Planlegging av fremtidens romheiser har allerede pågått i rundt 15 år, og innen 20 år skal den første være i drift. Denne nye virksomheten vil være et en ekstremt viktig ressurs for å løse miljøproblemer, skaffe energi til vår klode og ikke minst revolusjonere mulighetene for å ta seg raskt og trygt ut til andre reisemål i Solsystemet.

av Anne Mette Sannes

Første romheis vil gå fra ekvator innen 2036.
Illustrasjon: NASA

Les også:

Utforming av climberne

Ulike oppdrag for climberne

Romheiser vil revolusjonere menneskenes forhold til rommet og gjøre Solsystemet tilgjengelig på en helt annen måte enn til nå, ikke minst vil ferden gjennom atmosfæren blir langt tryggere enn med raketter. Mange vil ha sitt arbeid utenfor Jorden, blant annet på Månen og Mars, eller arbeide med gruvedrift på asteroider.

I tillegg vil det bygges romstasjoner rundt både Jorden, Månen og Mars for å spare tid og drivstoff på ferden opp fra bakken, samt frittflygende romstasjoner i bane rundt Solen. Fra romstasjonene kan man sende bemannede ferder til objekter lenger ut i Solsystemet, som for eksempel til månene rundt Jupiter og Saturn.

I fremtiden vil vi kunne benytte romheis for å reise videre ut i Solsystemet, for eksempel til Saturns måne Titan.
Illustrasjon: Steven Hobbs (Brisbane, Queensland, Australia) / NASA

Støy og risting blir en sagablott når romheisvirksomheten er et faktum. I stedet kan du, etter at climberen (romfergen) har beveget seg ut av skjoldet som har beskyttet climberen for storm, regn og lyn de første 40 kilometerne av ferden, trygt lene deg tilbake og konstatere at jordkloden gradvis blir mindre. Fra denne fasen av ferden vil climberen bruke konstant kraft, og elektrisk drevne hjul vil gripe fast i kabelen slik at den kan «klatre» oppover den 100 000 km lange, og rundt 6300–6900 tonn tunge, kabelen som roterer med jordrotasjonen og dermed holder seg selv oppe, noe som skyldes en kombinasjon av tyngdekrefter og sentrifugalkrefter. Kraften tilføres via enten laser eller soleenergi, og mens du stiger, avtar gravitasjonen og farten øker. Noen timer senere, på et sted mellom 100 og 400 kilometers høyde, kommer du til der hotellene befinner seg. Her oppe er nemlig tyngdekraften fortsatt 90–95 % av hva den er når du befinner deg hjemme på Jorden. Her kan du spasere inn på hotellet og kanskje titte ned på bakken gjennom glassgulvet mens du nyter en bedre middag.

Etter et par dager ved dette stoppestedet velger du kanskje å fortsette turen videre opp til 1500 kilometer, hvor du vil ha det beste utsynet til ... akkurat: Romsøppel! Det er nemlig her romfartsorganisasjonene kvitter seg med ødelagte satellitter. Eller kanskje du skal til Månen eller Mars for å besøke en slektning eller en venn i en av koloniene? I så fall må du «klatre» lenger oppover på kabelen – forbi geostasjonær banehøyde (GEO) ca. 36 000 km over bakken – en sirkulær bane direkte over Jordens ekvator. Fra denne høyden vil sentrifugalkraften akselerere climberen du sitter i bort fra Jorden. I 44 500 kilometers høyde er avreisestedet for å reise videre til Månen. Dersom du skal til Den røde planet, må du opp i 47 000 kilometers høyde, og for å reise videre til for eksempel Saturns måne Titan, må du helt opp til kabelens høyeste punkt 100 000 kilometer over bakken.

Venstre bilde viser romsøppel i lav banehøyde (LEO), partikkelstørrelsene er overdrevet. Bildet til høyre viser et nett til bruk for å fange romsøppel. Fordelen med et slikt «romsøppelnett» er at det kan tilpasses størrelsen av det som skal fanges.
Illustrasjon: NASA, ESA, montasje: Sannes & Ødegaard

Her ser du en oversikt over foreslåtte stoppesteder fra bakken og opp til enden av den 100 000 km lange kabelen dersom du har lyst til å planlegge turen allerede nå ...

Kilde: ISEC

Med norsk tekst.
Illustrasjon: Wikipedia/Sannes & Ødegaard

Når starter romheisvirksomheten, og hvor på Jorden skal heisen festes til bakken?

I følge Peter Swan, leder for International Space Elevator Consortium (ISEC), som har organisasjonsmedlemmer i USA, Europa og Japan samt individuelle medlemmer fra hele verden, er målet at den første romheisen – en vareheis – vil være operativ fra 2036, men at hele 16 heiser som inkluderer frakt av mennesker, utstyr og annet skal være i drift innen 2060. Romheiser vil bli bygget ved ekvator siden der derfra er kortest vei opp til geostasjonær bane. Fra bakken vil det for oss se ut som om et hvert objekt i denne høyden står stille siden objektet følger samme retning som Jordens rotasjon. Et objekt i geostasjonær bane vil ha eksakt samme omløpstid som Jorden bruker på en omdreining, noe som kalles et siderisk døgn.

Klikk på bildet for å se hvordan et objekt i geostasjonær bane følger jordrotasjonen.
Animasjon: Wikipedia

De første romheisene vil trolig bli bygget 2000 kilometer vest for Galapagos i Stillehavet som følge av rolige værforhold i dette området. Kabelen vil bli festet til en flytende enhet i Stillehavet.

Romheisen festet til en flytende enhet. Supplybåter vil transportere passasjerer og gods til og fra enheten.
Illustrasjon: Liftport / Wikipedia

Peter Swan, leder for International Space Elevator Consortium
Foto: Anne Mette Sannes

Hvor trygge blir romheisene?

Fordi toppunktet (motvektspunktet) på kabelen som nevnt beveger seg i samme retning som Jorden, kan ikke kabelen falle ned og gjøre ødeleggelser. Aktiviteten vil bli ledet fra en operasjonssentral, og både av effektivitetshensyn og av sikkerhetsmessige årsaker vil heiskablene monteres parvis – den ene for trafikk opp og den andre for trafikk ned. Operasjonssentralen ved hovedkvarteret vil være utstyrt med en stor skjerm som til enhver tid vil gi et situasjonsbilde av romheissystemene, og hvor operatørene blant annet vil kunne følge med på status for alle heiskablene, oppstigende og nedstigende climbere samt nye heissystemer som eventuelt er under bygging. Hver climber vil ha en fargekode som indikerer hvorvidt climberen er operativ, delvis operativ eller ikke operativ.

Displayet vil også vise hva slags type oppdrag og hvilken fase hver climber befinner seg i. Lignende oversikt vil også settes i verk ved GEO-enheten, ved kabelterminalen på den flytende plattformen og ved motvektspunktet helt øverst på kabelen. Hver av climberne vil være i kontinuerlig kontakt med operasjonssentralen, sende status om teknisk tilstand, motta ordrer fra operatørene angående lasting og lossing ved GEO, utslipp av satellitter under GEO samt andre oppdrag.

Reparasjon av kabel vi skje rutinemessig samt og også dersom det skulle oppstå en nødssituasjon. Alle climberne vil ha sensorer som oppdager slitasjer.

Revolusjonerende fordeler med romheis

De siste 10 års romheisforskning gir et nyttig estimat på de muligheter og fordeler et slikt heissystem vil gi. I forhold til drivstoff til rakettvirksomhet, vil romheiser utgjøre en revolusjonerende rimelig metode å frakte mennesker og nyttelast mellom bakken og rommet til en pris av rundt 500 dollar per kilo.

Andre fordeler er blant annet:

• Rutine. Det vil bli daglige avganger (en climber per dag) fra bakken gjennom hele året.
• Stor løftekapasitet –14 tonn per oppsending
• Ingen risting som med raketter
• Kabelen vil ha en levetid på rundt 10 år og planlegges utskiftet hvert 7,5 år.
• Trygt. Ingen eksplosiver, ingen free flight, lav aerodynamisk hastighet
• Permanent – ingen engangskomponenter
• Større fleksibilitet når det gjelder størrelse på lasten (ingen begrensning av bredde)
• Gir en hensiktsmessig mulighet for forbedring og reparasjon av satellitter
• Lite påvirkning på miljøet – solenergi, ingen kjemiske drivstoff
• Virksomheten etterlater seg ikke romsøppel

Romheisvirksomhet kan løse flere av Jordens miljøproblemer

Avhending av radioaktivt avfall – det viktigste temaet

I følge World Nuclear Association lagres årlig ca. 9000 tonn brukt kjernefysisk avfall. Det meste av dette spares til fremtidig reprosessering, men et permanent alternativ kan være ønskelig. Dersom man slapp ut avfallet fra enden av heisen (langt utenfor GEO) ville det unnslippe Jordens tyngdekraft. (Dersom man skulle slippe ut alt – 9000 tonn i året – ville dette krevd 1,8 ganger kapasiteten av en enkelt heis).

Solskjold

Dersom man iverksatte forslaget til Roger Angel ved University of Arizona og plasserte billioner av små frittflyvende romfartøy rundt halvannen million kilometer over Jorden i retning Solen (L1-bane), ville dette utgjøre en vekt på tilsammen 20 millioner tonn. Å sende opp dette systemet ville kreve 400 heispar i full drift i 5 år.

Behov for solenergi

The National Space Society mener en av de beste løsninger for å dekke Jordens energibehov i fremtiden vil være ved hjelp av solenergi som samles i rommet (Space Solar Power - SSP) og sendes til Jorden. ISEC mener at SSP kan løse problemet med energi og drivhusutslipp. SSP kan levere store menger energi med svært lav miljøpåvirkning til hver og en av oss. Dagens vurderinger av å frakte nødvendig utstyr er ikke hensiktsmessig pga. kostnadene med å frakte til GEO, men romheisene ville endre det økonomiske bildet.

Fordelene med solenergi (SSP)

• En fullstendig «grønn» og hovedsakelig ubegrenset energikilde
• Kan levere til hvor som helst på Jorden
• Kostnadseffektivt dersom fraktes med romheis

Ca. 55-60 % av solenergien tapes på veien gjennom atmosfæren som følge av refleksjons- og absorbsjonseffekter. Rombaserte solenergisystemer overfører derimot sollyset til mikrobølger utenfor atmosfæren og tapet unngås.
Illustrasjon: NASA

Solcelle- eller laserenergi?

Man antar det vil være mulig å operere romheisen utelukkende på solcelleenergi, noe som i tilfelle eliminerer bruk av energikilder fra bakken. Heisen sørger da for sin egen kraft ved hjelp av sollys. En opsjon er utelukkende bruk av bakkebasert laserenergi, altså å overføre energi fra bakken til heisen. En blanding av de to ovennevnte, er også en mulighet. Ved å plassere climberne 6 387 km fra hverandre, kan man ha 7 climbere på en kabel med en bæregrense på 31 tonn. Nåværende estimat: en oppstigning per dag, ca. 7 dager til GEO (gjennomsnittshastighet på 215 km/t. De skjøre solcellepanelene (eller lasermottakerne dersom man velger denne løsningen) vil bli utplassert på climberne høyere oppe før de skal benyttes.

Benyttes solenergi-løsningen, vil morgensolen starte oppstigningen av climberen som vil gå mot tyngdekraften frem til natten faller på. Climberen vil da parkere på kabelen for å spare energi til neste morgen. Siden climberen befinner seg 3000 km opp fra bakken, vil natten vil bli betydelig kortere enn hva den er på jordoverflaten. Hver dags oppstigning vil resultere i lengre og lengre perioder med sollys inntil climberen mottar kontinuerlig solenergi, med unntak av sommersolverv og vintersolverv når det vil bli korte, daglige formørkelser helt til GEO og utenfor. (disk)

Velger man laserløsningen, vil man være mindre avhengig av dagslys og mer avhengig av avstand. De første 40 kilometerne vil climberen befinner seg inne i et beskyttende skjold uavhengig av hvilken energikilde som skal benyttes høyere opp. Så snart climberen slippes etter å ha passert 40 kilometers høyde, vil den laserbaserte climberen starte løfteprosessen og fortsette å stige. En fordel med dette konseptet er at mens energien fra laserstrålen avtar med avstanden, vil tyngdekraften avta enda raskere.

Beskyttelsesskjold de første 40 km av ferden

Både climbere og nyttelast er sårbare for atmosfæriske trusler som kraftige vinder, lyn og regn. En løsning kunne selvsagt være å utforme climberen med en permanent beskyttelsesstruktur slik som for rakettbaserte oppskytningssystem, men etter at den har passert 40 kilometer og de atmosfæriske truslene opphører, vil det ikke være behov for dette. Og siden den exo-atmosfæriske ferden utgjør hoveddelen av ferden opp til valgt utslippshøyde, ville det være ineffektivt å benytte atmosfærebeskyttelse under hele oppstigningsfasen.

En løsning kan derfor være å lage et beskyttelsesskjold som omslutter climberen opp til 40 kilometer, noe som ville ha medført en kraftig reduksjon av climberens masse. (disk). Dette skjoldet vil i så fall ha sin egen motor og kabelfeste slik at den kan klatre til 40 kilometer før den returnerer til bakken. Strømmen til skjoldet (og climberen som er lagret inne i den) antas å kunne tilføres via en lett strømledning. Trolig vil skjoldets masse være rundt 10 tonn og bli laget av CNT-baserte komposittmaterialer. Under ferden til 40 kilometer vil også beskyttelsesskjoldet kunne tilby kommunikasjon mellom operasjonssentralen og climberen.

En slik kjempekonstruksjon ble første gang påtenkt i 1895 av den russiske rakettforskeren Konstantin Tsiolkovskij som ble inspirert av byggingen av Eiffeltårnet i 1887 og mente at det kunne være mulig å lage en himmelstige.

Og lite ante Tsiolkovski at hans futuristiske tanker om «himmelstigen» skulle bli første trinn i menneskenes reise ut av Solsystemet!

Konstantin Tsiolkovski regnes som en pioner innen romforskningen og var det første mennesket som så for seg en romheis etter å ha blitt inspirert av byggingen av Eiffeltårnet.
Foto: http://expositions.bnf.fr/universelles / Wikipedia

Les mer:

Utforming av climberne

Ulike oppdrag for climberne

Klikk på “Liker” og få melding når nye saker legges ut!

MER INFORMASJON

International Space Elevator Consortium

Wikipedia: Space elevator

Wikipedia: Lunar space elevator

På vei mot stjernene: 100 Years Starship Symposium, Houston, Texas

Fremtidens stjernereiser

cnet.com: Japanese company plans space elevator by 2050

NASA: The Space Elevator Concept

spaceref.com: Rare Jerome Pearson Video Speaking on the Space Elevator Concept