long d'un câble géant maintenu en place par la rotation de la Terre avait été décrit dans les œuvres d'écrivains de science-fiction comme Arthur C. Clarke, mais il était peu probable qu'il soit pratique dans le monde réel. Il s'avère que nous nous trompons et que nos capacités ne suffisent pas pour résoudre ce problème technique complexe ?

Les partisans des ascenseurs spatiaux pensent que cela suffit. Ils considèrent les fusées chimiques comme obsolètes, risquées, dommageables pour l’environnement et comme une ponction financière. Leur alternative est essentiellement une ligne de train vers l’espace : un vaisseau spatial propulsé électriquement se déplaçant depuis une ancre sur Terre sur une longe robuste reliée à un contrepoids en orbite géostationnaire autour de la planète. Une fois opérationnels, les ascenseurs spatiaux pourraient transporter des charges utiles dans l’espace pour seulement 500 dollars le kilogramme, contre 20 000 dollars le kilogramme aux tarifs actuels.

"Cette technologie incroyablement puissante pourrait ouvrir le système solaire à l'humanité", déclare Peter Swan, président de l'International Space Elevator Consortium. "Je pense que les premiers ascenseurs seront robotisés et que dans 10 à 15 ans, nous fabriquerons six à huit ascenseurs suffisamment sûrs pour transporter des personnes."

Malheureusement, une telle structure devrait non seulement mesurer 100 000 kilomètres de long, soit plus de deux fois la circonférence de la Terre, mais elle devrait également supporter son propre poids. Jusqu’à présent, il n’existe aucun matériau sur Terre possédant de telles propriétés.

Mais certains scientifiques pensent que cela est possible et que cela deviendra une réalité au cours de ce siècle. Grande entreprise de construction japonaise a promis de le créer d'ici 2050 année. Des chercheurs américains, qui ont récemment mis au point un matériau semblable au diamant, fabriqué à partir de nanofibres, pensent également qu'un câble pour ascenseur spatial apparaîtra avant la fin du siècle.

La conception d’une structure aussi incroyable reposera sur un câble spécial composé de nanotubes de carbone fins et ultra résistants. Ce câble aura une longueur de 96 mille kilomètres.

Selon les lois de la physique, la force centrifuge de rotation empêchera un tel câble de tomber, l'étirant sur toute sa longueur. En cas de succès, l'ascenseur pourra se déplacer à une vitesse de 200 km/h, soulevant jusqu'à 30 personnes dans la cabine. A une altitude de 36 000 kilomètres, que l'ascenseur atteindra dans une semaine, un arrêt est prévu. L'ascenseur élèvera les touristes à cette hauteur, et les chercheurs et spécialistes pourront grimper tout en haut.

Les idées modernes pour un ascenseur spatial remontent à 1895, lorsque Konstantin Tsiolkovsky s'est inspiré de la Tour Eiffel nouvellement construite à Paris et a calculé la physique de la construction d'un bâtiment qui s'étend dans l'espace afin que le vaisseau spatial puisse être lancé depuis l'orbite sans fusée. Dans le roman d'Arthur C. Clarke de 1979, Les Fontaines du Ciel, le protagoniste construit un ascenseur spatial avec une conception similaire à celui présenté aujourd'hui.

Mais comment en faire une réalité ? «J'adore le caractère scandaleux de l'idée», déclare Kevin Fong, fondateur du Centre for Altitude, Space and Extreme Medicine de l'University College de Londres. "Je comprends pourquoi les gens aiment cette idée, car si vous pouviez vous rendre en orbite terrestre basse à moindre coût et en toute sécurité, le système solaire interne serait très bientôt à votre disposition."

Problèmes de sécurité

La difficulté réside dans la manière de construire un tel système. "Pour commencer, il doit être créé à partir d'un matériau qui n'existe pas encore, mais qui soit solide et flexible, avec les bonnes caractéristiques de masse et de densité pour supporter le transport et résister à des forces externes incroyables", explique Fong. "Je pense que tout cela nécessitera une série de missions orbitales et de sorties dans l'espace en orbite terrestre basse et haute les plus ambitieuses de l'histoire de notre espèce."

Il y a aussi des problèmes de sécurité, ajoute-t-il. "Même si nous pouvions résoudre les difficultés techniques importantes liées à la construction d'une telle chose, l'image qui émerge est celle d'un fromage géant avec des trous faits par tous ces débris spatiaux sur le dessus."

Au cours des 12 dernières années, trois conceptions détaillées détaillées ont été présentées. Le premier, publié par Brad Edwards et Eric Westling dans le livre Space Elevators de 2003, envisageait de transporter une charge utile de 20 tonnes alimentée par des lasers terrestres pour un coût de 150 dollars le kilogramme et un coût de construction total de 6 milliards de dollars.

En s'appuyant sur ce concept, la conception de 2013 de l'Association internationale des astronautes a déjà protégé la cabine contre les intempéries sur les 40 premiers kilomètres, puis l'a équipée de panneaux solaires. Le transport dans le cadre de ce plan coûte 500 dollars par kilogramme, et la construction de l'ensemble de la structure coûte 13 milliards de dollars pour le premier projet (c'est alors toujours moins cher).

Ces propositions incluent un contrepoids sous la forme d’un astéroïde capturé en orbite terrestre. Le rapport de l'IAA indique que cet objectif pourrait devenir possible un jour, mais pas dans un avenir proche.

ancre flottante

Au lieu de cela, la partie de 1 900 tonnes qui supporterait l’attache de 6 300 tonnes pourrait être assemblée à partir du vaisseau spatial et des véhicules qui transportaient l’attache dans l’espace. Il sera également complété par des satellites capturés qui ont cessé de fonctionner et restent en orbite comme débris spatiaux.

Ils ont également suggéré d’imaginer l’ancre sur Terre comme une plate-forme flottante de la taille d’un gros pétrolier ou d’un porte-avions près de l’équateur, car cela augmenterait sa capacité de charge. L'emplacement privilégié est un point situé à 1 000 kilomètres à l'ouest des îles Galapagos : les ouragans, typhons et tornades y sont considérés comme rares.

Obayashi Corp., l'une des cinq plus grandes entreprises de construction japonaises, a dévoilé l'année dernière des plans pour un ascenseur spatial encore plus robuste transportant des véhicules robotiques propulsés par des moteurs maglev comme ceux utilisés sur les trains à grande vitesse. Ils pouvaient transporter des personnes avec la résistance des câbles requise. Cette conception coûterait environ 100 milliards de dollars, mais le transport coûterait entre 50 et 100 dollars par kilogramme.

Bien qu'il existe certainement de nombreux obstacles, le seul élément sans lequel la construction d'un ascenseur spatial serait aujourd'hui impossible est le câble lui-même, explique Swan.

"Trouver un matériau à partir duquel fabriquer un câble est un problème technologique majeur", explique-t-il. - Tout le reste est absurde. Nous pouvons déjà faire tout cela.

Fils diamantés

Le principal concurrent est un câble fabriqué à partir de nanotubes de carbone créés en laboratoire pour avoir une résistance à la traction de 63 gigapascals, soit 13 fois plus résistante que le meilleur acier.

La longueur maximale des nanotubes de carbone n'a cessé d'augmenter depuis leur découverte en 1991. En 2013, les scientifiques chinois atteignaient déjà un demi-mètre de longueur. Les auteurs du rapport de l'IAA prévoient un câble d'un kilomètre de long composé de nanotubes de carbone d'ici 2022, et d'ici 2030 la longueur nécessaire à la production d'un ascenseur spatial.

Pendant ce temps, un nouveau concurrent pour le lien spatial a été dévoilé en septembre. Une équipe dirigée par John Budding, professeur de chimie à l'Université d'État de Pennsylvanie, a publié un article dans Nature dans lequel elle affirme avoir créé des nanofibres de diamant ultra-minces qui pourraient être plus résistantes et plus rigides que les nanotubes de carbone.

L'équipe a commencé par comprimer le benzène à 200 000 atmosphères de pression atmosphérique. Lorsque la pression fut lentement relâchée, les atomes se réassemblèrent en une nouvelle structure hautement ordonnée, comme un tétraèdre.

Ces formes se sont liées entre elles pour former des nanofibres ultra-minces dont la structure est extrêmement similaire à celle du diamant. Bien qu'il ne soit pas encore possible de mesurer directement leur résistance en raison de leur taille, des calculs théoriques ont montré que les fibres peuvent être plus résistantes et plus rigides que les matériaux synthétiques les plus résistants disponibles aujourd'hui.

Réduction des risques

"Si nous pouvions apprendre à fabriquer des matériaux à base de nanofibres de diamant ou de nanotubes de carbone suffisamment longs et de haute qualité, la science suggère que nous pourrions commencer immédiatement à construire un ascenseur spatial", explique Budding.

Mais même si l'un de ces matériaux s'avérait suffisamment solide, l'assemblage et l'installation des éléments individuels d'un ascenseur spatial restent une entreprise très problématique. D'autres maux de tête incluront la sécurité, la collecte de fonds, la satisfaction d'intérêts concurrents, etc. Au moins, Swan ne s'inquiète pas de cela.

"Bien sûr, il y aura de sérieux problèmes, tout comme ceux qui ont construit le premier chemin de fer transcontinental et les canaux de Panama et de Suez", dit-il. "Cela prendra beaucoup de temps et d'argent, mais comme toutes les grandes entreprises, il suffit de surmonter les obstacles une seule fois."

Même Musk ne peut se résoudre à discréditer cette idée. « Ce n’est clairement pas quelque chose dont nous pouvons parler maintenant », a-t-il déclaré. "Mais si quelqu'un pouvait me convaincre du contraire, ce serait génial."

Et certains scientifiques expriment les cinq raisons suivantes pour lesquelles un tel ascenseur ne sera jamais construit :

1. Il n’y a pas de matériau suffisamment solide pour le câble

La charge sur le câble peut dépasser 100 000 kg/m, c'est pourquoi le matériau utilisé pour sa fabrication doit avoir une résistance extrêmement élevée pour résister à l'étirement, et en même temps une très faible densité. Bien qu’un tel matériau n’existe pas, même les nanotubes de carbone, qui sont désormais considérés comme les matériaux les plus résistants et les plus élastiques de la planète, ne conviennent pas.

Malheureusement, la technologie permettant de les produire commence tout juste à être développée. Jusqu’à présent, il a été possible d’obtenir de minuscules morceaux de matériau : le nanotube le plus long créé mesure quelques centimètres de longueur et plusieurs nanomètres de largeur. On ne sait pas encore s'il sera un jour possible d'en faire un câble suffisamment long.

2. Sensibilité aux vibrations dangereuses

Le câble sera sensible aux rafales imprévisibles du vent solaire - sous son influence, il se pliera, ce qui affectera négativement la stabilité de l'ascenseur. Des micromoteurs peuvent être fixés au câble comme stabilisateurs, mais cette mesure créera des difficultés supplémentaires en termes de maintenance de la structure. De plus, cela rendra difficile le déplacement des cabines spéciales, appelées « grimpeurs », le long du câble. Le câble entrera très probablement en résonance avec eux.

3. Force de Coriolis

Le câble et les « grimpeurs » sont immobiles par rapport à la surface de la Terre. Mais par rapport au centre de la Terre, l’objet se déplacera à une vitesse de 1 700 km/h en surface et de 10 000 km/h en orbite. En conséquence, les « grimpeurs » doivent avoir cette vitesse lors du lancement. Le « grimpeur » accélère dans une direction perpendiculaire au câble, et de ce fait, le câble oscillera comme un pendule. Au même moment, une force surgit, tentant d’arracher notre câble de la Terre. La force est inversement proportionnelle à la flèche du câble et directement proportionnelle à la vitesse de levage de la charge et à sa masse. Ainsi, la force de Coriolis empêche le levage rapide de charges vers une orbite géostationnaire.
La force de Coriolis peut être combattue en lançant simplement deux « grimpeurs » en même temps - depuis la Terre et depuis l'orbite, mais la force entre les deux charges étirera encore plus le câble. Une autre option est une ascension péniblement lente sur des chenilles.

4. Satellites et débris spatiaux

Au cours des 50 dernières années, l’humanité a lancé de nombreux objets dans l’espace – utiles et moins utiles. Soit les constructeurs d'ascenseurs devront trouver et supprimer tout cela (ce qui est impossible, compte tenu du nombre de satellites ou de télescopes orbitaux utiles), soit fournir un système qui protège l'objet des collisions. Le câble est théoriquement immobile, donc tout corps tournant autour de la Terre entrera tôt ou tard en collision avec lui. De plus, la vitesse de collision sera presque égale à la vitesse de rotation de ce corps, de sorte que de gros dommages seront causés au câble. Le câble ne peut pas être manœuvré et il est long, les collisions seront donc fréquentes.
Comment gérer cela n’est pas encore clair. Les scientifiques parlent de construire un laser spatial orbital pour brûler les déchets, mais cela sort complètement du domaine de la science-fiction.

5. Risques sociaux et environnementaux

L'ascenseur spatial pourrait bien devenir la cible d'une attaque terroriste. Une opération de démolition réussie causera d'énormes dégâts et pourra même enterrer tout le projet, donc en même temps que l'ascenseur, vous devrez construire une défense 24 heures sur 24 autour de lui.

Les écologistes estiment que le câble, paradoxalement, peut déplacer l'axe de la Terre. L'attache sera rigidement fixée en orbite et tout mouvement de celle-ci au sommet sera réfléchi sur Terre. Au fait, pouvez-vous imaginer ce qui se passerait s’il se cassait soudainement ?

Il est donc très difficile de mettre en œuvre un tel projet sur Terre. Maintenant la bonne nouvelle : cela fonctionnera sur la Lune. La force gravitationnelle sur le satellite est bien moindre et il n’y a pratiquement pas d’atmosphère. Une ancre peut être créée dans le champ de gravité terrestre et un câble provenant de la Lune passera par le point de Lagrange - nous obtiendrons ainsi un canal de communication entre la planète et son satellite naturel. Dans des conditions favorables, un tel câble pourra transporter environ 1 000 tonnes de marchandises par jour en orbite terrestre. Le matériau, bien sûr, devra être extrêmement résistant, mais vous n’aurez pas à inventer quoi que ce soit de fondamentalement nouveau. Certes, la longueur de l'ascenseur « lunaire » devra être d'environ 190 000 km en raison d'un effet appelé trajectoire de Gomanov.

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