Les ascenseurs spatiaux se rapprochent de la réalité

Weather of Arabia - Lorsque les gens ont commencé à explorer l'espace dans les années 1960, il en coûtait plus de 80 000 $ (ajusté en fonction de l'inflation) pour mettre une livre de charge utile en orbite terrestre basse.

L'une des principales raisons de ce coût élevé était la nécessité de construire une nouvelle fusée et le coût par lancement, mais cette situation a commencé à changer lorsque Space X a commencé à fabriquer des fusées bon marché et réutilisables. Aujourd'hui, la société transporte les charges utiles des clients vers LEO pour seulement 1 300 dollars la livre.

Cela a rendu l'espace disponible pour les scientifiques, les startups et les touristes qui ne pouvaient pas se le permettre dans le passé, mais le moyen le moins cher d'entrer en orbite n'est peut-être pas du tout une fusée, mais un ascenseur spatial.

Ascenseurs spatiaux

Les graines de l'idée d'un ascenseur spatial ont été semées pour la première fois par le scientifique russe Konstantin Tsiolkovsky en 1895, lorsqu'il a visité la tour Eiffel de 1 000 pieds de haut et a publié un article traitant d'hypothèses pour la construction d'une structure de 22 000 milles de haut.

Ce système donnerait accès à l'orbite géostationnaire, une hauteur à laquelle les objets semblent rester immobiles au-dessus de la surface de la Terre, mais Tsiolkovsky a reconnu qu'aucun matériau ne pouvait supporter le poids d'une telle tour.

En 1959, peu après le lancement de Spoutnik, l'ingénieur russe Yuri N. Artsutanov est un moyen de contourner ce problème : au lieu de construire un ascenseur spatial à partir du sol vers l'espace, vous pouvez commencer par le haut.

spécifiquement; Il a proposé de mettre un satellite en orbite géostationnaire et de laisser tomber une attache jusqu'à l'équateur terrestre. Lorsque l'attache descend, le satellite monte. Une fois attachée à la surface de la Terre, la corde restera tendue, grâce à une combinaison de forces gravitationnelles et centrifuges.

Ensuite, nous pouvons envoyer des "grimpeurs" à assistance électrique le long de la corde pour livrer des charges utiles sur n'importe quelle orbite terrestre.

Crédit : VectorMine / Adobe Stock

Selon le physicien Bradley Edwards, qui a étudié cette idée pour la NASA il y a environ 20 ans, la construction d'un ascenseur spatial coûterait environ 10 milliards de dollars et prendrait 15 ans, mais une fois opérationnel, l'envoi d'une charge utile sur n'importe quelle orbite terrestre coûterait environ 100 dollars par livre.

"Une fois que vous avez ramené le coût à près de FedEx", a déclaré Edwards dans une interview avec Space.com en 2005, "cela ouvre les portes à beaucoup de gens, à beaucoup de pays, à beaucoup d'entreprises pour entrer dans l'espace".

En plus des avantages économiques, un ascenseur spatial serait beaucoup plus propre que l'utilisation d'une fusée - il n'y aurait pas de combustion de carburant, pas d'émissions de gaz à effet de serre nocives - et le nouveau système de transport ne contribuerait pas au même degré que les fusées non récupérables exacerberaient le problème des débris spatiaux.

Pourquoi n'avons-nous pas encore fabriqué d'ascenseur spatial ?

problèmes de cordon

Edwards a écrit dans son rapport à la NASA que la technologie nécessaire pour construire un ascenseur spatial existe, à l'exception du matériau requis pour construire la corde, qui doit être légère mais suffisamment solide pour résister à toutes les forces énormes qui agissent dessus.

La bonne nouvelle, selon le rapport, est que le matériau idéal - des nanotubes de carbone extrêmement résistants et extrêmement petits - sera disponible dans seulement deux ans.

"La coque n'est pas assez solide, pas plus que le Kevlar, la fibre de carbone, la soie d'araignée ou tout autre matériau que les nanotubes de carbone", a écrit Edwards. "Heureusement pour nous, la recherche sur les nanotubes de carbone est actuellement très active et progresse rapidement vers la production commerciale."

Malheureusement, il a mal calculé à quel point il serait difficile de fabriquer des nanotubes de carbone - jusqu'à présent, personne n'avait réussi à produire un tube de plus de 21 pouces.

Des recherches plus approfondies sur ce matériau ont montré qu'il a tendance à se déchirer sous une contrainte excessive, ce qui signifie que même si nous pouvions fabriquer des nanotubes de carbone aux longueurs requises, ils seraient toujours sujets à la rupture, ce qui non seulement détruit l'ascenseur spatial, mais constitue une menace pour la vie sur Terre.

Les nanotubes de carbone ont peut-être été le premier candidat comme matériau liant pour les ascenseurs spatiaux, mais il existe d'autres options, notamment le graphène, une forme bidimensionnelle de carbone qui est en fait plus facile à mettre à l'échelle que les nanotubes (bien que ce ne soit toujours pas facile).

Contrairement au rapport d'Edwards, les chercheurs de Johns Hopkins, Sean San et Dan Popescu, disent que les fibres de Kevlar peuvent fonctionner - nous avons juste besoin de réparer constamment la corde, de la même manière que le corps humain répare constamment ses tendons.

"A l'aide de capteurs et de logiciels intelligents, il est possible de modéliser mathématiquement l'ensemble de la corde pour prédire quand, où et comment les fibres vont se casser", ont écrit les chercheurs dans un article de 2018 dans la revue Ion.

"Lorsque des dommages se produisent, des montées rapides contrôlées et des véhicules de descente navigueront le long de la corde à leur place, ajustant le taux d'entretien et de réparation selon les besoins - imitant la sensibilité des processus biologiques", ont poursuivi les chercheurs.

Les astronomes de l'Université de Cambridge et de l'Université de Columbia pensent également que les fibres de Kevlar pourraient convenir à un ascenseur spatial - si nous le construisions à partir de la Lune au lieu de la Terre.

Cela n'éliminerait pas la nécessité pour les fusées d'atteindre l'orbite terrestre, mais ce serait un moyen moins coûteux d'atteindre la lune. La force agissant sur un ascenseur spatial lunaire peut ne pas être aussi forte que celle agissant sur un ascenseur spatial s'étendant de la surface de la Terre, selon les chercheurs, ouvrant plus de choix pour les matériaux d'attache.

Pendant ce temps, certains chercheurs chinois n'abandonnent pas l'idée d'utiliser des nanotubes de carbone pour un ascenseur spatial — en 2018, une équipe de l'Université de Tsinghua a révélé avoir développé des nanotubes qui, selon eux, sont suffisamment solides pour être une corde.

Les chercheurs travaillent toujours sur la question de l'expansion de la production de nanotubes, mais en 2021, l'agence de presse publique chinoise (Xinhua) a publié une vidéo illustrant un concept en cours de développement appelé Sky Ladder, qui consisterait en des ascenseurs spatiaux au-dessus de la Terre et de la Lune.

Après avoir emprunté l'ascenseur spatial sur Terre, la capsule s'envolera vers une station spatiale reliée au câble de l'ascenseur spatial sur la Lune. S'ils peuvent mener à bien ce projet - ce qui est un énorme exploit - la Chine s'attend à ce que le Sky Ladder puisse réduire de 96% le coût d'envoi de personnes et de marchandises sur la Lune.

Au cours des 120 années qui se sont écoulées depuis que Tsiolkovsky a regardé la Tour Eiffel et pensé à quelque chose de beaucoup plus grand, des progrès significatifs ont été réalisés dans le développement de matériaux dotés des propriétés requises pour un ascenseur spatial. À ce stade, il semble probable que nous aurons un jour un matériau pouvant être fabriqué à l'échelle requise par la corde - mais d'ici là, le besoin d'un ascenseur spatial aura peut-être disparu.

De nombreuses entreprises aérospatiales progressent elles-mêmes dans le développement de fusées réutilisables, et lorsque ces fusées rejoignent le marché avec SpaceX, la concurrence peut faire encore baisser les prix de lancement.

La société californienne SpinLaunch, quant à elle, développe un centre de poussée géant pour lancer des charges utiles dans l'espace, que des fusées beaucoup plus petites peuvent propulser en orbite. En cas de succès (ce qui est également incertain), la société affirme que le système réduira de 70% la quantité de carburant nécessaire pour atteindre l'orbite.

Même si le plan "SpinLaunch" ne se concrétise pas, plusieurs équipes travaillent au développement de carburants verts pour fusées qui produisent très peu (ou pas) d'émissions nocives. Plus de travail est nécessaire pour augmenter efficacement sa production, mais surmonter cet obstacle sera beaucoup plus facile que de construire un ascenseur de 22 000 milles vers l'espace.

Source : libre pensée