مصعد الفضاء

كابل المصعد الفضائي يدور جنبا إلى جنب مع دوران الأرض. الأشياء المثبتة إلى الكابل سوف تكابد قوة جذب مركزية إلى أعلى التي تعارض بعض، أو كل من قوى الجذب إلى الأسفل لتلك النقطة كلما كان الكابل في أعلى نقطة له كلما كانت قوة الجذب المركزية في أقوى درجاتها، وكلما كانت أشد تضادا لقوى الجذب إلى الأسفل.في النهاية تصبح أقوى من الجاذبية فوق المستوى المتزامن مع الأرض. على طول امتداد الكابل، هذا الجذب إلى (الأسفل) الحقيقى مطروحا منه قوة الجذب المركزية إلى (الأعلى) تسمى حقل الجاذبية الواضح أو الظاهر للعيان.

حقل الجاذبية الواضح أو الظاهر يمكن أن يكون ممثلا بهذه الطريقة:

القوة الحقيقية للجاذبية التناقصية بالنسبة للإرتفاع: ${\displaystyle g=-G\cdot M/r^{2}}$

القوة الطاردة المركزية التصاعدية بسبب دوران الكوكب تتزايد مع الارتفاع: ${\displaystyle a=\omega ^{2}\cdot r}$

معا، حقل الجاذبية الواضح للعيان هو حاصل جمع الإثنين:

${\displaystyle g=-G\cdot M/r^{2}+\omega ^{2}\cdot r}$

حيث

g هو تسارع الجاذبية الحقيقية أو الجاذبية السفلى الظاهرة للعيان (سلبى) أو أعلى (إيجابى)على طول الكابل العمودي kj(m s⁻²),

a هو تسارع الطرد المركزي إلى أعلى الكابل العمودي (إيجابي) (m s⁻²),

G هو ثابت الجاذبية(m³ s⁻² kg⁻¹)

M هي كتلة من الأرض (كجم)

r هي المسافة من هذه النقطة إلى مركز الأرض (m),

ω هو سرعة دوران الأرض (راديان / ثانية).

عند نقطة ما على امتداد الكابل، المصطلحين (الجاذبية وقوة الطرد المركزي النزولي التصاعدي) تساوي بعضها البعض؛ كائنات ثابتة على الكابل هناك ليس لديهم أدنى وزن على الكابل. يحدث هذا على مستوى المدار الثابت. هذا المستوى (r₁) يعتمد على كتلة الكوكب ومعدل دورانه. وضع الجاذبية الفعلية وتسارع الطرد المركزي يساوى مع بعضها البعض يعطي:

${\displaystyle r_{1}=(G\cdot M/\omega ^{2})^{1/3}}$

على الأرض، وهذا المستوى هو 35,786 كـم (22,236 ميل)فوق السطح، ومستوى المدار الثابت بالنسبة للأرض.

ينظر إليها من المحطة المتزامنة مع الأرض، أي كائن ينخفض قبالة حبل من نقطة أقرب إلى الأرض سوف يتسارع في البداية نحو الانخفاض. إذا أسقطت من أي نقطة فوق المحطة المتزامن مع الأرض، فإن الكائن يتسارع في البداية ثم يرتفع نحو الفضاء

تاريخيا، فقد اعتبرت المشكلة الفنية الرئيسية هي قدرة الكابل على الصمود، إزاء التوتر، ووزن الكابل نفسه عند أية نقطة معينة. نقطة عمودية عند أعظم توتر على كابل المصعد الفضائي هو على مستوى المدار الثابت بالنسبة للأرض، 35,786 كـم (22,236 ميل) فوق خط الاستواء للأرض. وهذا يعني أن مواد الكابل جنبا إلى جنب مع تصميمها يجب أن تكون قوية بما فيه الكفاية لتصمد وزن كتلته الخاصة من على سطح الأرض إلى ارتفاع يصل إلى 35,786 كم.بجعل أي كابل أكبر في المقطع العرضي على هذا المستوى مقارنة على السطح ما في وسعها لكابل المصعد الفضائي، عاملا مهما في تصميم بالإضافة إلى المواد هو كيف التناقص التدريجي في منطقة المقطع العرضي من أسفل الأقصى في 35786 كم إلى الحد الأدنى على السطح لتحقيق أقصى قدر من القوة الزائدة التي يمكن استخدامها للحصول على كمية معينة من مواد الكابل، ستحتاج منطقة المقطع العرضي للكابل التي يجب أن تصمم بمثل هذه الطريقة في أي لحظة معينة، فإنها تتناسب مع قوة التحمل التي لديها.[5][6]