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우주 엘리베이터

Space elevator
Diagram of a space elevator. At the bottom of the tall diagram is the Earth as viewed from high above the North Pole. About six earth-radii above the Earth an arc is drawn with the same center as the Earth. The arc depicts the level of geosynchronous orbit. About twice as high as the arc and directly above the Earth's center, a counterweight is depicted by a small square. A line depicting the space elevator's cable connects the counterweight to the equator directly below it. The system's center of mass is described as above the level of geosynchronous orbit. The center of mass is shown roughly to be about a quarter of the way up from the geosynchronous arc to the counterweight. The bottom of the cable is indicated to be anchored at the equator. A climber is depicted by a small rounded square. The climber is shown climbing the cable about one third of the way from the ground to the arc. Another note indicates that the cable rotates along with the Earth's daily rotation, and remains vertical.
우주 엘리베이터는 적도에 고정되어 우주에 도달하는 케이블로 생각됩니다.상단의 평형추는 질량 중심을 정지 궤도 수준보다 훨씬 높게 유지합니다.이렇게 하면 지구의 회전으로 인해 아래쪽 중력에 완전히 대항할 수 있는 충분한 위쪽 원심력이 생성되어 케이블을 똑바로 세우고 팽팽하게 유지할 수 있습니다.등산객들이 케이블 위 아래로 화물을 나릅니다.
북극 상공에서 바라본 지구와 함께 회전하는 우주 엘리베이터.케이블 뒤에 있는 정지 궤도에 자유 비행하는 위성(녹색 점)이 표시되어 있습니다.

우주 다리, 별 사다리, 궤도 리프트라고도 불리는 우주 엘리베이터는 제안된 유형의 행성간 우주 교통 시스템으로, 종종 공상 과학 소설에 묘사됩니다.[1]주요 구성요소는 표면에 고정되어 우주로 뻗어나가는 케이블(테더라고도 함)일 것입니다.지구에 기반을 둔 우주 엘리베이터는 거대한 무게 때문에 아래에서 지탱하는 높은 탑으로는 건설될 수 없습니다. 대신에, 그것은 적도 근처의 표면에 한쪽 끝이 부착되고 다른 쪽 끝은 정지 궤도 (35,786 km 고도)를 벗어난 우주의 평형추에 부착된 케이블로 구성될 것입니다.하단부에서 더 강한 중력과 상단부에서 더 강한 상승 원심력의 경쟁력은 케이블이 지구의 한 위치에 걸쳐 유지되고, 장력을 받으며, 정지하게 됩니다.테더가 배치되면, 등반가들은 궤도를 오가는 화물을 풀어주면서 기계적인 방법으로 테더를 오르내릴 수 있습니다.[2]이 설계는 대형 로켓을 사용하지 않고도 차량이 지구와 궤도와 같은 행성 표면 사이를 직접 이동할 수 있게 할 것입니다.

지구 동기 궤도에 도달하는 탑의 개념은 콘스탄틴 치올코브스키에 의해 1895년에 처음 발표되었습니다.[3]그의 제안은 지구 표면에서 정지 궤도의 높이까지 도달하는 자립형 타워에 대한 것이었습니다.모든 건물과 마찬가지로 치올코브스키의 구조물도 압축되어 아래에서 무게를 지탱할 수 있을 것입니다.1959년 이래로 우주 엘리베이터에 대한 대부분의 아이디어는 원심력에 의해 시스템의 무게가 위에서 지탱되는 순수한 인장 구조에 초점을 맞춰 왔습니다.인장 개념에서, 우주 테더는 정지 궤도를 넘어 지면까지 커다란 질량(상대 무게)으로부터 도달합니다.이 구조물은 거꾸로 뒤집힌 플럼밥처럼 지구와 평형추 사이에 팽팽한 긴장감을 유지합니다.케이블 두께는 장력에 따라 조정되며, 정지 궤도에서 최대치를 가지며 지면에서는 최소치를 가집니다.

사용 가능한 재료는 지구 우주 엘리베이터를 실용적으로 만들기에 충분히 강하고 가볍지 않습니다.[4][5][6]일부 자료들은 탄소 나노튜브(CNT)의 미래 발전이 실용적인 디자인으로 이어질 수 있다고 기대합니다.[2][7][8]다른 정보원들은 CNT가 결코 충분히 강하지 않을 것이라고 믿고 있습니다.[9][10][11]미래의 대안으로는 질화붕소나노튜브, 다이아몬드 나노스레드[12][13], 매크로 스케일 단결정 그래핀 등이 있습니다.[14]

이 개념은 다른 행성과 천체에도 적용 가능합니다.지구보다 중력이 약한 태양계 지역(예: 달 또는 화성)의 경우 테더 재료의 강도 대 밀도 요구 사항은 문제가 되지 않습니다.현재 사용 가능한 재료(케블러 등)는 엘리베이터의 테더 재료로 실용적일 정도로 튼튼하고 가볍습니다.[15]

역사

초기개념

콘스탄틴 치올코브스키

우주 엘리베이터의 핵심 개념은 러시아 과학자 콘스탄틴 치올코브스키가 파리의 에펠탑으로부터 영감을 받았을 때인 1895년에 나타났습니다.그는 우주까지 도달했고 지상에서 정지 궤도의 높이인 35,786 킬로미터 (22,236 마일)의 고도까지 지어진 비슷한 탑을 생각했습니다.[16]그는 그러한 탑의 꼭대기가 정지궤도에 있는 것처럼 지구를 돌고 있을 것이라고 언급했습니다.물체는 탑을 타고 올라가면서 지구의 자전에 의해 수평 속도를 획득하고, 탑 꼭대기에 방출된 물체는 정지 궤도에 머물 수 있는 충분한 수평 속도를 가질 것입니다.치올코브스키의 개념탑은 압축 구조물인 반면, 현대 개념은 인장 구조물(또는 "테더")을 요구합니다.

20세기

그러한 조건에서 자체 무게를 지탱할 수 있는 충분한 압축 강도를 가진 재료가 존재하지 않았기 때문에 압축 구조를 처음부터 구축하는 것은 비현실적인 작업임을 증명했습니다.[17]1959년 러시아 엔지니어 유리 N. 아르투타노프는 좀 더 실현 가능한 제안을 했습니다.Artsutanov는 그 구조물을 아래쪽으로 배치하기 위한 기지로 정지 위성을 사용할 것을 제안했습니다.평형추를 사용함으로써 케이블을 정지 궤도에서 지구 표면으로 내리는 한편 위성으로부터 지구로부터 멀리 떨어진 곳까지 균형추를 확장하여 케이블을 지구 표면의 같은 지점에 걸쳐 일정하게 유지할 수 있습니다.아르투타노프의 아이디어는 1960년 콤소몰스카야 프라브다의 일요판에 실린 인터뷰에서 러시아어를 사용하는 대중들에게 소개되었지만,[18] 훨씬 나중까지 영어로 제공되지 않았습니다.그는 또한 케이블의 응력이 일정하게 유지되기 위해 케이블 두께를 줄일 것을 제안했습니다.이것은 지상에서 더 얇은 케이블을 제공했고 정지 궤도 수준에서 가장 두꺼워졌습니다.

타워와 케이블 아이디어 모두 1964년 12월 24일 뉴 사이언티스트에 실린 데이비드 E. H. 존스의 준유머 아리아드네 칼럼에서 제안되었습니다.

1966년, 네 명의 미국 엔지니어인 아이작스, 바인, 브래드너, 바추스는 이 개념을 재창조하여 "스카이 훅(Sky-Hook)"이라 명명하고 그들의 분석을 사이언스 저널에 발표했습니다.[19]그들은 우주 엘리베이터가 단면적에 변화가 없는 직선 케이블이라고 가정하고 어떤 종류의 물질이 필요한지를 결정하기로 결정했고, 필요한 강도가 흑연, 석영, 다이아몬드를 포함한 당시 존재했던 어떤 물질보다 두 배나 될 것이라는 것을 발견했습니다.

1975년, 미국의 과학자 제롬 피어슨(Jerome Pearson)은 이 개념을 재창조하여, 그의 분석을 저널 악타 우주 비행사에 발표했습니다.그는 단면적 고도 프로파일을 설계하여[20] 점점 가늘어지고 엘리베이터를 만드는데 더 적합할 것입니다.완성된 케이블은 장력이 가장 큰 정지 궤도에서 가장 두껍고, 케이블 상의 어떤 지점도 감당해야 하는 단면 단위 면적당 무게를 줄이기 위해 끝 부분이 가장 좁을 것입니다.그는 엘리베이터의 하부 구역이 지어지면서 144,000 킬로미터 (89,000 마일) (달까지의 거리의 거의 절반)까지 천천히 확장되는 평형추를 사용할 것을 제안했습니다.큰 평형추가 없다면 중력과 원심력이 지구와의 거리에 따라 변하는 방식 때문에 케이블의 위쪽 부분이 아래쪽보다 길어야 합니다.그의 분석에는 달의 중력, 바람, 케이블 위 아래로 움직이는 탑재체와 같은 교란들이 포함되었습니다.최소 강도 가닥이 지상에 도달하거나 소행성 또는 달 광석으로부터 우주에서 제조될 수 있지만, 엘리베이터를 만드는데 필요한 물질의 무게는 수천 번의 우주왕복선 여행을 필요로 했을 것입니다.

1990년대 탄소 나노튜브의 개발 이후, NASA/Marshall의 Advanced Projects Office의 엔지니어 David Smitherman은 이러한 물질들의 높은 강도가 우주 엘리베이터의 개념을 실현 가능하게 할 수 있다는 것을 깨닫고 Marshall Space Flight Center에 워크샵을 만들었습니다.많은 과학자들과 엔지니어들을 초대하여 개념을 논의하고 그 개념을 현실로 바꾸기 위한 엘리베이터의 계획을 작성합니다.

2000년에 또 다른 미국 과학자 브래들리 C. Edwards는 탄소 나노튜브 복합 재료를 사용하여 100,000 km (62,000 mi) 길이의 종이 두께 리본을 만들 것을 제안했습니다.[21]그는 그 모양이 유성체에 의해 생존할 가능성이 더 높기 때문에 이전의 원형 단면 개념보다는 넓고 얇은 리본 모양의 단면 모양을 선택했습니다.리본 단면 형상은 또한 등반가들이 간단한 롤러로 올라갈 수 있는 넓은 표면적을 제공했습니다.NASA 고급 개념 연구소의 지원을 받아 Edwards의 작업은 배치 시나리오, 클라이머 설계, 동력 전달 시스템, 궤도 잔해 회피, 앵커 시스템, 생존 원자 산소, 서쪽 적도 태평양에 앵커를 위치시켜 번개와 허리케인을 피하도록 확장되었습니다. 건설 비용, 건설 sc일정 및 환경적 위험.[2][7][22]

21세기

우주 엘리베이터 개발을 가속화하기 위해 제안자들은 안사리 X상과 유사한 관련 기술에 대한 여러 대회를 조직했습니다.[23][24]그 중에는 2005년부터 2009년까지 매년 등반가, 리본, 파워 비임 시스템을 위한 대회를 조직한 Elevator:2010, 로보게임스 스페이스 엘리베이터 리본 등반 대회,[25] 그리고 2005년 3월에 스페이스워드 재단(Elevator:2010의 운영사)과 파트너십을 발표한 NASA의 100주년 챌린지 프로그램이 있습니다.총 상금을 미화 40만 달러로 인상했습니다.[26][27]클라이머 구조를 확립하기 위한 첫 번째 유럽 우주 엘리베이터 챌린지 (EuSEC)가 2011년 8월에 열렸습니다.[28]

2005년, "우주 엘리베이터 회사의 리프트포트 그룹(LiftPort Group)은 다양한 유리, 플라스틱 및 금속 회사에 이러한 강력한 재료를 공급하기 위해 뉴저지(New Jersey) 밀빌(Millville)에 탄소 나노튜브 제조 공장을 건설할 것이라고 발표했습니다.비록 리프트포트는 궁극적으로 탄소 나노튜브를 10만 km (62,000 마일)의 우주 엘리베이터 건설에 사용하기를 희망하지만, 이번 조치는 단기적으로 돈을 벌고 새로운 생산 방법으로 연구 개발을 진행할 수 있게 할 것입니다."[8]그들이 발표한 목표는 2010년 우주 엘리베이터 발사였습니다.2006년 2월 13일, 리프트포트 그룹은 같은 달 초, 그들이 탄소 섬유 복합 끈과 폭 5cm (2.0인치), 두께 1mm (약 13장의 종이) 섬유 유리 테이프로 만든 1마일의 "우주 엘리베이터 테더"를 풍선으로 들어올려 시험했다고 발표했습니다.[29]2019년 4월, 리프트포트의 CEO 마이클 레인(Michael Lain)은 20만 달러 이상의 시드 자금을 받았음에도 불구하고 회사의 원대한 우주 엘리베이터 야망에 대해 거의 진전이 없었다고 인정했습니다.리프트포트가 2005년 발표한 탄소나노튜브 제조시설은 결코 지어지지 않았습니다.[30]

2007년, Elevator:2010은 2007년 Space Elevator 게임을 개최하여 두 대회(총 1,000,000 달러)에 대해 미화 500,000 달러의 상금을 수여하고 향후 5년간 우주 엘리베이터 관련 기술에 대해 추가로 4,000,000 달러의 상금을 수여했습니다.[31]이 대회에서 우승한 팀은 없었지만, MIT의 한 팀이 100% 탄소 나노튜브를 처음으로 2그램(0.07온스)[32]일본은 2008년 11월 엘리베이터 건설을 위한 일정표를 작성하기 위해 국제회의를 열었습니다.[33]

2012년, 오바야시는 탄소 나노튜브 기술을 사용하여 2050년까지 우주 엘리베이터를 건설할 수 있다고 발표했습니다.[34]이 디자인의 승객 등반가는 8일간의 여행 후에 GEO 레벨에 도달할 수 있을 것입니다.[35]더 자세한 사항은 2016년에 발표되었습니다.[36]

2013년, 국제우주학회는 기술적 타당성 평가를 발표했는데, 필요한 중요한 능력 향상은 20년 이내에 필요한 특정 강도를 달성할 것으로 예상되는 테더 재료라는 결론을 내렸습니다.4년에 걸친 이 긴 연구는 우주 엘리베이터 개발의 임무, 개발 일정, 재정적 투자, 수익 흐름, 혜택 등 여러 측면을 조사했습니다.운석과 우주 파편으로 더 작은 충격에서 작전적으로 살아남고 더 큰 충격을 피하는 것이 가능할 것이며, GEO와 그 너머까지 1kg의 탑재체를 들어올리는 데 드는 예상 비용은 500달러가 될 것이라고 보고되었습니다.[37][38][self-published source?]

2014년, 구글 X의 Rapid Evaluation R&D 팀은 스페이스 엘리베이터의 설계를 시작했고, 마침내 아무도 1미터보다 더 길게 완벽하게 형성된 탄소 나노튜브 가닥을 아직 제조하지 않았다는 것을 발견했습니다.따라서 그들은 이 프로젝트를 "깊은 동결" 상태에 두고 탄소 나노튜브 분야의 발전을 주시하기로 결정했습니다.[39]

2018년, 일본의 시즈오카 대학의 연구원들은 미니 엘리베이터가 여행할 테더로 연결된 두 개의 큐브위성인 STARS-Me를 출시했습니다.[40][41]이 실험은 더 큰 구조물에 대한 테스트 베드로 시작되었습니다.[42]

2019년 국제우주학회는 2018년 여름 기준 우주 엘리베이터의 평가를 요약한 연구 보고서인 [43]"우주 엘리베이터 시대로 가는 길"을 발표했습니다.핵심은 광범위한 우주 전문가 그룹이 모여서 우주 엘리베이터 개발 현황을 평가했고, 각각의 전문성에 기여했고 비슷한 결론을 내렸다는 것입니다. (a) 지구 우주 엘리베이터가 실현 가능해 보이고, IAA 2013 연구 결론을 강화하고 있습니다. (b) 우주 엘리베이터 개발 착수는 대부분의 생각보다 더 가깝습니다.이 마지막 결론은 탄소나노튜브보다 높은 비강도를 갖는 매크로 스케일 단결정 그래핀을[14] 제조하기 위한 잠재적인 공정에 기초하고 있습니다.

소설속에서

주요 기사: 소설 속 우주 엘리베이터

1979년, 우주 엘리베이터는 아서 C의 동시 출간과 함께 더 많은 사람들에게 소개되었습니다. 가상의 섬나라 '타프로베인'(적도까지 남쪽으로 이동했지만 느슨하게 스리랑카를 기반으로 한다)의 산봉우리에 엔지니어들이 우주 엘리베이터를 건설하는 클라크의 소설 '낙원의 분수'와 우주 엘리베이터 건설을 담은 찰스 셰필드의 첫 소설 '우주 사이의 거미줄'.3년 후, 로버트 A에서. 하인라인의 1982년 소설 금요일, 주인공은 "키토 스카이 훅"에서 재난을 언급하고 여행 중에 "나이로비 콩나무"를 사용합니다.Kim Stanley Robinson의 1993년 소설 Red Mars에서, 식민지 주민들은 화성에 더 많은 식민지 주민들이 도착할 수 있도록 하고, 또한 그곳에서 채굴된 천연 자원들이 지구로 떠날 수 있도록 하는 우주 엘리베이터를 건설합니다.래리 니븐(Larry Niven)의 책 레인보우 마스(Rainbow Mars)는 화성에 세워진 우주 엘리베이터에 대해 설명합니다.데이비드 제롤드의 2000년 소설, "지구에서 뛰어내리다"에서, 에콰도르로 가족 여행을 떠난 "콩나무"는 사실 아동 양육 납치입니다.Gerrold의 책은 또한 성숙한 엘리베이터 기술의 몇몇 산업적 응용들을 조사합니다.빈스톡이라고 불리는 우주 엘리베이터의 개념은 존 스칼지의 2005년 소설 노인의 전쟁에도 묘사되어 있습니다.Joan Slonczewski의 2011년 소설 The Highest Frontier는 탄저균의 자가 치유 케이블로 만들어진 우주 엘리베이터에 오르는 대학생을 생물학적 버전으로 묘사합니다.조작된 박테리아는 우주 파편에 의해 절단되었을 때 케이블이 다시 자랄 수 있습니다.

물리학

겉보기 중력장

지구 우주 엘리베이터 케이블은 지구의 회전과 함께 회전합니다.따라서 케이블과 케이블에 부착된 물체는 아래쪽 중력에 반대되는 방향으로 위쪽 원심력을 경험하게 됩니다.물체가 높은 케이블 위에 위치할수록 지구의 중력이 감소하고, 회전에 의한 위쪽 원심력이 강하므로 원심력이 커지면 중력이 줄어듭니다.원심력과 중력은 지구 동기 적도 궤도(GEO)에서 균형을 이루고 있습니다.GEO 위에서는 원심력이 중력보다 강하여 케이블에 부착된 물체가 케이블 위를 위로 끌어당기게 합니다.

케이블에 부착된 물체에 대한 알짜힘은 겉보기 중력장이라고 불립니다.부착된 물체의 겉보기 중력장은 (하향) 중력에서 (상향) 원심력을 뺀 것입니다.케이블에서 물체가 경험하는 겉보기 중력은 GEO에서 0, GEO 아래 아래쪽, 그리고 GEO 위쪽입니다.

겉보기 중력장은 다음과 같이 나타낼 수 있습니다.[44]: Table 1

실제 중력의 아래쪽 힘은 높이에 따라 감소합니다: =- / r }=
행성의 회전에 의한 상승 원심력은 높이에 따라 증가합니다: = ω a =\
둘을 합하면 겉보기 중력장은 다음 두 가지의 합입니다.

어디에

g는 수직 케이블(ms−2)을 따라 아래쪽(음) 또는 위쪽(양)을 가리키는 겉보기 중력 가속도입니다.
g는r 지구의 인력에 의한 중력가속도이며, 아래를 가리키고(음)(ms−2),
a는 원심 가속도로 수직 케이블(ms−2)을 따라 위로 향합니다.
G는 중력 상수(mskg3−2−1)입니다.
M은 지구의 질량(kg)입니다.
r은 해당 지점에서 지구 중심까지의 거리(m),
ω는 지구의 자전속도(radian/s)입니다.

케이블 위의 어느 지점에서는 두 항(하향 중력 및 상향 원심력)이 동일하고 반대입니다.그 지점에서 케이블에 고정된 물체가 케이블에 무게를 주지 않습니다.이 고도(r1)는 행성의 질량과 자전 속도에 따라 달라집니다.실제 중력을 원심 가속도와 동일하게 설정하면 다음을 얻을 [44]: p. 126 수 있습니다.

이것은 지구 표면, 정지 궤도의 고도에서 35,786 km (22,236 mi) 위에 있습니다.[44]: Table 1

정지 궤도 아래에 있는 케이블에서 아래쪽 중력이 위쪽 원심력보다 더 크므로 겉보기 중력이 케이블에 부착된 물체를 아래쪽으로 당깁니다.해당 레벨 이하의 케이블에서 방출된 물체는 처음에는 케이블을 따라 아래쪽으로 가속됩니다.그런 다음 점차 케이블에서 동쪽으로 방향을 틀게 됩니다.정지 궤도 수준 이상의 케이블에서는 위쪽 원심력이 아래쪽 중력보다 크므로 겉보기 중력으로 인해 케이블에 부착된 물체가 위쪽으로 당겨집니다.지상 동기 레벨 이상의 케이블에서 방출된 물체는 처음에는 케이블을 따라 위쪽으로 가속됩니다.그런 다음 점차 케이블에서 서쪽으로 방향을 틀게 됩니다.

케이블구간

역사적으로 주요 기술적 문제는 케이블이 주어진 지점보다 낮은 무게를 장력으로 지탱하는 능력으로 간주되어 왔습니다.우주 엘리베이터 케이블의 가장 큰 장력은 지구 적도 상공 35,786 km (22,236 mi)에 있는 정지 궤도의 지점입니다.이는 케이블 재료가 설계와 결합되어 표면에서 35,786km(22,236mi)까지 무게를 지탱할 수 있을 정도로 튼튼해야 한다는 것을 의미합니다.표면보다 그 높이에서 단면적이 두꺼운 케이블은 더 긴 길이에 걸쳐 자체 무게를 지탱하는 것이 더 좋습니다.그러므로 단면적이 표면에서 최대 35,786 km (22,236 mi)에서 최소로 줄어드는 방법은 우주 엘리베이터 케이블의 중요한 설계 요소입니다.

주어진 양의 케이블 재료에 대해 사용 가능한 초과 강도를 최대화하기 위해, 케이블의 단면적은 대부분의 부분에 대해 케이블 길이를 따라 응력(즉, 단면적 단위당 장력)이 일정하도록 설계되어야 합니다.[44][45]일정-응력 기준은 케이블 단면적이 고도에 따라 변화함에 따라 설계의 시작점이 됩니다.보다 상세한 설계에서 고려되는 다른 요소로는 우주 쓰레기가 더 많이 존재하는 고도에서의 두께 증가, 등반가에 의해 부과되는 점 응력의 고려, 다양한 재료의 사용 등이 있습니다.[46]이러한 요인과 기타 요인을 고려하기 위해 현대적인 세부 설계에서는 고도와 시간에 따른 변동을 최소화하면서 가능한 최대의 안전 마진을 달성하고자 합니다.[46]단순한 시작점 설계에서는 일정한 응력을 받는 것과 같습니다.

안전 마진이 없는 일정 응력 케이블의 경우, 지구 중심으로부터의 거리에 대한 단면적 함수는 다음 식으로 주어집니다.[44]

Several taper profiles with different material parameters
재료 파라미터가 다른 여러 테이퍼 프로파일

어디에

g는 지구 표면에서의 중력 가속도(m·s−2),
는 지구 표면(m2)에서 케이블의 단면적이므로,
ρ는 케이블에 사용된 재료의 밀도(kg·m),
R은 지구 적도의 반지름이고,
는 지구 동기 궤도의 반지름이며,
T는 단면적이 탄성한계인 항복(N·m−2) 없이 견딜 수 있는 응력입니다.

안전 마진은 T를 원하는 안전 계수로 나누어 설명할 수 있습니다.[44]

케이블재

위의 공식을 사용하여 정지 궤도에서의 단면과 지구 표면에서의 단면 사이의 비율을 계산할 수 있습니다.[note 1]

특정 강도의 함수로서 테이퍼 비율
일부 재료에[44] 대한 테이퍼 비율
재료. 인장강도
(MPA)		 밀도
(kg/m3)		 비강도
(MPa)/(kg/m3)		 테이퍼비
강철 5,000 7,900 0.63 1.6x1033
케블러 3,600 1,440 2.5 2.5x108
단일벽 탄소나노튜브 130,000 1,300 100 1.6

테이퍼 비율은 사용된 재료의 특정 강도가 48 (MPa)/(kg/m3)에 미치지 않는 한 매우 커집니다.낮은 강도 재료는 케이블의 큰(또는 천문학적) 총 질량과 관련된 큰 비용 또는 불가능한 비용에 해당하는 매우 큰 테이퍼 비율을 필요로 합니다.

구조.

우주 엘리베이터의 한 가지 개념은 이동식 시고 플랫폼에 연결되어 있습니다.

많은 행성체들을 위해 제안된 다양한 우주 엘리베이터 디자인들이 있습니다.거의 모든 디자인은 기지국, 케이블, 클라이머, 그리고 평형추를 포함합니다.지구 우주 엘리베이터의 경우 지구의 회전은 평형추에 상승 원심력을 발생시킵니다.평형추는 케이블에 의해 눌려지는 반면 케이블은 평형추에 의해 위로 올려지고 팽팽해집니다.기지국은 전체 시스템을 지구 표면에 고정시킵니다.등산객들이 화물을 싣고 케이블을 오르내립니다.

기지국

기지국/앵커에 대한 현대적 개념은 일반적으로 이동국, 대형 대양저 선박 또는 기타 이동 플랫폼입니다.이동식 기지국은 강풍, 폭풍, 우주 파편을 피하기 위해 기동할 수 있음으로써 초기의 고정식 개념(육상 기반 앵커 포함)에 비해 유리할 것입니다.해양 앵커 포인트는 또한 일반적으로 공해에 있어서, 기지국에 대한 영토 사용 협상 비용을 단순화하고 절감합니다.[2]

고정된 육상 기반 플랫폼은 기지에 대한 보다 간단하고 비용이 적게 드는 물류 접근이 가능할 것입니다.그들은 또한 산꼭대기와 같은 높은 고도에 있을 수 있는 장점이 있을 것입니다.다른 개념으로, 기지국은 표면에 가까운 압축 타워와 더 높은 고도에서 테더 구조로 구성된 우주 엘리베이터를 형성하는 타워가 될 수 있습니다.[17]압축 구조와 장력 구조를 결합하면 테더의 지구 단부에 있는 대기의 하중이 감소하고 케이블이 연장해야 하는 지구 중력장까지의 거리가 감소하여 케이블 재료의 중요한 강도 대 밀도 요건이 감소됩니다. 다른 모든 설계 요소는 동일합니다.

케이블

탄소 나노튜브는 케이블 재료의[34] 후보들 중 하나입니다.
뱃멀미하는 닻 기지는 심해 항구의 역할도 할 것입니다.

우주 엘리베이터 케이블은 등반가들의 추가적인 무게뿐만 아니라 그 자체의 무게를 운반해야 할 것입니다.케이블의 필요한 강도는 케이블의 길이에 따라 달라집니다.이는 다양한 지점에서 아래 케이블의 무게를 운반하거나 아래로 힘을 가해 위 케이블과 균형추를 유지해야 하기 때문입니다.우주 엘리베이터 케이블의 최대 장력은 지구 동시 고도에서 발생하므로 케이블은 지구에 가까워질수록 가장 두껍고 가늘어져야 합니다.모든 잠재적인 케이블 설계는 테이퍼 계수(지상 동기 고도에서 케이블의 반경과 지구 표면 사이의 비율)로 특징지어질 수 있습니다.[47]

케이블은 인장 강도/밀도비가 높은 소재로 제작되어야 합니다.예를 들어 Edwards 우주 엘리베이터 설계에서는 인장 강도가 최소 100기가파스칼 이상인 케이블 재료를 가정합니다.[2]Edwards는 일관되게 탄소 나노튜브 케이블의 밀도를 1300 kg/m로3 가정하였는데,[21] 이는 77 megapascal/(kg/m3)의 특정 강도를 의미합니다.이 값은 우주 엘리베이터의 전체 무게를 고려한 것입니다.테이퍼가 없는 우주 엘리베이터 케이블은 35,786 km (22,236 mi)의 정지 고도에 굴하지 않고 도달하기 위해 해수면에서 자중 4,960 km (3,080 mi)의 길이를 유지할 수 있는 물질이 필요합니다.[48]따라서, 매우 높은 강도와 경량성을 갖는 재료가 필요합니다.

반면 티타늄, 강철 또는 알루미늄 합금과 같은 금속의 파단 길이는 20~30km(0.2~0.3MPa/(kg/m3))에 불과합니다.케블러, 섬유 유리 및 탄소/흑연 섬유와 같은 최신 섬유 재료는 100~400km(1.0~4.0 MPa/kg/m3)의 파단 길이를 갖습니다.탄소 나노튜브와 같은 나노공학 재료와 최근에 발견된 그래핀 리본(완벽한 탄소 2차원 시트)은 5000~6000km(50~60MPa/kg/m3)의 파괴 길이를 가질 것으로 예상되며 또한 전력을 전도할 수 있습니다.[citation needed]

중력이 상대적으로 높은 지구의 우주 엘리베이터를 위해서는 케이블 재료가 현재 사용 가능한 재료보다 더 강하고 가벼워야 합니다.[49]이러한 이유로, 요구되는 특정 강도 요건을 충족시키는 새로운 재료의 개발에 초점이 맞추어졌습니다.탄소는 주기율표에서 6번째 원소에 불과하기 때문에 높은 비강도에 장점이 있습니다.탄소는 어떤 물질의 사중력의 대부분을 기여하는 양성자와 중성자의 수가 비교적 적습니다.어떤 원소의 원자간 결합력의 대부분은 외부의 소수의 전자들에 의해서만 기여됩니다.탄소의 경우, 원자의 질량에 비해 그 결합의 강도와 안정성이 높습니다.탄소 나노튜브를 사용하는 데 있어서의 과제는 여전히 미시적인 규모로 완벽한 그러한 물질의 생산을 거시적인 크기로 확장하는 것입니다. (미세한 결함이 물질의 취약성에 가장 큰 책임이 있기 때문입니다.).[49][50][51]2014년 현재, 탄소 나노튜브 기술은 튜브를 수십 분의 일 미터까지 성장시킬 수 있게 했습니다.[52]

2014년에 다이아몬드 나노실이 처음으로 합성되었습니다.[12]다이아몬드 나노실은 탄소나노튜브와 유사한 강도 특성을 가지고 있기 때문에 후보 케이블 재료로도 빠르게 받아들여졌습니다.[13]

클라이머

우주 엘리베이터 등반가가 구름 사이로 승천하는 모습을 개념적으로 그린 그림.

우주 엘리베이터는 케이블이 끝부분보다 중앙에서 훨씬 더 넓어야 하기 때문에 (움직이는 케이블이 있는) 일반적인 의미의 엘리베이터가 될 수 없습니다.움직이는 케이블을 사용한 다양한 디자인이 제안되었지만, 대부분의 케이블 디자인은 "엘리베이터"가 고정 케이블을 올라갈 것을 요구합니다.

등반가들은 다양한 디자인을 다룹니다.케이블이 평면 리본인 엘리베이터 설계에서는 대부분 롤러 쌍을 사용하여 마찰력이 있는 케이블을 고정할 것을 제안합니다.

케이블 응력과 진동을 최소화하고 처리량을 최대화하기 위해 클라이머를 최적의 타이밍에 배치해야 합니다.더 가벼운 등산객들은 더 자주 보내질 수 있고, 여러 명이 동시에 올라갈 수도 있습니다.이렇게 하면 처리량은 다소 증가하지만 각 개별 페이로드의 질량은 감소합니다.[53]

차가 올라갈수록 코리올리 힘에 의해 케이블이 약간 기울어집니다.케이블의 상단은 하단보다 더 빠르게 이동합니다.케이블의 각도에 의해 전달되는 코리올리 힘에 의해 클라이머가 수평으로 가속됩니다.표시된 희박한 각도는 과장된 것입니다.

케이블의 각 부분의 수평 속도, 즉 궤도 회전으로 인해 지구 중심으로부터의 거리에 비례하여 고도에 따라 증가하여 지표면과 정지 궤도 사이의 높이의 약 66% 또는 약 23,400 km의 높이에서 낮은 궤도 속도에 도달합니다.이 시점에서 방출된 페이로드는 대기권 재진입으로부터 겨우 거리를 유지하면서 매우 이심률이 높은 타원 궤도에 진입할 것이며, 근일점은 LEO와 같은 고도에 있고 아포피스는 방출 높이에 있습니다.방출 높이가 증가하면 궤도는 근일점과 아포피스 모두 증가하여 정지 상태에서 원형으로 변하면서 이심률이 낮아집니다.[54][55]

페이로드가 GEO에 도달했을 때 수평 속도는 정확히 그 수준의 원형 궤도의 속도이므로 만약 해제된다면 케이블의 그 지점에 인접하게 유지될 것입니다.페이로드는 또한 GEO를 넘어 케이블을 계속 올라갈 수 있어 분사 시 더 빠른 속도를 얻을 수 있습니다.만약 10만 킬로미터에서 풀려난다면, 탑재체는 소행성대에 도달할 수 있는 충분한 속도를 가질 것입니다.[46]

탑재체가 우주 엘리베이터에 올려지면 고도뿐만 아니라 수평 속도(각운동량)도 증가하게 됩니다.각운동량은 지구의 자전으로부터 얻어집니다.클라이머가 올라갈수록, 클라이머는 케이블의 각 연속되는 부분보다.이것이 코리올리스 힘입니다: 등반가가 케이블 위를 올라갈 때 "서쪽으로" 끌어서 지구의 회전 속도를 약간 줄입니다.하강하는 탑재체의 경우 반대 과정이 발생합니다. 케이블이 동쪽으로 기울어져 지구의 회전 속도가 약간 증가합니다.

케이블에 작용하는 원심력의 전체적인 효과는 케이블이 에너지가 좋은 수직 방향으로 계속 되돌아가도록 유도하므로 물체가 케이블에 들어 올려진 후 평형추는 진자처럼 수직 방향으로 다시 이동합니다.[53]우주 엘리베이터와 우주 엘리베이터의 하중은 질량 중심이 전체 시스템을 지탱할 수 있을 정도로 정지 궤도[56] 수준을 항상 훨씬 상회하도록 설계될 것입니다.상승 및 하강 작업은 테더 지점 주변에서 균형추의 진자와 같은 움직임을 제어할 수 있도록 세심하게 계획되어야 합니다.[57]

등반가의 속도는 코리올리스의 힘, 가용한 힘, 그리고 등반가의 가속력이 케이블을 끊지 않도록 해야 하는 필요성에 의해 제한됩니다.등반가들은 또한 물질을 경제적이고 신속하게 위아래로 이동하기 위해 최소 평균 속도를 유지해야 할 것입니다.[58]300 km/h(190 mph)의 매우 빠른 자동차나 기차의 속도로 지구 동기 궤도에 오르려면 약 5일이 걸릴 것입니다.[59]

등반가 전원 공급

힘과 에너지 둘 다 등반가들에게 중요한 문제입니다 – 등반가들은 다음 페이로드를 위한 케이블을 제거하기 위해 가능한 한 빨리 많은 양의 잠재적 에너지를 얻어야 할 것입니다.

등반가에게 에너지를 공급하기 위한 다양한 방법이 제안되었습니다.

  • 등반 중 무선 에너지 전달을 통해 등반자에게 에너지를 전달합니다.
  • 클라이머가 클라이머하는 동안 어떤 물질 구조를 통해 에너지를 전달합니다.
  • 등반가가 시작하기 전에 에너지를 저장합니다. 원자력 에너지와 같은 매우 높은 에너지가 필요합니다.
  • 태양광 – 처음 40km를 주행한 후 태양 에너지를 사용하여 등반가에게[60] 동력을 공급할 수 있습니다.

레이저 파워 비임과 같은 무선 에너지 전송은 현재 가장 가능성이 높은 방법으로 여겨지고 있으며, 메가와트 전력 자유 전자 레이저 또는 고체 상태 레이저를 폭 약 10m(33ft)의 적응형 미러와 결합하고 효율성을 위해 레이저 주파수에 맞춘 클라이머의 태양광 어레이를 사용합니다.[2]파워 비밍으로 구동되는 클라이머 디자인의 경우, 이러한 효율성은 중요한 디자인 목표입니다.사용되지 않은 에너지는 방열 시스템을 사용하여 재방사해야 하므로 무게가 더 커집니다.

니혼대 정밀기계공학과 요시오 아오키 교수(일본우주승강기협회 이사)는 두 번째 케이블을 포함하고 탄소나노튜브의 전도도를 이용해 전력을 공급할 것을 제안했습니다.[33]

평형추

우주정거장이 있는 우주 엘리베이터

균형추 역할을 하기 위한 몇 가지 해결책이 제안되었습니다.

  • 무겁고 포획된 소행성;[16][61]
  • 정지궤도를 지나 위치한 우주부두, 우주정거장 또는 우주항.
  • 케이블 자체의 추가적인 상향 연장으로, 순상향 당김이 동등한 균형추와 같도록 합니다.
  • 공사중 케이블을 두껍게 하기 위해 사용되었던 주차된 사용후 클라이머들, 다른 쓰레기들, 그리고 자재들이 균형추를 증가시키기 위한 목적으로 케이블을 들어올렸습니다.[46]

케이블을 확장하는 것은 작업이 다소 간단하다는 장점이 있고, 역추 케이블 끝까지 간 페이로드는 지구와 상대적으로 상당한 속도를 얻어 행성간 우주로 발사될 수 있다는 사실이 있습니다.이것의 단점은 질량이 있는 사용 가능한 모든 것을 사용하는 것에 비해 더 많은 양의 케이블 재료를 생산해야 한다는 것입니다.

적용들

깊은 우주로 발사

반지름이 약 53,100 km인 우주 엘리베이터에 부착된 물체는 방출될 때 탈출 속도가 될 것입니다.L1 지점과 L2 라그랑지안 지점으로의 이동 궤도는 각각 50,630 km와 51,240 km에서 해제되고 50,960 km에서 달 궤도로 이동함으로써 달성될 수 있습니다.[62]

Pearson의 144,000 km (89,000 mi) 케이블 끝에서 접선 속도는 초당 10.93 km (6.79 mi/s)입니다.그것은 지구의 중력장을 탈출하여 적어도 목성만큼 멀리 탐사선을 보내기에 충분합니다.목성에 도착하면 중력 도움을 이용해 태양 탈출 속도에 도달할 수 있습니다.[44]

외계 엘리베이터

우주 엘리베이터는 다른 행성, 소행성, 달에도 세워질 수 있습니다.

화성의 테더는 지구의 테더보다 훨씬 짧을 수 있습니다.화성의 표면 중력은 지구의 38%인 반면, 지구와 거의 같은 시간에 축을 중심으로 회전합니다.이 때문에 화성의 정지궤도는 지표면에 훨씬 더 가까워지고, 따라서 엘리베이터의 길이도 훨씬 짧아질 수 있습니다.현재의 재료들은 이미 그러한 엘리베이터를 건설하기에 충분히 강합니다.[63]화성의 엘리베이터를 만드는 것은 화성의 위성 포보스에 의해 복잡해질 것입니다. 포보스는 낮은 궤도에 있고 적도를 규칙적으로 가로지릅니다(매 공전주기 11시간 6분의 2).포보스와 데이모스는 정지 상태의 우주 엘리베이터를 방해할 수도 있습니다. 반면에, 그들은 프로젝트에 유용한 자원을 제공할 수도 있습니다.포보스는 많은 양의 탄소를 포함할 것으로 예상됩니다.만약 탄소 나노튜브가 테더 물질에 대해 실현 가능하게 된다면, 화성 근처에 풍부한 탄소가 있을 것입니다.이것은 화성에서 미래의 식민지화를 위해 쉽게 이용할 수 있는 자원을 제공할 수 있습니다.

우주 엘리베이터 포보스
고도에서 지구 대 화성 대 달 중력

포보스는 조수로 잠겨있습니다. 한 쪽은 항상 그 중심인 화성을 향합니다.안쪽으로 6,000km 뻗어있는 엘리베이터는 화성의 대기 중 밀도가 높은 부분 바로 바깥쪽으로 화성 표면에서 약 28km 위에서 끝납니다.비슷한 케이블이 반대 방향으로 6,000 km 연장되면 첫 번째 케이블과 균형을 이루게 되므로 이 계의 질량 중심은 포보스에 남아 있게 됩니다.총 우주 엘리베이터는 화성의 정지 궤도(17,032 km) 아래에 있는 12,000 km 이상 뻗어 있을 것입니다.로켓과 화물을 지상 28km 상공의 우주 엘리베이터의 시작 부분까지 운반하기 위해서는 로켓 발사가 여전히 필요할 것입니다.화성의 표면은 적도에서 0.25km/s로 회전하고 있고 우주 엘리베이터의 바닥은 0.77km/s로 화성 주위를 회전하고 있기 때문에 우주 엘리베이터에 도달하기 위해서는 0.52km/s (1872km/hr)의 Delta-v만 필요합니다.포보스는 2.15 km/s의 궤도를 돌고 있으며 우주 엘리베이터의 가장 바깥 부분은 3.52 km/s의 속도로 화성 주위를 회전할 것입니다.[64][65]

지구의 달은 달 우주 엘리베이터의 잠재적인 위치입니다. 특히 테더에 필요한 특정 강도가 현재 사용 가능한 재료를 사용하기에 충분히 낮기 때문입니다.달은 원심력에 의해 지지될 만큼 충분히 빠르게 회전하지 않지만(지구의 근접성은 효과적인 달-정지 궤도가 없다는 것을 의미함), 차등 중력은 라그랑지안 지점을 통해 엘리베이터가 건설될 수 있다는 것을 의미합니다.근측 엘리베이터는 지구 달의 가시적인 부분의 중심 근처에 있는 앵커 포인트에서 지구-달 L1 지점을 통해 연장됩니다: 그러한 엘리베이터의 길이는 최대 L1 고도 59,548 km를 초과해야 하며 필요한 정점 평형추의 질량을 줄이기 위해 상당히 더 길 것입니다.[66]먼 쪽 달 엘리베이터는 L2 라그랑지안 점을 통과하고 가까운 쪽보다 더 길어야 합니다. 다시 말해 테더 길이는 선택된 정점 앵커 질량에 따라 달라지지만 기존의 공학적 재료로 만들어질 수도 있습니다.[66]

16 Psyche 우주 엘리베이터 컨셉
표면 중력은 ~0.144 m/s에서2[67] 지구의 2% 미만입니다.
세레스 우주 엘리베이터 개념
표면 중력은
지구의 3% 미만의

빠르게 회전하는 소행성이나 달은 케이블을 사용하여 지구 궤도와 같은 편리한 지점으로 물질을 방출하거나 [69]반대로 물질을 방출하여 소행성이나 달의 질량의 일부를 지구 궤도나 라그랑지안 지점으로 보낼 수 있습니다.물리학자이자 수학자인 프리먼 다이슨은 태양에서 멀리 떨어진 태양에서 발전기와 같은 더 작은 시스템을 사용할 것을 제안했습니다[citation needed]. 태양 에너지는 비경제적입니다.

켄트 주립대학의 프란시스 그레이엄(Francis Graham)에 따르면, 현재 이용 가능한 공학 재료를 사용하는 우주 엘리베이터는 명왕성과 카론(Charon)과 같은 서로 조석으로 잠긴 세계 사이에 지어질 수도 있고, 쌍성 소행성 90 안티오페의 구성 요소들 사이에 종단 연결이 끊어지지도 않을 수도 있다고 합니다.[70]그러나, 궤도의 타원성으로 인해 케이블의 스풀된 가변 길이를 사용해야 합니다.

시공

주요 기사 : 우주 엘리베이터 건설

우주 엘리베이터의 건설은 기술적인 위험을 줄일 필요가 있을 것입니다.엔지니어링, 제조 및 물리적 기술의 일부 발전이 필요합니다.[2]첫 번째 우주 엘리베이터가 만들어지면, 두 번째 엘리베이터와 다른 모든 엘리베이터들은 이전의 엘리베이터들을 사용하여 건설에 도움을 주고, 비용을 상당히 낮춥니다.또한 그러한 후속 우주 엘리베이터는 최초의 우주 엘리베이터 건설로 인해 달성되는 기술적 위험을 크게 줄일 수 있습니다.[2]

2000년 Edwards의 연구 이전에 [21]우주 엘리베이터를 건설하기 위한 대부분의 개념은 우주에서 케이블을 제조했습니다.그것은 그렇게 크고 긴 물체와 그렇게 큰 평형추에 필요하다고 생각되었습니다.우주에서 케이블을 제조하는 것은 원칙적으로 소행성이나 근지구 물체를 원료로 사용하는 것입니다.[71][72]건설을 위한 이러한 초기 개념들은 소행성을 지구 주위의 필요한 궤도로 이동시키기 위해 기존의 거대한 우주 이동 인프라를 필요로 합니다.그들은 또한 대량의 추출 재료가 있는 공간에서 제조하는 기술의 개발을 요구했습니다.[73]

2001년 이후 대부분의 작업은 훨씬 더 작은 공간 인프라를 필요로 하는 단순한 건설 방법에 초점을 맞추고 있습니다.그들은 큰 스풀 위에 긴 케이블을 설치하고, 그 후에 우주에 케이블을 배치하는 것을 상상합니다.[2][21][73]스풀은 처음에 계획된 앵커 포인트 위의 정지 궤도에 주차됩니다.긴 케이블은 지구를 향해 "아래쪽으로" 떨어지며, 질량이 "위쪽으로" 떨어짐으로써 전체 시스템이 지구와 동시 궤도를 유지하도록 균형을 잡게 됩니다.이전의 설계에서는 균형 질량을 다른 케이블(카운터웨이트 포함)이 위쪽으로 뻗어 있고 메인 스풀이 원래의 지구 동기 궤도 수준으로 유지되는 것으로 생각했습니다.대부분의 현재 설계는 메인 케이블이 지급됨에 따라 스풀 자체를 상승시켜 더 간단한 공정을 수행합니다.케이블의 하단이 지구의 표면(적도에서)에 닿을 정도로 길면, 케이블은 고정될 것입니다.일단 고정되면 (상단에 질량을 추가하거나 케이블을 더 많이 사용하여) 질량 중심이 더 높아지게 됩니다.이렇게 되면 전체 케이블에 더 큰 장력이 가해져 엘리베이터 케이블로 사용될 수 있습니다.

건설을 위한 한 가지 계획은 19,800 kg의 "최소 크기" 초기 시드 케이블을 배치하기 위해 기존의 로켓을 사용합니다.[2]이 최초의 아주 작은 리본은 최초의 619kg급 등반가를 지탱하기에 충분할 것입니다.최초의 207명의 등반가들은 원래의 케이블을 운반하고 더 많은 케이블을 원래의 케이블에 부착하여 단면적을 늘리고 가장 넓은 지점에서 초기 리본을 약 160mm 너비로 넓혔습니다.그 결과는 등반가 한 명당 20톤씩 들어올릴 수 있는 750톤 케이블이 될 것입니다.

안전문제 및 시공과제

주요 기사 : 우주 엘리베이터 안전

초기 시스템의 경우, 지표면에서 지구 동기 궤도 수준까지의 통과 시간은 약 5일이 될 것입니다.이러한 초기 시스템에서, Van Allen 방사선 벨트를 통과하는 데 걸리는 시간은 승객들이 방사선으로부터 보호되어야 할 충분한 시간이 될 것이며, 이는 탑승자의 질량을 증가시키고 탑재량을 감소시킬 것입니다.[74]

우주 엘리베이터는 항공기와 우주선 모두에 항해 위험을 초래할 수 있습니다.항공 교통 통제 제한으로 항공기가 우회될 수 있습니다.케이블과 동기화되지 않은 케이블의 최대 고도 이하에서 페리가 있는 안정된 궤도의 모든 물체는 회피 조치를 취하지 않는 한 결국 케이블에 영향을 미칩니다.Edwards가 제안한 한 가지 잠재적인 해결책은 이동식 닻(바다 닻)을 사용하여 테더가 추적할 수 있을 만큼 큰 우주 잔해를 "피울" 수 있도록 하는 것입니다.[2]

유성체, 미세 운석 및 궤도를 도는 인공 부스러기와 같은 우주 물체에 의한 충격은 케이블에 또 다른 설계 제약을 초래합니다.케이블은 잔해물이 발생하지 않도록 기동하거나 작은 잔해물의 충격을 파손하지 않고 흡수할 수 있도록 설계되어야 합니다.[citation needed]

경제학

주요 기사 : 우주 엘리베이터 경제학

우주 엘리베이터를 이용하면 현재 비용의 일부로 물질을 궤도로 보낼 수 있습니다.2022년 현재, 기존의 로켓 설계는 정지 궤도로 이동하는 데 킬로그램당 약 12,125 달러(파운드당 5,500 달러)의 비용이 듭니다.[75]현재 우주 엘리베이터의 제안에 따르면 탑재체의 가격은 kg당 220달러(파운드당 100달러)로, 발사 루프의 추정치인 [76]5-300달러와 비슷하지만, 궤도 비행선 시스템을 위해 제리 푸넬 박사가 제시한 310-500km 궤도보다 높습니다.[77]

우주 엘리베이터로 행성을 떠나다라는 책의 공동 저자인 필립 레이건은 "우주 엘리베이터를 처음 배치한 나라는 95%의 비용 이점을 가질 것이고 모든 우주 활동을 잠재적으로 통제할 수 있습니다."라고 말합니다.[78]

국제우주엘리베이터컨소시엄

국제우주승강기 컨소시엄(, ISEC)은 "모든 인류를 위한 혁명적이고 효율적인 우주로 가는 방법"으로서 우주승강기의 개발, 건설 및 운영을 촉진하기 위해 설립된 미국 비영리 501(c)(3) 법인입니다[79].[80]2008년 7월 미국 워싱턴주 레드몬드에서 열린 우주승강기 콘퍼런스 이후 결성돼 2013년 8월 전미우주학회와[81] 제휴 단체가 됐습니다.[80]ISEC은 매년 시애틀 비행 박물관에서 우주 엘리베이터 컨퍼런스를 개최합니다.[82][83][84]

ISEC는 우주 엘리베이터에 초점을 맞춘 다른 두 개의 주요 학회인 일본 우주[85] 엘리베이터 협회와 유로스페이스워드와 협력하고 있습니다.[86]ISEC는 매년 국제우주학회와[87] 국제우주연맹 대회에서[88] 심포지엄과 발표를 지원하고 있습니다.

관련개념

"우주 엘리베이터"의 기존 개념은 GEO 수준에 도달하는 정적 압축 구조에서 지면에 고정되고 GEO 수준을 훨씬 상회하는 정적 인장 구조라는 현대적인 기본 개념으로 발전했습니다.현재 실무자가 사용하는 용도에서 (그리고 이 기사에서) "우주 엘리베이터"는 국제 우주 엘리베이터 컨소시엄이 고려하는 Tsiolkovsky-Artsutanov-Pearson 유형을 의미합니다.이러한 종래의 유형은 지면에 고정되어 있고 화물이 지면으로부터 간단한 해제가 화물을 궤도에 진입시킬 수 있는 수준까지 충분히 높은 공간으로 연장되어 있는 정적 구조물입니다.[89]

이 현대적인 기준선과 관련된 몇몇 개념들은 보통 "우주 엘리베이터"라고 칭하지는 않지만, 어떤 면에서는 유사하며, 때때로 그들의 지지자들에 의해 "우주 엘리베이터"라고 칭하기도 합니다.예를 들어, 한스 모라벡은 1977년에 회전 케이블을 사용하는 개념을 설명하는 "비동기 궤도 스카이훅"이라는 기사를 발표했습니다.[90]회전 속도는 궤도 속도와 정확히 일치하여 가장 낮은 지점의 팁 속도가 "승강"되는 물체와 비교하여 0이 되도록 합니다.이 장치는 동적으로 충돌한 다음 높은 비행 물체를 궤도로 "승강"시키거나 낮은 궤도를 도는 물체를 높은 궤도로 "상승"시킬 것입니다.

Tsiolkovsky가 구상한 원래의 개념은 공중 돛대와 비슷한 개념인 압축 구조였습니다.그러한 구조물이 우주에 도달할 수도 있지만(100 km, 62 mi), 정지 궤도에 도달할 가능성은 낮습니다.Tsiolkovsky 타워와 고전적인 우주 엘리베이터 케이블을 결합한 개념이 제안되었습니다. (GEO 수준 이상에 도달)[17]다른 아이디어들은 발사 차량에 대한 수요를 줄이기 위해 매우 높은 압축 타워를 사용합니다.[91]이 차량은 대기 위까지 높이 뻗어 있을 수 있는 타워 위로 "승강"되고 상부에서 발사됩니다.20 km (12 mi)의 근우주 고도에 접근할 수 있는 그런 높은 탑은 다양한 연구자들에 의해 제안되었습니다.[91][92][93]

우주 엘리베이터와 관련된 비로켓 우주 발사의 다른 개념에는 궤도 링, 공압 우주 타워,[94] 우주 분수, 발사 루프, 스카이 훅, 우주 테더, 그리고 부력 "스페이스 샤프트"가 포함됩니다.[95]

메모들

  1. ^ 계수 4.85×10을7 생성하는 데 사용되는 특정 치환:

참고 항목

참고문헌

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  3. ^ Hirschfeld, Bob (January 31, 2002). "Space Elevator Gets Lift". TechTV. Archived from the original on June 8, 2005. Retrieved September 13, 2007. The concept was first described in 1895 by Russian author K. E. Tsiolkovsky in his 'Speculations about Earth and Sky and on Vesta.'
  4. ^ Fleming, Nic (February 15, 2015). "Should We give up on the dream of space elevators?". BBC. Retrieved January 4, 2021. 'This is extremely complicated. I don't think it's really realistic to have a space elevator,' said Elon Musk during a conference at MIT, adding that it would be easier to 'have a bridge from LA to Tokyo' than an elevator that could take material into space.
  5. ^ Donahue, Michelle Z. (January 21, 2016). "People Are Still Trying to Build a Space Elevator". Smithsonian Magazine. Retrieved January 4, 2020. 'We understand it's a difficult project,' YojiIshikawa says. 'Our technology is very low. If we need to be at 100 to get an elevator built – right now we are around a 1 or 2. But we cannot say this project is not possible.'
  6. ^ "Why the world still awaits its first space elevator". The Economist. January 30, 2018. Retrieved January 4, 2020. The chief obstacle is that no known material has the necessary combination of lightness and strength needed for the cable, which has to be able to support its own weight. Carbon nanotubes are often touted as a possibility, but they have only about a tenth of the necessary strength-to-weight ratio and cannot be made into filaments more than a few centimetres long, let alone thousands of kilometres. Diamond nanothreads, another exotic form of carbon, might be stronger, but their properties are still poorly understood.
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