Space lift

Svako ko misli da je uz pomoć nanotehnologije moguće stvoriti samo nešto submikroskopsko, nevidljivo ljudskom oku, vjerovatno će se iznenaditi projektom koji su nedavno razvili stručnjaci iz NASA-e i koji je privukao toliku pažnju naučnika i opće javnosti. Riječ je o projektu tzv. svemirskog lifta.

Svemirski lift je kabl dug nekoliko desetina hiljada kilometara koji povezuje svemirsku stanicu u orbiti sa platformom koja se nalazi u sredini Tihog okeana.

Ideja o svemirskom liftu stara je više od jednog veka. Prvi je o tome 1895. godine progovorio veliki ruski naučnik Konstantin Ciolkovski, osnivač moderne kosmonautike. On je istakao da princip koji je u osnovi savremene raketne nauke ne dozvoljava da moderne lansirne rakete budu efikasno sredstvo za isporuku tereta u svemir. Postoji nekoliko razloga za to:

Prvo, efikasnost modernih raketa je vrlo niska zbog činjenice da lavovski dio snage motora prvog stupnja ide na rad na savladavanju sile gravitacije.

Drugo, poznato je da značajno povećanje mase goriva nekoliko puta daje samo mali porast brzinerakete. Zato je, na primjer, američki raketni sistem Saturn-Apolo, sa lansirnom masom od 2900 tona, u orbitu izbacio samo 129 tona. Otuda i astronomska cijena svemirskih lansiranja pomoću raketa (cijena lansiranja kilograma tereta u nisku orbitu u prosjeku iznosi oko 10.000 dolara).

I, uprkos uzastopnim pokušajima da se smanje troškovi lansiranja raketa, čini se da su troškovi transporta robe i ljudi u orbitu radikalno smanjeni na cenu standardnog vazdušnog transporta zasnovanog na modernim raketnim tehnologijama.

fundamentalno nemoguće.

Kako bi jeftinije slali teret u svemir, istraživači iz Nacionalne laboratorije Los Alamosa predložili su stvaranje svemirskog lifta. Prema preliminarnim procjenama, cijena lansiranja tereta pomoću lifta mogla bi pasti sa desetina hiljada dolara na 10 dolara po kilogramu. Naučnici vjeruju

da bi svemirski lift mogao doslovno preokrenuti svijet, dajući čovječanstvu potpuno nove mogućnosti.

U suštini, lift će biti kabl koji povezuje orbitalnu stanicu sa platformom na površini Zemlje.Kabine montirane na gusjenicama će se kretati gore-dole duž kabla, noseći satelite i sonde koje treba lansirati u orbitu. Uz pomoć ovog lifta, na samom vrhu će biti moguće izgraditi lansirnu rampu u svemiru za letjelice koje idu na Mjesec, Mars, Veneru i asteroide. Problem snabdijevanja energijom samih "kabina" lifta riješen je na originalan način: kabl će biti pokriven solarnim panelima ili će kabine biti opremljene malim fotonaponskim panelima, koji će biti osvijetljeni snažnim laserima sa Zemlje.

Naučnici predlažu postavljanje zemaljske baze svemirskog lifta u okean, u ekvatorijalnim vodama Tihog okeana, stotinama kilometara od komercijalnih letova. Poznato je da uragani nikada ne prelaze ekvator i da ovdje gotovo da i nema gromova, što će liftu pružiti dodatnu zaštitu.

Svemirski lift je opisan u delima Ciolkovskog, kao i pisca naučne fantastike Artura C. Klarka, a projekat za izgradnju takvog lifta razvio je lenjingradski inženjer Jurij Artsutanov 1960. godine. Dugi niz godina aktivni promotor ideje svemirskog lifta bio je Astrakhan

naučnik G. Polyakov.

Ali do sada niko nije mogao ponuditi materijal tako lagan i jak da bi se mogao koristiti za izradu svemirskog kabla. Do nedavno, najtrajniji materijal bio je čelik. Ali nije moguće napraviti čeličnu sajlu dugu nekoliko hiljada kilometara, jer čak i pojednostavljeni proračuni pokazuju da bi se čelična sajla potrebne čvrstoće srušila pod vlastitom težinom već na visini od 50 km.

Međutim, razvojem nanotehnologije ukazala se prava prilika da se proizvede kabl sa traženim karakteristikama na bazi vlakana od ultra jakih i ultralakih ugljeničnih nanocevi.Do sada niko nije uspeo da napravi čak ni metar dužine. kabl od nanocevi, ali, prema rečima kreatora projekta, tehnologije proizvodnje nanocevi se svakodnevno unapređuju, tako da bi takav kabl mogao biti napravljen za nekoliko godina.

Glavni element lifta je sajla, čiji je jedan kraj pričvršćen za površinu Zemlje, a drugi se gubi u svemiru na visini od oko 100 hiljada km. Ovaj kabel neće samo "visjeti" u svemiru, već će biti rastegnut kao struna, zahvaljujući utjecaju dvije višesmjerne sile: središnje

bežeći i centripetalni.

Da biste razumjeli njihovu prirodu, zamislite da ste neki predmet vezali za uže i počeli da ga odmotavate. Čim postigne određenu brzinu, uže će se zategnuti, jer na predmet djeluje centrifugalna sila, a na sam uže, koji ga vuče. Nešto slično će se dogoditi sa kablom podignutim u svemir. Bilo koji predmet na svom gornjem kraju, pa čak i sam slobodni kraj, rotirati će se, poput umjetnog satelita naše planete, samo "vezan" posebnim "konopom" za površinu zemlje.

Ravnoteža sila će nastati kada se centar mase džinovskog užeta nađe na visini od 36 hiljada kilometara, odnosno u takozvanoj geostacionarnoj orbiti. Tamo vještački sateliti nepomično vise iznad Zemlje, praveći punu revoluciju sa njom za 24 sata. U tom slučaju, ne samo da će biti zategnuta, već će moći i stalno da zauzima strogo definisanu poziciju - okomito na horizont Zemlje, tačno prema centru naše planete.

Slika 24. Svemirski lift kako ga je zamislio umjetnik Pat Rawlings*

Preštampano sa http://flightprojects.msfc.nasa.gov

Za početak izgradnje svemirskog lifta biće potrebno izvršiti nekoliko letova spejs šatla. Oni i posebna platforma sa sopstvenim autonomnim motorom će isporučiti 20 tona kabla u geostacionarnu orbitu. Zatim bi trebalo da se jedan kraj kabla spusti na Zemlju i osigura negdje u ekvatorijalnoj zoni Tihog okeana na platformi sličnoj sadašnjoj lansirnoj rampi za lansiranje raketa.

Zatim planiraju postaviti specijalne liftove duž kabla, koji će kabalu dodavati sve više slojeva premaza od nanocijevi, povećavajući njegovu čvrstoću. Ovaj proces bi trebao potrajati nekoliko godina i prvi svemirski lift će biti spreman.

Neobične koincidencije: 1979. pisac naučne fantastike Arthur C. Clarke u svom romanu "Rajske fontane" iznio je ideju o "svemirskom liftu" i predložio zamjenu čelika nekim ultra jakim "pseudo-jedan". -dimenzionalni dijamantski kristal”, koji je postao glavni građevinski materijal za ovaj uređaj. Najzanimljivije je da je Clark skoro pogodio. Trenutna faza interesovanja za projekat izgradnje svemirskog lifta povezana je upravo sa ugljičnim kristalima - nanocijevima, koje imaju izuzetna svojstva, sa kojima smo se već upoznali.

I ono što je apsolutno iznenađujuće: fizičar, jedan od učesnika u razvoju svemirskog lifta, zove se Ron Morgan. Morgan je bilo i ime lika u romanu Arthura C. Clarkea, inženjera koji je izgradio svemirski lift!

Ideja svemirskog lifta pominje se u naučnofantastičnim djelima britanskog pisca Arthur Charles Clarkea još 1979. godine. U svojim romanima je napisao da je potpuno siguran da će jednog dana takav lift biti izgrađen.

Ali prva osoba koja je došla na tako čudnu ideju bio je ruski inženjer i osnivač ruske kosmonautike Konstantin Eduardovič Ciolkovski. Inspirisan izgradnjom Ajfelovog tornja, predložio je izgradnju još višeg tornja visine nekoliko hiljada kilometara. Ciolkovsky je predložio naseljavanje svemira pomoću orbitalnih stanica, iznio je ideje svemirskog lifta i lebdjelice.

Svemirski lift zvuči fantastično. Ali ljudi u 19. veku takođe ne bi mogli da poveruju u pojavu takvih tehničkih dostignuća kao što su avion ili svemirski brod. Obayashi Construction Corporation u Japanu već razvija tehničku dokumentaciju za pripremu izgradnje svemirskog lifta. Vrijednost projekta je 12 milijardi dolara. Izgradnja objekta biće završena 2050. godine.

Potencijalne prednosti korištenja svemirskih dizala su prilično visoke. Stvar je u tome što je savladavanje gravitacije uz pomoć mlaznog pogona nepraktično. Na primjer, lansiranje šatla samo jednom zahtijeva trošenje 500 miliona dolara, zbog čega lansiranje tradicionalnih lansirnih vozila više nije ekonomski isplativo.

Prostorsko dizalo se sastoji od tri glavna dijela: osnove, sajle i protuteže.

Masivna platforma u okeanu, koja predstavlja osnovu lifta, drži jedan kraj kabla od karbonskih vlakana, na čijem kraju će se nalaziti protivteža - teški objekat koji će delovati kao satelit, rotirajući iza naše planete i drži u orbiti centrifugalnom silom. Upravo duž ovog kabla, ispruženog u nebo do visine do sto hiljada kilometara, teret će se uzdići u svemir.

Isporuka kilograma tereta u svemir pomoću rakete košta i do 15 hiljada dolara. Japanci su izračunali da će za isporuku tereta iste težine u orbitu potrošiti... 100 dolara

Svemirski lift je pažljivo osmišljena ideja. Na primjer, izračunato je da kabel ne može biti od čelika. Jednostavno će se potrgati pod svojom težinom. Materijal mora biti 90 puta jači i 10 puta lakši od čelika.

Inženjeri su namjeravali koristiti ugljične nanocijevi kao kablove, ali se pokazalo da je nemoguće isplesti dugačke kablove od takvog materijala.

Nedavno se pojavio izum koji bi konačno mogao pretvoriti fantaziju o svemirskom liftu u stvarnost. Tim istraživača predvođen Johnom Buddingom sa Univerziteta u Pensilvaniji kreirao je ultratanke nanonitove od mikroskopskih dijamanata koji su znatno jači od nanocijevi i polimernih vlakana.

Tokyo Sky Tree je televizijski toranj u oblasti Sumida, najviši televizijski toranj na svijetu.

Šef istraživačkog odjela kompanije Obayashi Yoji Ishikawa vjeruje da znanje Univerziteta u Pensilvaniji zaista može približiti čovječanstvo svemiru. Kaže da novi materijal, naravno, mora proći niz ispitivanja čvrstoće, ali čini se da je to upravo ono za čim on i njegove kolege toliko dugo traže.

Obayashi je već izgradio brze liftove za televizijski toranj visok oko 635 metara

NASA je također usko uključena u tajni razvoj svemirskog lifta. U budućnosti će biti moguće isporučiti dijelove džinovskih međuplanetarnih svemirskih letjelica u orbitu i sastaviti ih u svemiru. Takav projekat se može realizovati samo uz pomoć svemirskog lifta.

Ali najvažnije je da će država koja prva napravi svemirski lift monopolizirati sferu transporta svemirskog tereta dugi niz stoljeća.

Ilustracija za naučnofantastični roman Kim Stanley Robinson "Zeleni Mars" koji prikazuje
svemirski lift instaliran na Marsu.

Iako je izgradnja svemirskog lifta već u našim inženjerskim mogućnostima, strasti oko ove građevine su, nažalost, nedavno splasnule. Razlog je taj što naučnici još nisu uspjeli nabaviti tehnologiju za proizvodnju ugljičnih nanocijevi potrebne čvrstoće u industrijskoj skali.

Ideju o lansiranju tereta u orbitu bez raketa predložila je ista osoba koja je osnovala teorijsku kosmonautiku - Konstantin Eduardovič Ciolkovski. Inspirisan Ajfelovom kulom koju je video u Parizu, opisao je svoju viziju svemirskog lifta u obliku tornja ogromne visine. Njegov vrh bi samo bio u geocentričnoj orbiti.

Toranj lifta je baziran na jakim materijalima koji sprečavaju kompresiju - ali moderne ideje za svemirske liftove i dalje razmatraju verziju sa kablovima koji moraju biti vlačne čvrstoće. Ovu ideju je prvi put predložio 1959. drugi ruski naučnik, Jurij Nikolajevič Artsutanov. Prvi naučni rad sa detaljnim proračunima o svemirskom liftu u obliku kabla objavljen je 1975. godine, a 1979. godine Arthur C. Clarke ga je popularizovao u svom delu „Rajske fontane“.

Iako su nanocijevi trenutno prepoznate kao najjači materijal, i jedini prikladni za izgradnju lifta u obliku kabla koji se proteže od geostacionarnog satelita, snaga nanocijevi dobijena u laboratoriju još nije dovoljna da se postigne izračunata čvrstoća.

Teoretski, čvrstoća nanocevi bi trebalo da bude veća od 120 GPa, ali u praksi najveće elongacija jednozidne nanocevi je bila 52 GPa, a u proseku su pucale u rasponu od 30-50 GPa. Svemirsko dizalo zahtijeva materijale jačine od 65-120 GPa.

Krajem prošle godine, najveći američki festival dokumentarnog filma, DocNYC, prikazao je film Sky Line, koji opisuje pokušaje američkih inženjera da izgrade svemirski lift - uključujući i učesnike NASA X-Prize takmičenja.

Glavni likovi filma su Bradley Edwards i Michael Lane. Edwards je astrofizičar koji radi na ideji svemirskog lifta od 1998. Lane je poduzetnik i osnivač LiftPort-a, kompanije koja promovira komercijalnu upotrebu ugljičnih nanocijevi.

Krajem 90-ih i ranih 2000-ih Edwards je, nakon što je dobio grantove od NASA-e, intenzivno razvijao ideju ​​svemirskog lifta, izračunavajući i procjenjujući sve aspekte projekta. Svi njegovi proračuni pokazuju da je ova ideja izvodljiva - ako se pojavi samo vlakno dovoljno čvrsto za kabl.

Edwards se nakratko udružio sa LiftPort-om kako bi potražio sredstva za projekat lifta, ali zbog internih neslaganja, projekat nikada nije ostvaren. LiftPort je zatvoren 2007. godine, iako je godinu dana ranije uspješno demonstrirao robota koji se penje po milju dugačkom okomitom kablu okačenom na balone kao dio dokaza koncepta za neke od svojih tehnologija.

Taj privatni prostor, koncentrisan na rakete za višekratnu upotrebu, mogao bi u doglednoj budućnosti u potpunosti zamijeniti razvoj svemirskih liftova. Prema njegovim riječima, svemirski lift je atraktivan samo zato što nudi jeftinije načine isporuke tereta u orbitu, a rakete za višekratnu upotrebu razvijaju se upravo kako bi se smanjila cijena te isporuke.

Edwards za stagnaciju ideje okrivljuje nedostatak stvarne podrške projektu. „Ovako izgledaju projekti koje stotine ljudi raštrkanih širom svijeta razvijaju kao hobi. Neće biti nikakvog ozbiljnog napretka dok ne bude stvarne podrške i centralizovane kontrole."

Situacija s razvojem ideje svemirskog lifta u Japanu je drugačija. Zemlja je poznata po razvoju u oblasti robotike, a japanski fizičar Sumio Iijima smatra se pionirom u oblasti nanocevi. Ideja svemirskog lifta je ovdje gotovo nacionalna.

Japanska kompanija Obayashi obećava da će isporučiti lift za radni prostor do 2050. godine. Izvršni direktor kompanije Yoji Ishikawa kaže da rade s privatnim izvođačima i lokalnim univerzitetima na poboljšanju postojeće tehnologije nanocijevi.

Ishikawa kaže da iako kompanija razumije složenost projekta, ne vide nikakve suštinske prepreke za njegovu implementaciju. On također smatra da je popularnost ideje svemirskog lifta u Japanu uzrokovana potrebom da postoji neka vrsta nacionalne ideje koja ujedinjuje ljude u kontekstu teške ekonomske situacije u posljednjih nekoliko decenija.

Ishikawa je uvjeren da iako se ideja ove veličine najvjerovatnije može ostvariti samo kroz međunarodnu saradnju, Japan bi mogao postati njena pokretačka snaga zbog velike popularnosti svemirskog lifta u zemlji.

U međuvremenu, kanadska svemirska i odbrambena kompanija Thoth Technology US br. 9085897 za njihovu varijantu svemirskog lifta. Preciznije, koncept uključuje konstrukciju tornja koji zadržava svoju krutost zahvaljujući komprimovanom gasu.

Toranj bi trebao dopremati teret na visinu od 20 km, odakle će biti lansirani u orbitu pomoću konvencionalnih raketa. Ova međuopcija će, prema proračunima kompanije, uštedjeti do 30% goriva u odnosu na raketu.

Upravo sam pregledavao naučne probleme za koje nude velike nagrade i naišao na ovaj čudan - razvlačenje kabla u svemir.

Po prvi put, hipotetičku ideju o izgradnji takve strukture, koja bi se zasnivala na korišćenju kabla protegnutog od površine planete do orbitalne stanice, izneo je još 1895. godine Konstantin Ciolkovski. Od tada, uprkos svim dostignućima nauke i tehnologije, projekat je ostao samo u fazi ideje.

Koliki je nagradni fond za ovaj projekat?

Od 2005. godine godišnje takmičenje Space Elevator Games održava se u Sjedinjenim Državama, u organizaciji Spaceward Foundation uz podršku NASA-e. U ovim takmičenjima postoje dvije kategorije: “najbolja sajla” i “najbolji robot (lift)”.

Odnosno, da biste dobili bonus, ne morate izgraditi potpuno radni prostorni lift. Dovoljno je razviti ideju za odgovarajući kabl ili odgovarajući lift i napraviti prototipove istih. U 2009. ukupan nagradni fond Space Elevator Games bio je 4.000.000 dolara.

Zašto postoji toliki interes za ovu metodu uspona u svemir? Možete li razmišljati o nečem jeftinom? Ali održavanje tako složene infrastrukture, podizanje kabla, uklanjanje litice - može biti skuplje od lansiranja rakete. Koliko se mase može podići pomoću takvog kabla? Mislim da to nije puno, a treba uzeti u obzir i troškove energije.

Ovo su ideje koje sada lutaju u glavama istraživača i dizajnera o LIFTU U SVEMIR.

Liftovi koji mogu prevoziti ljude i teret sa površine planete u svemir mogli bi značiti kraj raketama koje zagađuju svemir. Ali izrada takvog lifta je izuzetno teška. Koncept svemirskih liftova bio je poznat odavno i uveo ga je Konstantin Eduardovič Ciolkovski, ali od tada se nismo ni za jotu približili praktičnoj implementaciji takvog mehanizma. Elon Musk je nedavno tvitovao: "I molim vas, nemojte mi postavljati pitanja o svemirskim liftovima dok ne uzgajamo materijal od ugljičnih nanocijevi dužine najmanje metar."

Elona Muska mnogi smatraju vizionarom našeg vremena - pionirom istraživanja privatnog svemira i čovjekom koji stoji iza ideje o Hyperloop transportnom sistemu, sposobnom da transportuje ljude iz Los Angelesa u San Francisco kroz metalnu cijev za samo 35 minuta. Ali postoje neke ideje koje čak i on smatra previše nategnutim. Uključujući svemirski lift.

“Nevjerovatno je teško. Ne mislim da je izgradnja svemirskog lifta realna ideja”, rekao je Musk na konferenciji na MIT-u prošlog oktobra, dodajući da bi bilo lakše izgraditi most od Los Angelesa do Tokija nego lift koji bi mogao prenositi materijale u svemir.

Slanje ljudi i tereta u svemir u kapsulama koje se vuku duž ogromnog kabla koji se drži na mjestu zbog Zemljine rotacije bilo je prikazano u djelima pisaca naučne fantastike poput Arthura C. Clarkea, ali je malo vjerovatno da će biti praktično u stvarnom svijetu. Ispada da se varamo, a naše sposobnosti nisu dovoljne da riješimo ovaj složeni tehnički problem?

Zagovornici svemirskih liftova smatraju da je to dovoljno. Oni vide hemijske rakete kao zastarele, rizične, štetne po životnu sredinu i kao finansijski odliv. Njihova alternativa je u suštini željeznička linija do svemira: svemirska letjelica na električni pogon koja se kreće od sidra na Zemlji na teškom privezu povezanom s protutegom u geostacionarnoj orbiti oko planete. Kada postanu operativni, svemirski liftovi bi mogli da isporuče teret u svemir za samo 500 dolara po kilogramu, u poređenju sa 20.000 dolara po kilogramu po sadašnjim cenama.

„Ova fenomenalno moćna tehnologija mogla bi otvoriti solarni sistem čovječanstvu“, kaže Peter Swan, predsjednik Međunarodnog konzorcijuma svemirskih liftova. “Mislim da će prvi liftovi biti robotizirani, a za 10-15 godina napravićemo šest do osam liftova koji će biti dovoljno sigurni da mogu prevoziti ljude.”

Nažalost, takva struktura ne samo da bi trebala biti duga 100.000 kilometara – više od dvostrukog obima Zemlje – već bi također morala izdržati svoju težinu. Za sada na Zemlji ne postoji materijal s takvim svojstvima.

Ali neki naučnici vjeruju da se to može učiniti - i da će postati stvarnost u ovom vijeku. Velika japanska građevinska kompanija obećao da će ga stvoriti do 2050 godine. Američki istraživači, koji su nedavno razvili materijal sličan dijamantu napravljen od nanovlakna, također vjeruju da će se kabel za svemirsko dizalo pojaviti prije kraja stoljeća.

Dizajn tako nevjerovatne strukture zasnivat će se na specijalnom kablu napravljenom od tankih i ultra jakih karbonskih nanocijevi. Ovaj kabl će imati dužinu od 96 hiljada kilometara.

Prema zakonima fizike, centrifugalna sila rotacije spriječit će takav kabel da padne, rastežući ga cijelom dužinom. Ako uspe, lift će moći da se kreće brzinom od 200 km/h, podižući do 30 ljudi u kabini. Na visini od 36 hiljada kilometara, do koje će lift stići za nedelju dana, planirano je zaustavljanje. Lift će podići turiste na ovu visinu, a istraživači i stručnjaci moći će da se popnu na sam vrh.

Moderne ideje za svemirsko dizalo datiraju iz 1895. godine, kada je Konstantin Ciolkovsky bio inspiriran novoizgrađenim Ajfelovim tornjem u Parizu i izračunao fiziku izgradnje zgrade koja se proteže u svemir kako bi se svemirske letjelice mogle lansirati iz orbite bez raketa. U romanu Arthura C. Clarkea iz 1979. The Fountains of Heaven, protagonista gradi svemirsko dizalo sličnog dizajna onom koji se danas predstavlja.

Ali kako to pretvoriti u stvarnost? „Sviđa mi se nečuvenost ove ideje“, kaže Kevin Fong, osnivač Centra za nadmorsku visinu, svemir i ekstremnu medicinu na Univerzitetskom koledžu u Londonu. „Razumem zašto se ljudima sviđa ova ideja, jer ako biste mogli jeftino i sigurno doći do niske orbite Zemlje, vrlo brzo bi vam unutrašnji solarni sistem bio na raspolaganju.

Sigurnosna pitanja

Kamen spoticanja leži u tome kako izgraditi takav sistem. „Za početak, mora biti kreiran od materijala koji još ne postoji, ali je jak i fleksibilan sa odgovarajućom masom i karakteristikama gustine kako bi podržao transport i izdržao nevjerovatne vanjske sile“, kaže Fong. “Mislim da će sve ovo zahtijevati niz najambicioznijih orbitalnih misija i svemirskih šetnji u niskoj i visokoj Zemljinoj orbiti u povijesti naše vrste.”

Tu su i sigurnosni problemi, dodaje on. “Čak i kada bismo mogli riješiti značajne tehničke poteškoće povezane s izgradnjom takve stvari, slika koja se pojavljuje je zastrašujuća slika divovskog sira s rupama napravljenim od svog tog svemirskog otpada i krhotina na vrhu.”

U proteklih 12 godina dostavljena su tri detaljna projekta. Prvi, koji su objavili Brad Edwards i Eric Westling u knjizi Space Elevators iz 2003., predviđao je nošenje tereta od 20 tona pokretanog laserima na Zemlji po cijeni od 150 dolara po kilogramu i ukupnoj cijeni izgradnje od 6 milijardi dolara.

Uzimajući ovaj koncept kao osnovu, dizajn Međunarodnog udruženja astronauta iz 2013. godine već je testirao kabinu prvih 40 kilometara, a zatim je opremio solarnim panelima. Prevoz po ovom planu košta 500 dolara po kilogramu, a izgradnja cele konstrukcije za prvi projekat košta 13 milijardi dolara (onda je uvek jeftinije).

Ovi prijedlozi uključuju protutežu u obliku uhvaćenog asteroida u Zemljinoj orbiti. Izvještaj IAA ukazuje da bi ova stavka jednog dana mogla postati moguća, ali ne u bliskoj budućnosti.

plutajuće sidro

Umjesto toga, dio od 1.900 tona koji bi podržavao privez od 6.300 tona mogao bi se sastaviti iz svemirske letjelice i vozila koja su nosila privez u svemir. Također će biti dopunjena uhvaćenim satelitima koji su prestali da funkcionišu i koji su ostali da vise u orbiti kao svemirski otpad.

Također su predložili da se sidro na Zemlji zamisli kao plutajuća platforma veličine velikog tankera ili nosača aviona u blizini ekvatora, jer bi to povećalo njenu nosivost. Preferirana lokacija je tačka 1.000 kilometara zapadno od ostrva Galapagos: uragani, tajfuni i tornada se tamo smatraju retkim.

Obayashi Corp., jedna od pet velikih japanskih građevinskih kompanija, prošle je godine predstavila planove za još robusniji svemirski lift koji će nositi robotska vozila pokretana magnetnim motorima poput onih koji se koriste na brzim željeznicama. Mogli su prevoziti ljude sa potrebnom snagom kabla. Ovaj dizajn bi koštao oko 100 milijardi dolara, ali bi transport koštao 50-100 dolara po kilogramu.

Iako svakako ima mnogo prepreka, jedina komponenta bez koje bi izgradnja svemirskog lifta danas bila nemoguća je sam kabl, kaže Swan.

„Pronalaženje materijala od kojeg će se napraviti kabl je veliki tehnološki problem“, kaže on. - Sve ostalo su gluposti. Sve ovo već možemo.”

Dijamantske žice

Vodeći kandidat je kabel napravljen od ugljičnih nanocijevi koje su stvorene u laboratoriju da imaju vlačnu čvrstoću od 63 gigapaskala — 13 puta jače od najboljeg čelika.

Maksimalna dužina ugljeničnih nanocevi se stalno povećava od njihovog otkrića 1991. Kineski naučnici su 2013. godine već dostigli pola metra dužine. Autori izveštaja IAA predviđaju da će dužina kabla od ugljeničnih nanocevi biti kilometar do 2022. godine, a do 2030. - neophodna za proizvodnju svemirskog lifta.

U međuvremenu, u septembru je predstavljen novi kandidat za svemirski privez. Tim predvođen Johnom Buddingom, profesorom hemije na Državnom univerzitetu Pensilvanije, objavio je rad u časopisu Nature u kojem kažu da su stvorili ultra-tanka dijamantska nanovlakna koja mogu biti jača i čvršća od karbonskih nanocijevi.

Tim je počeo kompresijom benzena na 200.000 atmosfera atmosferskog pritiska. Kada je tada pritisak polako otpušten, atomi su se ponovo sastavili u novu, visoko uređenu strukturu, poput tetraedra.

Ovi oblici su povezani zajedno kako bi formirali ultra-tanka nanovlakna izuzetno slična strukturi dijamantu. Iako još nije moguće izmjeriti njihovu snagu direktno zbog njihove veličine, teorijski proračuni su pokazali da vlakna mogu biti jača i čvršća od najjačih sintetičkih materijala koji su danas dostupni.

Smanjenje rizika

„Ako bismo mogli da naučimo da pravimo materijale na bazi dijamantskih nanovlakna ili ugljeničnih nanocevi dovoljno dugih i kvalitetnih, nauka sugeriše da bismo mogli odmah da počnemo da gradimo svemirsko dizalo“, kaže Buding.

Ali čak i ako se jedan od ovih materijala pokaže dovoljno jakim, montaža i ugradnja pojedinih elemenata svemirskog lifta ostaje vrlo problematičan poduhvat. Ostale glavobolje će uključivati ​​sigurnost, prikupljanje sredstava, zadovoljavanje suprotstavljenih interesa, itd. Barem Swan nije zabrinut zbog toga.

"Naravno da će biti ozbiljnih problema, baš kao i oni koji su izgradili prvu transkontinentalnu prugu i Panamski i Suecki kanal", kaže on. “Biće potrebno puno vremena i novca, ali kao i u svim velikim preduzećima, prepreke morate savladati samo jednom.”

Čak se i Musk ne može natjerati da diskredituje ovu ideju. “Ovo očigledno nije nešto o čemu sada možemo razgovarati”, rekao je. “Ali ako bi me neko mogao uvjeriti u suprotno, to bi bilo sjajno.”

A neki naučnici iznose sljedećih pet razloga zašto takav lift nikada neće biti izgrađen:

1. Ne postoji materijal dovoljno jak za kabl

Opterećenje kabla može premašiti 100.000 kg/m, tako da materijal za njegovu izradu mora imati izuzetno visoku čvrstoću da odoli istezanju, a istovremeno i vrlo malu gustoću. Iako takvog materijala nema, čak ni ugljične nanocijevi, koje se danas smatraju najjačim i najelastičnijim materijalima na planeti, nisu prikladne.

Nažalost, tehnologija za njihovu proizvodnju tek počinje da se razvija. Do sada je bilo moguće dobiti sićušne komade materijala: najduža stvorena nanocijev duga je nekoliko centimetara i široka nekoliko nanometara. Da li će od ovoga ikada biti moguće napraviti dovoljno dugačak kabl, još uvek nije poznato.

2. Podložnost opasnim vibracijama

Kabel će biti podložan nepredvidivim naletima sunčevog vjetra - pod njegovim utjecajem će se saviti, a to će negativno utjecati na stabilnost lifta. Mikromotori se mogu pričvrstiti na kabl kao stabilizatori, ali će ova mjera stvoriti dodatne poteškoće u pogledu održavanja konstrukcije. Osim toga, to će otežati kretanje po kablu specijalnim kabinama, takozvanim "penjačima". Kabl će najvjerovatnije doći u rezonanciju s njima.

3. Coriolisova sila

Kabel i „penjalice“ su nepomični u odnosu na površinu Zemlje. Ali u odnosu na centar Zemlje, objekat će se kretati brzinom od 1.700 km/h na površini i 10.000 km/h u orbiti. Shodno tome, "penjačima" se mora dati ova brzina prilikom lansiranja. “Penjačica” ubrzava u smjeru okomitom na sajlu i zbog toga će se sajla ljuljati poput klatna. Istovremeno se javlja sila koja pokušava da otkine naš kabl od Zemlje. Sila je obrnuto proporcionalna otklonu sajle i direktno proporcionalna brzini podizanja tereta i njegovoj masi. Dakle, Coriolisova sila sprečava brzo podizanje tereta u geostacionarnu orbitu.
Možete se boriti protiv Coriolisove sile jednostavnim lansiranjem dva "penjača" u isto vrijeme - sa Zemlje i iz orbite, ali tada će sila između dva opterećenja još više rastegnuti kabel. Druga opcija je bolno spor uspon na gusjeničnoj stazi.

4. Sateliti i svemirski otpad

U proteklih 50 godina čovječanstvo je lansiralo mnogo objekata u svemir – korisnih i ne toliko korisnih. Ili će graditelji liftova sve to morati pronaći i ukloniti (što je nemoguće s obzirom na broj korisnih satelita ili orbitalnih teleskopa), ili će obezbijediti sistem koji štiti objekt od sudara. Kabl je teoretski nepomičan, tako da će se svako tijelo koje se okreće oko Zemlje prije ili kasnije sudariti s njim. Osim toga, brzina sudara će biti skoro jednaka brzini rotacije ovog tijela, tako da će biti nanesena velika šteta na sajlu. Kabelom se ne može manevrisati, a dugačak je, pa će sudari biti česti.
Kako se nositi s tim još nije jasno. Naučnici govore o izgradnji orbitalnog svemirskog lasera za spaljivanje smeća, ali to je potpuno van domena naučne fantastike.

5. Socijalni i ekološki rizici

Svemirski lift bi mogao postati meta terorističkog napada. Uspješna operacija rušenja će uzrokovati ogromnu štetu, a može čak i zatrpati cijeli projekt, tako da ćete u isto vrijeme kada i lift morati izgraditi 24-satna obrana oko njega.

Ekolozi vjeruju da kabel, paradoksalno, može pomjeriti Zemljinu osu. Kabl će biti čvrsto fiksiran u orbiti, a svako njegovo kretanje na vrhu će se reflektovati na Zemlju. Usput, možete li zamisliti šta će se dogoditi ako se iznenada pokvari?

Stoga je vrlo teško implementirati takav projekat na Zemlji. Sada dobre vijesti: funkcionirat će na Mjesecu. Gravitaciona sila na satelitu je mnogo manja, i praktično nema atmosfere. U gravitacionom polju Zemlje može se napraviti sidro, a kabl sa Meseca će proći kroz Lagrangeovu tačku - tako dobijamo komunikacioni kanal između planete i njenog prirodnog satelita. Pod povoljnim uslovima, takav kabl će moći da transportuje oko 1000 tona tereta dnevno u zemaljsku orbitu. Materijal, naravno, mora da bude super-jak, ali nećete morati da izmišljate ništa suštinski novo. Istina, dužina "mjesečevog" lifta morat će biti oko 190.000 km zbog efekta zvanog Gomanova putanja.

izvori

Iako je izgradnja svemirskog lifta već u našim inženjerskim mogućnostima, strasti oko ove građevine su, nažalost, nedavno splasnule. Razlog je taj što naučnici još nisu uspjeli nabaviti tehnologiju za proizvodnju ugljičnih nanocijevi potrebne čvrstoće u industrijskoj skali.

Ideju o lansiranju tereta u orbitu bez raketa predložila je ista osoba koja je osnovala teorijsku kosmonautiku - Konstantin Eduardovič Ciolkovski. Inspirisan Ajfelovom kulom koju je video u Parizu, opisao je svoju viziju svemirskog lifta u obliku tornja ogromne visine. Njegov vrh bi samo bio u geocentričnoj orbiti.

Toranj lifta je baziran na jakim materijalima koji sprečavaju kompresiju - ali moderne ideje za svemirske liftove i dalje razmatraju verziju sa kablovima koji moraju biti vlačne čvrstoće. Ovu ideju je prvi put predložio 1959. drugi ruski naučnik, Jurij Nikolajevič Artsutanov. Prvi naučni rad sa detaljnim proračunima o svemirskom liftu u obliku kabla objavljen je 1975. godine, a 1979. godine Arthur C. Clarke ga je popularizovao u svom delu „Rajske fontane“.

Iako su nanocijevi trenutno prepoznate kao najjači materijal, i jedini prikladni za izgradnju lifta u obliku kabla koji se proteže od geostacionarnog satelita, snaga nanocijevi dobijena u laboratoriju još nije dovoljna da se postigne izračunata čvrstoća.

Teoretski, čvrstoća nanocevi bi trebalo da bude veća od 120 GPa, ali u praksi najveće elongacija jednozidne nanocevi je bila 52 GPa, a u proseku su pucale u rasponu od 30-50 GPa. Svemirsko dizalo zahtijeva materijale jačine od 65-120 GPa.

Krajem prošle godine, najveći američki festival dokumentarnog filma, DocNYC, prikazao je film Sky Line, koji opisuje pokušaje američkih inženjera da izgrade svemirski lift - uključujući i učesnike NASA X-Prize takmičenja.

Glavni likovi filma su Bradley Edwards i Michael Lane. Edwards je astrofizičar koji radi na ideji svemirskog lifta od 1998. Lane je poduzetnik i osnivač LiftPort-a, kompanije koja promovira komercijalnu upotrebu ugljičnih nanocijevi.

Krajem 90-ih i ranih 2000-ih Edwards je, nakon što je dobio grantove od NASA-e, intenzivno razvijao ideju ​​svemirskog lifta, izračunavajući i procjenjujući sve aspekte projekta. Svi njegovi proračuni pokazuju da je ova ideja izvodljiva - ako se pojavi samo vlakno dovoljno čvrsto za kabl.

Edwards se nakratko udružio sa LiftPort-om kako bi potražio sredstva za projekat lifta, ali zbog internih neslaganja, projekat nikada nije ostvaren. LiftPort je zatvoren 2007. godine, iako je godinu dana ranije uspješno demonstrirao robota koji se penje po milju dugačkom okomitom kablu okačenom na balone kao dio dokaza koncepta za neke od svojih tehnologija.

Taj privatni prostor, koncentrisan na rakete za višekratnu upotrebu, mogao bi u doglednoj budućnosti u potpunosti zamijeniti razvoj svemirskih liftova. Prema njegovim riječima, svemirski lift je atraktivan samo zato što nudi jeftinije načine isporuke tereta u orbitu, a rakete za višekratnu upotrebu razvijaju se upravo kako bi se smanjila cijena te isporuke.

Edwards za stagnaciju ideje okrivljuje nedostatak stvarne podrške projektu. „Ovako izgledaju projekti koje stotine ljudi raštrkanih širom svijeta razvijaju kao hobi. Neće biti nikakvog ozbiljnog napretka dok ne bude stvarne podrške i centralizovane kontrole."

Situacija s razvojem ideje svemirskog lifta u Japanu je drugačija. Zemlja je poznata po razvoju u oblasti robotike, a japanski fizičar Sumio Iijima smatra se pionirom u oblasti nanocevi. Ideja svemirskog lifta je ovdje gotovo nacionalna.

Japanska kompanija Obayashi obećava da će isporučiti lift za radni prostor do 2050. godine. Izvršni direktor kompanije Yoji Ishikawa kaže da rade s privatnim izvođačima i lokalnim univerzitetima na poboljšanju postojeće tehnologije nanocijevi.

Ishikawa kaže da iako kompanija razumije složenost projekta, ne vide nikakve suštinske prepreke za njegovu implementaciju. On također smatra da je popularnost ideje svemirskog lifta u Japanu uzrokovana potrebom da postoji neka vrsta nacionalne ideje koja ujedinjuje ljude u kontekstu teške ekonomske situacije u posljednjih nekoliko decenija.

Ishikawa je uvjeren da iako se ideja ove veličine najvjerovatnije može ostvariti samo kroz međunarodnu saradnju, Japan bi mogao postati njena pokretačka snaga zbog velike popularnosti svemirskog lifta u zemlji.

U međuvremenu, kanadska svemirska i odbrambena kompanija Thoth Technology dobila je prošlog ljeta američki patent br. 9,085,897 za njihovu verziju svemirskog lifta. Preciznije, koncept uključuje konstrukciju tornja koji zadržava svoju krutost zahvaljujući komprimovanom gasu.

Toranj bi trebao dopremati teret na visinu od 20 km, odakle će biti lansirani u orbitu pomoću konvencionalnih raketa. Ova međuopcija će, prema proračunima kompanije, uštedjeti do 30% goriva u odnosu na raketu.