Alles over ruimteliften

Een ruimtelift is een bouwwerk waarmee objecten via een kabel naar de ruimte kunnen worden getransporteerd. De laatste tijd is er binnen de wetenschappelijke gemeenschap steeds meer aandacht voor ruimteliften, vanwege de recente ontwikkelingen op het gebied van nanotechnologie. Het wordt dan ook steeds waarschijnlijker dat een ruimtelift in de toekomst daadwerkelijk zal worden gebouwd.

Ruimteliften

• Wat is een ruimtelift?
• Werking
• Structuur
• Risico's bij een ruimtelift
• Economische aspecten

Wat is een ruimtelift?

Een ruimtelift is in principe letterlijk wat de naam al doet vermoeden; een lift naar de ruimte. Een ruimtelift bestaat uit een kabel met een lengte van ruim 36.000 kilometer lang, die vanaf de evenaar de ruimte in gaat. Via de kabel kunnen goederen de ruimte in worden gehesen door een mechanisme dat langs deze kabel omhoog klimt. De kabel valt niet naar de Aarde omdat er een contragewicht is bevestigd aan het uiteinde, dat zich boven geostationaire hoogte bevindt.

Werking

De middelpuntvliedende kracht die op het gedeelte boven geostationaire hoogte werkt, moet groter zijn dan de zwaartekracht die er in tegengestelde richting op wordt uitgeoefend. Een manier om je dit voor te stellen is een voorbeeld met een emmer water dat aan een trouw is vastgeknoopt. Als je de emmer hard genoeg rondslingert, gaat het touw strak staan en zal er geen water uit vallen wanneer de emmer even ondersteboven 'vliegt'. Een ruimtelift pas ditzelfde principe toe, maar dan op een grotere schaal.

Omdat de Aarde zelf roteert, werkt er op de evenaar ook een middelpuntvliedende kracht. Deze is alleen erg klein omdat je je op de evenaar relatief dichtbij de draai-as bevindt (die loopt door het middelpunt van de Aarde). Maar het uiteinde van een ruimtelift bevindt zich vele malen verder van het middelpunt, waardoor de baan ervan ook vele malen groter is. En omdat het uiteinde in dezelfde tijd een rondje om de Aarde maakt, is de snelheid, en dus de middelpuntvliedende kracht die erop werkt, veel groter dan onderaan de lift.

Structuur

Grondcomplex

De ontwerpen voor de grondcomplexen (die de kabel met de Aarde verbinden) zijn in te delen in twee typen. Het eerste type is stationair, dat wil zeggen dat het complex zich op een vaste plek bevindt. Stationaire grondcomplexen zouden het beste op grote hoogte geplaatst kunnen worden, zoals op de top van een berg, of wellicht zelfs op een hoge toren.

Het tweede type grondcomplex is mobiel, en dus in staat van positie te veranderen. Het grote voordeel van een mobiel grondcomplex, is dat er dan de mogelijkheid is om stormen en ruimteschroot te ontwijken. In verband met de mobiliteit is het logisch om dit type grondcomplex op zee te bouwen. Het drijvende platform kan dan gemakkelijk verplaatst worden indien dat nodig is. Daarnaast hoeft de kabel korter te zijn als er gekozen wordt voor een mobiel grondcomplex.

De kabel
Het produceren van de kabel is verreweg de grootste technologische uitdaging bij het bouwen van een ruimtelift. Het probleem is niet zozeer dat de kabel tienduizenden kilometers lang moet zijn, maar de sterkte ervan. De treksterkte van de kabel moet minimaal 65 GPa (GigaPascal) bedragen. Het sterkste bestaande staal heeft een treksterkte van slechts 5,5 GPa, en zelfs diamant haalt maximaal maar 20 GPa. Om deze reden zijn ruimteliften dan ook lange tijd voor onmogelijk gehouden. Maar dat veranderde met de ontdekking van zogenaamde CNTs (Carbon nanotubes, ofwel koolstof nanobuizen). Dit zijn microscopisch kleine buisjes (zie de afbeelding) die een ongekende treksterkte hebben. In het laboratorium zijn al sterktes van 150 GPa behaald, en in theorie is zelfs een treksterkte mogelijk van 177 GPa.

De CNTs die tot nu toe zijn geproduceerd zijn echter niet langer dan enkele millimeters. Maar in principe voldoen de CNTs die tot nu toe gemaakt zijn aan de eisen waaraan een kabel van een ruimtelift moet voldoen. Er wordt dan ook veel onderzoek gedaan naar het produceren van langere CNTs. Daarnaast zijn CNTs ook toepasbaar op veel andere gebieden, zoals bijvoorbeeld hangbruggen.

De lift

Een ruimtelift gebruikt niet het principe als een kabellift, waarbij de liftcabine omhoog wordt getrokken door kabels. Bij een ruimtelift zal de cabine zichzelf langs de kabel omhoog moeten trekken, waardoor het noodzakelijk is dat het aandrijfsysteem in de lift zelf moet zitten.

Een ander probleem is de afstand die de lift moet afleggen om in de ruimte te komen. Het meenemen van de benodigde brandstof is geen optie, aangezien de lift dan te zwaar zou worden. De meest waarschijnlijke oplossing voor dit probleem is het gebruik maken van lasers, die zich op de grond bevinden. Met een laser kan energie naar de lift worden gestuurd door de laserbundel op een zonnepaneel op de lift te richten.

Risico's bij een ruimtelift

Als er ooit daadwerkelijk een ruimtelift worden gebouwd, zijn er nog steeds veel manieren waarop de lift stuk kan gaan:

(micro)Meteorieten
Het zal waarschijnlijk onmogelijk blijven om te voorkomen dat de kabel van de ruimtelift beschadigd raakt door meteorieten, en dan met name micrometeorieten. Dit zijn kleine deeltjes (vaak kleiner dan zandkorrels) die met hoge snelheid door de ruimte vliegen. Na verloop van tijd zal de kabel hierdoor beschadigd raken, en wellicht zelfs breken.

Een mogelijke oplossing is het bouwen van meerdere kabels, die aan hetzelfde grondcomplex zijn bevestigd. Als er dan een kabel breekt, zal de ruimtelift als geheel niet vernietigd worden, en hoeft er alleen een nieuwe kabel bevestigd te worden.

Noodweer

Stormen, orkanen, en bliksem zijn ook gevaarlijk voor de ruimtelift. Een oplossing voor dit probleem is het kiezen voor een mobiel grondcomplex, dat in staat is om stormen en dergelijke te ontwijken. Het grondcomplex mag zich maximaal twee breedtegraden van de evenaar bevinden voordat de kabel in gevaar wordt gebracht.

Sattelieten

Er bestaat een kans dat er een satelliet botst met de kabel, en daarmee de ruimtelift vernietigt. Dit is echter ook te voorkomen door de ruimtelift te verplaatsen naar een gebied buiten de koers van de satelliet. Daarnaast is het ook mogelijk de satelliet simpelweg te vernietigen met bijvoorbeeld een raket. Als de ruimtelift meerdere kabels heeft (i.v.m. micrometeorieten) zal deze zelfs een botsing met een satelliet kunnen overleven. Er zou dan alleen een kabel verloren gaan en vervangen moeten worden.

Economische aspecten

Het kost tegenwoordig zo'n 20.000 dollar per kilo om een object naar geostationaire hoogte te brengen. Met een ruimtelift zou dit in theorie vanaf $220 mogelijk zijn. De kosten om een ruimtelift te bouwen zijn echter extreem hoog; de totale prijs wordt geschat op twintig miljard dollar. Het zou ook minstens tien jaar duren voordat dit bedrag is terugverdiend, mits er tijdens deze periode geen problemen ontstaan die voor dure reparaties zorgen. Daarnaast wordt verwacht dat een ruimtelift in de toekomst een stuk goedkoper kan worden, vanwege de ontwikkelingen binnen de productiemethode van CNTs.