En romheis er mulig med dagens teknologi, sier forskere (vi trenger bare å dingle den fra månen)

Fotoillustrasjon av romheis Originalbilder: Michel Paz, Jeremy Thomas | Unsplash; redigert av MIT Technology Review

Den kanskje største hindringen for menneskehetens ekspansjon gjennom solsystemet er de uoverkommelige kostnadene ved å unnslippe jordens gravitasjonskraft. Det sier Zephyr Penoyre fra University of Cambridge i Storbritannia og Emily Sandford ved Columbia University i New York.

Problemet er at rakettmotorer fungerer ved å kaste masse i én retning for å generere skyvekraft for et romfartøy i den andre. Og det krever enorme mengder drivmiddel, som til slutt kasseres, men som også må akselereres sammen med romfartøyet.

Resultatet er at å plassere et enkelt kilogram i bane koster i området titusenvis av dollar. Å komme seg til månen og utover er enda dyrere. Så det er betydelig interesse for å finne billigere veier inn i bane.

En idé er å bygge en romheis - en kabel som strekker seg fra jorden til bane som gir en måte å klatre opp i verdensrommet. Den store fordelen er at klatreprosessen kan drives av solenergi og dermed ikke krever drivstoff ombord.

Men det er også et stort problem. En slik kabel må være utrolig sterk. Karbon nanorør er et potensielt materiale hvis de noen gang kan lages lenge nok. Men alternativene som er tilgjengelige i dag er bare for svake.

Gå inn i Penoyre og Sandford, som har revurdert ideen med en vri. De sier at deres versjon av en romheis, som de kaller en romlinje, kan bygges med materialer som er kommersielt tilgjengelige i dag.

Først litt bakgrunn. En romheis som konvensjonelt utformet vil bestå av en kabel forankret på bakken og strekker seg utover geosynkron bane, rundt 42 000 kilometer (26 098 miles) over jorden.

En slik kabel vil ha betydelig masse. Så for å stoppe den fra å falle, må den balanseres i den andre enden av en lignende kretsende masse. Hele heisen ville da bli støttet av sentrifugalkrefter.

I mange år har fysikere, science fiction-forfattere og visjonærer ivrig beregnet størrelsen på disse kreftene, bare for å bli dessverre nedslått av resultatet. Ingen kjente materialer er sterke nok til å takle disse kreftene – ikke edderkoppsilke, ikke Kevlar, ikke engang de sterkeste moderne karbonfiberpolymerene.

Så Penoyre og Sandford har tatt en annen tilnærming. I stedet for å forankre kabelen på jorden, foreslår de å forankre den på månen og dingle den mot jorden.

Den store forskjellen kommer fra sentrifugalkreftene. En konvensjonell romheis vil gjøre en fullstendig rotasjon hver dag, i tråd med jordens rotasjon. Men den månebaserte romlinjen ville gå i bane bare en gang i måneden - en mye langsommere hastighet med tilsvarende lavere krefter.

Dessuten er styrkene ordnet annerledes. Ved å strekke seg fra månen til jorden, ville romlinjen passere gjennom et område av verdensrommet der terrestrisk og månens tyngdekraft opphever hverandre.

Denne regionen, kjent som et Lagrange-punkt, blir et sentralt trekk ved en romlinje. Under den, nærmere jorden, trekker tyngdekraften kabelen mot planeten. Men over den, nærmere månen, trekker tyngdekraften kabelen mot månens overflate.

Penoyre og Sandford viser raskt at å forlenge kabelen fra månen helt til jordoverflaten genererer krefter som er for store for dagens materialer. Men kabelen trenger ikke strekke seg helt for å være nyttig.

Forskernes hovedresultat er å vise at dagens sterkeste materialer – karbonpolymerer som Zylon – komfortabelt kan støtte en kabel som strekker seg fra månen til geosynkron bane. De fortsetter med å antyde at en prinsippbevis-enhet laget av en kabel på omtrent tykkelsen av en blyant kan dingles fra månen til en pris som måles i milliarder av dollar.

Det er helt klart ambisiøst, men på ingen måte overdrevent for moderne romoppdrag. Ved å forlenge en linje, forankret på månen, til dypt inne i jordens gravitasjonsbrønn, kan vi konstruere en stabil, kryssbar kabel som tillater fri bevegelse fra jordens nærhet til månens overflate, sier Penoyre og Sandford.

Besparelsene ville vært enorme. Det vil redusere drivstoffet som trengs for å nå overflaten av månen til en tredjedel av dagens verdi, sier de.

Og det ville åpne opp en helt ny region av rom for utforskning - Lagrange-punktet. Dette er av interesse fordi både tyngdekraften og gravitasjonsgradienten i denne regionen er null, noe som gjør det mye tryggere for byggeprosjekter. Derimot fører gravitasjonsgradienten i lav jordbane til at banene er mye mindre stabile.

Hvis du slipper et verktøy fra den internasjonale romstasjonen, ser det ut til at det raskt akselererer bort fra deg, påpeker Penoyre og Sandford. Lagrange-punktet har en nesten ubetydelig gradient i gravitasjonskraft; det tapte verktøyet vil være for hånden i mye lengre tid.

Det er heller ikke noe nevneverdig rusk i denne regionen. Lagrange-punktet har stort sett vært uberørt av tidligere oppdrag, og baner som går gjennom her er kaotiske, noe som reduserer mengden meteoroider betydelig, sier de.

Av disse grunnene sier Penoyre og Sandford at tilgang til Lagrange-punktet er en stor fordel med romlinjen. Lagrange point base camp er det vi mener er viktigst og mest innflytelsesrik for tidlig bruk av romlinjen (og for menneskelig romutforskning generelt), sier de. En slik baseleir ville tillate konstruksjon og vedlikehold av en ny generasjon rombaserte eksperimenter – man kunne forestille seg teleskoper, partikkelakseleratorer, gravitasjonsbølgedetektorer, vivarium, kraftproduksjon og oppskytningspunkter for oppdrag til resten av solsystemet.

Det er interessant arbeid som inviterer til et fornyet fokus på ideen om en romheis. Billig tilgang til Lagrange-punktet, månen og punkter utover kan bare ha blitt betydelig billigere og mer sannsynlig.

Ref: arxiv.org/abs/1908.09339 : Spaceline: Et praktisk romheisalternativ som kan oppnås med gjeldende teknologi

gjemme seg