Svemirski lift nova tehnologija starog izuma. Svemirski lift: fantazija ili stvarnost? Dizalo u orbitu: znanstvena fantastika ili pitanje vremena

Ideja o astro-inženjerskoj strukturi za lansiranje tereta u planetarnu orbitu ili čak izvan nje. Po prvi put je takvu ideju izrazio Konstantin Ciolkovski 1895. godine, a ideja je detaljno razvijena u djelima Jurija Artsutanova. Hipotetski dizajn temelji se na korištenju kabela rastegnutog od površine planeta do orbitalne stanice smještene u GEO. Vjerojatno bi ova metoda u budućnosti mogla biti nekoliko reda veličine jeftinija od korištenja lansirnih vozila.
Kabel se jednim krajem drži na površini planeta (Zemlje), a drugim na stacionarnoj točki iznad planeta iznad geostacionarne orbite (GSO) zbog centrifugalne sile. Dizalo koje nosi korisni teret diže se duž sajle. Prilikom izdizanja, teret će se ubrzati zbog rotacije Zemlje, što će omogućiti da bude poslan izvan Zemljine gravitacije na dovoljno velikoj visini.
Kabel zahtijeva izuzetno visoku vlačnu čvrstoću u kombinaciji s niskom gustoćom. Prema teoretskim izračunima, ugljikove nanocijevi se čine prikladnim materijalom. Ako pretpostavimo njihovu prikladnost za izradu kabela, tada je stvaranje svemirskog dizala rješiv inženjerski problem, iako zahtijeva korištenje naprednih razvoja i visoke troškove druge vrste. Izrada dizala procjenjuje se na 7-12 milijardi dolara. NASA već financira srodne razvoje u Američkom institutu za znanstvena istraživanja, uključujući razvoj dizala koje se može samostalno kretati po sajli.
Sadržaj [ukloni]
1 Dizajn
1.1 Temelj
1.2 Kabel
1.2.1 Podebljavanje kabela
1.3 Dizanje
1.4 Protuuteg
1.5 Kutni moment, brzina i nagib
1.6 Lansiranje u svemir
2 Izgradnja
3 Ekonomičnost svemirskog dizala
4 Postignuća
5 Književnost
6 Svemirski lift u raznim radovima
7 Vidi također
8 Bilješke
9 Veze
9.1 Organizacije
9.2 Razno
Oblikovati

Postoji nekoliko opcija dizajna. Gotovo svi uključuju bazu (bazu), kabel (kabel), dizala i protuuteg.
Baza
Baza svemirskog dizala je mjesto na površini planeta gdje se pričvršćuje sajla i počinje podizanje tereta. Može biti mobilna, postavljena na oceansko plovilo.
Prednost pomične baze je mogućnost izvođenja manevara za izbjegavanje uragana i oluja. Prednosti stacionarne baze su jeftiniji i pristupačniji izvori energije, te mogućnost smanjenja duljine kabela. Razlika od nekoliko kilometara kabela je relativno mala, ali može pomoći u smanjenju potrebne debljine njegovog srednjeg dijela i duljine dijela koji se proteže za geostacionarne orbita.
Kabel
Kabel mora biti izrađen od materijala s izuzetno visokim omjerom vlačne čvrstoće i specifične težine. Svemirsko dizalo bit će ekonomski opravdano ako je moguće proizvesti u industrijskoj mjeri po razumnoj cijeni kabel s gustoćom usporedivom s grafitnom i čvrstoćom od oko 65-120 gigapaskala.
Za usporedbu, čvrstoća većine vrsta čelika je oko 1 GPa, a čak ni najjače vrste nemaju više od 5 GPa, a čelik je težak. Mnogo lakši kevlar ima čvrstoću u rasponu od 2,6-4,1 GPa, a kvarcno vlakno ima čvrstoću do 20 GPa i više. Teoretska čvrstoća dijamantnih vlakana može biti malo veća.
Ugljične nanocijevi bi, prema teoriji, trebale imati mnogo veću rastezljivost od one potrebne za svemirsko dizalo. Međutim, tehnologija za njihovu proizvodnju u industrijskim količinama i njihovo tkanje u kabele tek se počinje razvijati. Teoretski bi njihova čvrstoća trebala biti veća od 120 GPa, no u praksi je najveće istezanje jednostjejne nanocijevi bilo 52 GPa, au prosjeku su pucale u rasponu od 30-50 GPa. Najjača nit, satkana od nanocijevi, bit će slabija od svojih komponenti. Istraživanja za poboljšanje čistoće materijala cijevi i stvaranje različitih vrsta cijevi se nastavljaju.
Većina projekata svemirskih dizala koristi nanocijevi s jednom stijenkom. Višeslojni slojevi imaju veću čvrstoću, ali su teži i imaju manji omjer čvrstoće i gustoće. Moguća opcija je korištenje visokotlačnog lijepljenja nanocijevi s jednom stijenkom. U ovom slučaju, iako se čvrstoća gubi zbog zamjene sp² veze (grafit, nanocijevi) sa sp³ vezom (dijamant), bolje će ih držati u jednom vlaknu van der Waalsove sile i omogućit će proizvodnju vlakana proizvoljne duljine [izvor nije naveden 810 dana]

Defekti kristalne rešetke smanjuju čvrstoću nanocijevi
U eksperimentu znanstvenika sa Sveučilišta Južna Kalifornija (SAD), ugljikove nanocijevi s jednom stijenkom pokazale su specifičnu čvrstoću 117 puta veću od čelika i 30 puta veću od kevlara. Bilo je moguće postići vrijednost od 98,9 GPa, maksimalna vrijednost duljine nanocijevi bila je 195 μm.
Tehnologija tkanja takvih vlakana još je u povojima.
Prema nekim znanstvenicima, čak ni ugljikove nanocijevi nikada neće biti dovoljno jake da naprave kabel za svemirsko dizalo.
Eksperimenti znanstvenika iz Tehnološkog Sveučilište u Sydneyu omogućilo je stvaranje grafenskog papira. Ispitivanja uzoraka su ohrabrujuća: gustoća materijala je pet do šest puta manja nego kod čelika, dok je vlačna čvrstoća deset puta veća od one kod ugljičnog čelika. U isto vrijeme, grafen je dobar vodič električne struje, što mu omogućuje da se koristi za prijenos energije na dizalo, kao kontaktna sabirnica.
Podebljavanje kabela

Provjerite informacije.

Prostorno dizalo mora nositi barem vlastitu težinu, koja je zbog duljine sajle znatna. Zadebljanje s jedne strane povećava čvrstoću kabela, as druge dodaje njegovu težinu, a time i potrebnu čvrstoću. Opterećenje na njemu će varirati na različitim mjestima: u nekim slučajevima dio remena mora podnijeti težinu segmenata ispod, u drugima mora izdržati centrifugalnu silu koja drži gornje dijelove remena u orbiti. Zadovoljiti u skladu s tim uvjetima i za postizanje optimalnosti kabela u svakoj točki, njegova će debljina biti promjenjiva.
Može se pokazati da će uzimajući u obzir Zemljinu gravitaciju i centrifugalnu silu (ali ne uzimajući u obzir manji utjecaj Mjeseca i Sunca), poprečni presjek kabela ovisno o visini biti opisan sljedećom formulom:

Ovdje je A® površina poprečnog presjeka kabela kao funkcija udaljenosti r od središta Zemlje.
Formula koristi sljedeće konstante:
A0 je površina poprečnog presjeka kabela na razini Zemljine površine.
ρ je gustoća materijala kabela.
s je vlačna čvrstoća materijala kabela.
ω je kružna frekvencija rotacije Zemlje oko svoje osi, 7,292×10−5 radijana u sekundi.
r0 je udaljenost između središta Zemlje i baze kabela. Otprilike je jednak polumjeru Zemlje, 6,378 km.
g0 je ubrzanje gravitacije na dnu kabela, 9,780 m/s².
Ova jednadžba opisuje remen čija se debljina prvo eksponencijalno povećava, zatim se njegov rast usporava na visini od nekoliko Zemljinih radijusa, a zatim postaje konstantan, naposljetku dostižući geostacionarnu orbitu. Nakon toga se debljina ponovno počinje smanjivati.
Dakle, omjer površina poprečnog presjeka kabela na bazi i na GSO (r = 42,164 km) je:
Zamijenivši ovdje gustoću i čvrstoću čelika i promjer kabela na razini tla od 1 cm, dobivamo promjer na razini GSO od nekoliko stotina kilometara, što znači da čelik i drugi nama poznati materijali nisu prikladni za izgradnju lift.
Slijedi da postoje četiri načina za postizanje razumnije debljine kabela na razini GSO-a:
Koristite materijal manje gustoće. Budući da se gustoća većine krutih tvari nalazi u relativno malom rasponu od 1000 do 5000 kg/m³, malo je vjerojatno da će se ovdje nešto postići.
Koristite izdržljiviji materijal. Istraživanja uglavnom idu u tom smjeru. Ugljične nanocijevi su desetke puta jače od najboljeg čelika, a značajno će smanjiti debljinu kabela na GSO razini.
Podignite bazu kabela više. Zbog prisutnosti eksponencijala u jednadžbi, čak i lagano podizanje baze uvelike će smanjiti debljinu kabela. Predlažu se stupovi do 100 km visine, čime će se osim uštede na kabelu izbjeći utjecaj atmosferskih procesa.
Neka baza kabela bude što tanja. I dalje mora biti dovoljno debeo da izdrži dizanje tereta, tako da minimalna debljina u podnožju također ovisi o čvrstoći materijala. Kabel napravljen od ugljikovih nanocijevi mora biti debeo samo jedan milimetar u osnovi.
Drugi način je da baza dizala bude pomična. Kretanje čak i pri brzini od 100 m/s već će dati dobitak u kružnoj brzini za 20% i smanjiti duljinu kabela za 20-25%, što će ga učiniti lakšim za 50 posto ili više. Ako “usidrite” kabel na nadzvučnom[izvor nije navedeno 664 dana] u zrakoplovu ili vlaku, tada se dobitak mase kabela više neće mjeriti u postocima, već u desecima puta (ali gubici se ne uzimaju u obzir za otpor zrak).
Lift

Provjerite informacije.
Potrebno je provjeriti točnost činjenica i pouzdanost informacija iznesenih u ovom članku.
Na stranici za razgovor treba biti objašnjenje.

Stil ovog odjeljka je neenciklopedijski ili krši norme ruskog jezika.
Odjeljak treba ispraviti u skladu sa stilskim pravilima Wikipedije.

Konceptualni crtež svemirskog dizala koje se uzdiže kroz oblake
Svemirsko dizalo ne može raditi kao obično dizalo (s pomičnim sajlama) jer debljina njegove sajle nije konstantna. Većina projekata koristi dizalicu koja se penje uz fiksni kabel, iako su također predloženi mali segmentirani pokretni kabeli koji se protežu duž glavnog kabela.
Predlažu se različite metode za konstrukciju dizala. Na ravnim kabelima možete koristiti parove valjaka koji se drže na mjestu trenjem. Druge opcije su pokretne žbice s kukama na pločama, valjci s uvlačivim kukama, magnetska levitacija (malo vjerojatno, budući da će glomazne staze morati biti pričvršćene na kabel), itd. [izvor nije naveden 661 dana]
Ozbiljan problem s dizajnom dizala je izvor energije [izvor nije naveden 661 dana]. Malo je vjerojatno da će gustoća skladištenja energije ikada biti dovoljno visoka da dizalo ima dovoljno energije da se popne uz cijeli kabel. Mogući vanjski izvori energije su laserske ili mikrovalne zrake. Ostale mogućnosti su korištenje energije kočenja dizala koja se kreću prema dolje; razlika u temperaturama troposfere; ionosfersko pražnjenje itd. Glavna opcija [izvor nije naveden 661 dana] (energetske zrake) ima ozbiljne probleme s učinkovitošću i rasipanje topline na oba kraja, iako je to izvedivo ako smo optimistični u pogledu budućeg tehnološkog napretka.
Dizala trebaju slijediti jedno drugo na optimalnoj udaljenosti kako bi se smanjilo opterećenje sajle i njezine oscilacije i maksimizirati propusnost. Najnepouzdanije područje kabela je blizu njegove baze; ne bi trebalo biti više od jednog dizanja [izvor nije naveden 661 dan]. Dizala koja se kreću samo prema gore povećat će kapacitet, ali neće dopustiti korištenje energije kočenja pri kretanju prema dolje i neće moći vratiti ljude na tlo. Osim toga, komponente takvih dizala moraju se koristiti u orbiti u druge svrhe. U svakom slučaju, male žičare su bolje od velikih jer će njihov raspored biti fleksibilniji, ali nameću više tehnoloških ograničenja.
Osim toga, sama nit dizala će stalno iskusiti djelovanje i Coriolisove sile i atmosferskih strujanja. Štoviše, budući da se "dizanje" mora nalaziti iznad nadmorske visine geostacionarne orbite, bit će podvrgnuto stalnim opterećenjima, uključujući vršna opterećenja, na primjer trzanje [izvor nije naveden 579 dana].
Međutim, ako se navedene prepreke nekako uklone, onda se svemirski lift može realizirati. Međutim, takav će projekt biti iznimno skup, ali u budućnosti bi mogao konkurirati svemirskim letjelicama za jednokratnu i višekratnu upotrebu [izvor nije naveden 579 dana].
Protuteža

U ovom članku nedostaju poveznice na izvore informacija.
Podaci moraju biti provjerljivi, inače mogu biti dovedeni u pitanje i izbrisani.
Možete urediti ovaj članak kako biste uključili poveznice na vjerodostojne izvore.
Ova oznaka stoji na članku od 13. svibnja 2011.
Protuuteg se može stvoriti na dva načina - pričvršćivanjem teškog predmeta (na primjer, asteroida) izvan geostacionarnog orbita ili nastavak samog remena na znatnoj udaljenosti za geostacionarne orbita. Druga opcija postala je popularnija u posljednje vrijeme jer je lakša za implementaciju, a osim toga, lakše je lansirati opterećenja na druge planete s kraja izduženog kabela, jer ima značajnu brzinu u odnosu na Zemlju.
Kutni moment, brzina i nagib

Provjerite informacije.
Potrebno je provjeriti točnost činjenica i pouzdanost informacija iznesenih u ovom članku.
Na stranici za razgovor treba biti objašnjenje.

Ovaj članak ili odjeljak treba revidirati.
Molimo poboljšajte članak u skladu s pravilima za pisanje članaka.

Kako se dizalo kreće prema gore, ono se naginje za 1 stupanj jer se vrh dizala kreće oko Zemlje brže od dna (Coriolisov učinak). Mjera nije spremljena
Horizontalna brzina svakog dijela kabela raste s visinom proporcionalno udaljenosti do središta Zemlje, dosežući na geostacionarnom orbita prve izlazne brzine. Stoga pri dizanju tereta treba dobiti dodatni kutni moment (horizontalnu brzinu).
Kutni moment se stječe rotacijom Zemlje. Dizalo se u početku kreće nešto sporije od sajle (Coriolisov efekt) te na taj način “usporava” sajlu i lagano je skreće prema zapadu. Pri brzini uspona od 200 km/h, sajla će se nagnuti za 1 stupanj. Horizontalna komponenta napetosti u ne-vertikalni kabel povlači teret u stranu, ubrzavajući ga u smjeru istoka (vidi dijagram) - zbog toga dizalo dobiva dodatnu brzinu. Prema trećem Newtonovom zakonu, kabel malo usporava Zemlju.
Istodobno, utjecaj centrifugalne sile tjera kabel da se vrati u energetski povoljan vertikalni položaj, tako da će biti u stanju stabilne ravnoteže. Ako je težište dizala uvijek iznad geostacionarne orbite, bez obzira na brzinu dizala, ono neće pasti.
U trenutku kada teret stigne do GEO, njegov kutni moment (horizontalna brzina) je dovoljan za lansiranje tereta u orbitu.
Prilikom spuštanja tereta dogodit će se obrnuti proces, naginjući kabel prema istoku.
Lansirati u svemir
Na kraju kabela na visini od 144.000 km tangencijalna komponenta brzine bit će 10,93 km/s, što je više nego dovoljno za napuštanje gravitacijskog polja Zemlje i lansiranje brodova prema Saturnu. Kad bi se objekt pustio da slobodno klizi duž vrha trake, imao bi dovoljnu brzinu da pobjegne iz Sunčevog sustava. To će se dogoditi zbog prijelaza ukupnog kutnog momenta kabela (i Zemlje) u brzinu lansiranog objekta.
Da biste postigli još veće brzine, možete produžiti kabel ili ubrzati teret pomoću elektromagnetizma.
Izgradnja

Izgradnja je u tijeku iz geostacionarnog stanice. Ovo je jedina stvar mjesto gdje svemirska letjelica može sletjeti. Jedan kraj se spušta na površinu Zemlje, rastegnut silom gravitacije. Još jedan, za balansiranje, - u suprotnom smjeru strani, povučeni centrifugalnom silom. To znači da se sav materijal za izgradnju mora podići na geostacionarne orbiti na tradicionalan način, bez obzira na odredište tereta. Odnosno trošak podizanja cijelog svemirskog lifta na geostacionarne orbita - minimalna cijena projekta.
Ekonomičnost svemirskog dizala

Pretpostavlja se da će svemirsko dizalo uvelike smanjiti troškove slanja tereta u svemir. Svemirska dizala su skupa za izgradnju, ali su njihovi operativni troškovi niski, pa ih je najbolje koristiti tijekom dugih vremenskih razdoblja za vrlo velike količine tereta. Trenutačno tržište za lansiranje tereta možda nije dovoljno veliko da bi opravdalo izgradnju dizala, ali dramatično smanjenje cijene trebalo bi dovesti do veće raznolikosti tereta. Ostala prometna infrastruktura - autoceste i željeznice - opravdava se na isti način.
Trošak razvoja dizala usporediv je s troškom razvoja space shuttlea [izvor nije naveden 810 dana]. Još uvijek nema odgovora na pitanje hoće li svemirski lift vratiti novac uložen u njega ili bi ga bilo bolje uložiti u daljnji razvoj raketne tehnologije.
Ne treba zaboraviti na ograničenje broja relejnih satelita na geostacionarnom orbita: trenutno međunarodni sporazumi dopuštaju 360 satelita - jedan transponder po kutnom stupnju, kako bi se izbjegle smetnje pri emitiranju u Ku-frekvencijskom pojasu. Za C frekvencije broj satelita ograničen je na 180.
Dakle, svemirski lift je minimalno pogodan za masovna lansiranja na geostacionarne orbita [izvor nije naveden 554 dana] i najprikladniji je za istraživanje svemira, a posebno Mjeseca.
Ova okolnost objašnjava pravi komercijalni neuspjeh projekta, budući da su glavni financijski troškovi nevladinih organizacija usmjereni za prijenos satelita, zauzimaju ili geostacionarnu orbitu (televizija, komunikacije) ili niže orbite (globalni sustavi za pozicioniranje, promatranje prirodnih resursa, itd.).
No, dizalo može biti hibridni projekt te, uz funkciju dostave tereta u orbitu, ostati baza za druge istraživačke i komercijalne programe koji nisu vezani uz transport.
Dostignuća

Od 2005. godine u Sjedinjenim Američkim Državama održava se godišnje natjecanje Space Elevator Games u organizaciji Zaklade Spaceward uz potporu NASA-e. U ovim natjecanjima postoje dvije kategorije: “najbolja sajla” i “najbolji robot (lift)”.
U natjecanju u dizanju, robot mora prevladati zadanu udaljenost, penjući se uz okomitu sajlu brzinom koja nije niža od one utvrđene pravilima. (na natjecanjima U 2007. godini standardi su bili sljedeći: duljina kabela - 100 m, minimalna brzina - 2 m/s). Najbolji rezultat u 2007. godini je svladana staza od 100 m prosječnom brzinom od 1,8 m/s.
Ukupni nagradni fond za natjecanje Space Elevator Games 2009. iznosio je 4 milijuna dolara.
U natjecanju snage užeta, sudionici moraju imati dvometarski ring izrađena od teške materijal mase ne veće od 2 grama, koji se posebnom instalacijom ispituje na vlačnu čvrstoću. Da bi pobijedio na natjecanju, snaga kabela mora biti najmanje 50% veća u ovom pokazatelju od uzorka koji je već dostupan NASA-i. Do sada najbolji rezultat ima sajla koja je izdržala opterećenje do 0,72 tone.
Natjecanje ne uključuje Liftport Group, koja je postala poznata po svojim tvrdnjama o lansiranju svemirskog dizala 2018. (kasnije pomaknuto za 2031.). Liftport provodi vlastite eksperimente, na primjer, 2006. godine robotsko dizalo penjalo se uz snažno uže rastegnuto uz pomoć balona. Od jednog i pol kilometra, žičara je uspjela prevaliti samo 460 metara. U sljedećoj fazi tvrtka planira provesti testove na kabelu visokom 3 km.
Natjecanje Space Elevator Games u organizaciji Spaceward Foundationa i NASA-e održalo se od 4. do 6. studenoga 2009. u južnoj Kaliforniji, u Dryden Flight Research Centru, unutar granica poznate zračne baze Edwards. Probna duljina sajle bila je 900 metara, sajla je podignuta pomoću helikoptera. Vodstvo je preuzeo LaserMotive koji je predstavio lift brzinom od 3,95 m/s, što je vrlo blizu tražene brzine. Dizalo je prešlo cijelu duljinu sajle za 3 minute 49 sekundi, a dizalo je nosilo teret od 0,4 kg.
U kolovozu 2010. LaserMotive je demonstrirao svoj najnoviji izum na konferenciji o bespilotnim sustavima AUVSI u Denveru, Colorado. Nova vrsta lasera pomoći će u ekonomičnijem prijenosu energije na velike udaljenosti; laser troši samo nekoliko vata.
Književnost

Jurij Artsutanov "U svemir - na električnoj lokomotivi" novine "Komsomolskaya Pravda" od 31. srpnja 1960. godine.
Alexander Bolonkin “Non-Rocket Space Launch and Flight”, Elsevier, 2006., 488 str. http://www.scribd.com/doc/24056182
Svemirski lift u raznim radovima

Jedno od poznatih djela Arthura C. Clarkea, Rajske fontane, temelji se na ideji svemirskog dizala. Osim toga, pojavljuje se svemirski lift i u finalu dijelove njegove poznate tetralogije Odiseja u svemiru (3001: The Final Odyssey).
Battle Angel ima kiklopski svemirski lift, na čijem je jednom kraju nebeski grad Salem (za građane) zajedno s nižim gradom (za negrađane), a na drugom kraju je svemirski grad Yeru. Slična struktura nalazi se na drugoj strani Zemlje.
U Zvjezdanim stazama: Voyager epizoda 3x19 "Rise", svemirski lift pomaže posadi da pobjegne s planeta s opasnom atmosferom.
Civilization IV ima svemirski lift. Tu je on jedan od kasnijih "Velikih čuda".
U znanstvenofantastičnom romanu Timothyja Zahna "Silkworm" (1985.) spominje se planet sposoban za proizvodnju super vlakana. Jedna od rasa, zainteresirana za planet, htjela je dobiti ovo vlakno posebno za izgradnju svemirskog dizala.
U dilogiji Sergeja Lukjanenka “Zvijezde su hladne igračke” jedna od vanzemaljskih civilizacija je u procesu međuzvjezdane trgovine na Zemlju isporučila superčvrste niti koje bi se mogle koristiti za izgradnju svemirskog dizala. Ali izvanzemaljske civilizacije su inzistirale isključivo na tome na korištenje ih za njihovu namjenu - za pomoć pri porodu.
U animeu Mobile Suit Gundam 00 postoje tri svemirska dizala, na koje je također pričvršćen prsten od solarnih panela, što omogućuje da se svemirsko dizalo koristi za proizvodnju električne energije.
U animeu Z.O.E. Dolores prikazuje svemirski lift, a također pokazuje što bi se moglo dogoditi u slučaju terorističkog napada.
U znanstvenofantastičnom romanu “Osuđeni na pobjedu” J. Scalzija (engleski: Scalzi, John. Old Man's War) sustavi svemirskih dizala aktivno se koriste na Zemlji, brojnim zemaljskim kolonijama i nekim planetima drugih visokorazvijenih inteligentnih rasa za komunikaciju s sidrišta međuzvjezdanih brodova.
U romanu znanstvene fantastike "Sutra će biti vječnost" Aleksandra Gromova, radnja je izgrađena oko činjenice postojanja svemirskog dizala. Postoje dva uređaja - izvor i prijemnik, koji pomoću "energetskog snopa" mogu podići "kabinu" dizala u orbitu.
Fantastični roman Alastaira Reynoldsa The City of the Abyss daje detaljan opis strukture i funkcioniranje svemirskog dizala, opisan je proces njegovog uništenja (kao posljedica terorističkog napada).
Znanstveno-fantastični roman Strata Terryja Pratchetta prikazuje liniju, iznimno dugu umjetnu molekulu koja se koristi kao svemirsko dizalo.
Spominje se u pjesmi grupe Zvuki Mu “Lift do neba”
Svemirski lift se spominje u anime seriji Trinity Blood, u kojoj svemirski brod Arc služi kao protuteža.
Na samom početku igre Sonic Colors, Sonic i Tails se mogu vidjeti kako se svemirskim liftom penju do Dr. Eggman's Parka
vidi također

Svemirski pištolj
Započnite petlju
Svemirska fontana
Bilješke

http://galspace.spb.ru/nature.file/lift.html Svemirski lift i nanotehnologije
U svemir - liftom! // KP.RU
Svemirski lift kruži društveno-političkim i popularna znanost Ruski svemirski časopis br. 11, 2008
Ugljikove nanocijevi su dva reda veličine jače od čelika
MEMBRANA | Svjetske vijesti | Nanocijevi neće preživjeti svemirski lift
Pokazalo se da je novi grafenski papir jači od čelika
Lemeško Andrej Viktorovič. Svemirski lift Lemeshko A.V./ Svemirski lift Lemeshko A.V.
hr:Satelitska televizija#Tehnologija
Dizalo do neba postavlja rekorde s pogledom u budućnost
Razvijen je laser koji bi mogao pokretati svemirska dizala
LaserMotive će demonstrirati helikopter na laserski pogon na AUVSI bespilotnim sustavima u Sjevernoj Americi 2010.

Danas istraživanje svemira nije samo svjetska ideja, to je cilj kojem teže svaka pojedinačna država i njihove koalicije u cjelini. Za daljnje istraživanje svemira, kao i uspješnu kolonizaciju planeta, potreban je intenzivan razvoj tehnologija, što može dovesti do pojave novih alata, sredstava i metoda kretanja u svemiru. Eksperimenti koji promiču razvoj takvih tehnologija provode se na orbitalnim postajama kao što su ISS ili Tiangong.

Iz tog razloga, impresivan dio današnjih istraživanja u području astronautike usmjeren je na povećanje produktivnosti ovih postaja i njihove posade, kao i na smanjenje troškova rada postaja i održavanja ljudskih resursa. Zatim, smatramo jedan od najambicioznijih i najambicioznijih projekata na ovom području - svemirski lift.

Glavna svrha izgradnje svemirskog dizala je smanjenje troškova dostave tereta u Zemljinu orbitu. Činjenica je da je dostava bilo kakvog tereta do orbitalne stanice pomoću transportnih svemirskih letjelica prilično skupa. Na primjer, jedan od NASA-inih transportnih brodova, koji je razvio SpaceX - Dragon, zahtijeva trošak lansiranja od oko 133 milijuna dolara, dok je tijekom posljednje misije (SpaceX CRS-9) brod bio natovaren s 5000 funti (2268 kg). Dakle, ako izračunate trošak jedne funte, to će biti 58,6 tisuća dolara po 1 kg.

Umjetnička impresija svemirskog lifta

Svemirski lift

Svatko tko misli da je uz pomoć nanotehnologije moguće stvoriti samo nešto submikroskopsko, ljudskom oku nevidljivo, vjerojatno će se iznenaditi projektom koji nedavno razvijaju stručnjaci iz NASA-e, a koji je izazvao toliku pozornost znanstvenika i općenito javnost. Riječ je o projektu takozvanog svemirskog lifta.

Svemirski lift je kabel dugačak nekoliko desetaka tisuća kilometara koji povezuje svemirsku stanicu u orbiti s platformom smještenom usred Tihog oceana.

Ideja o svemirskom dizalu stara je više od jednog stoljeća. Prvi je o tome 1895. godine progovorio veliki ruski znanstvenik Konstantin Ciolkovski, utemeljitelj moderne kozmonautike. Istaknuo je da načelo na kojem se temelji suvremena raketna znanost ne dopušta da suvremene rakete-nosači budu učinkovito sredstvo za isporuku tereta u svemir. Nekoliko je razloga za to:

Prvo, učinkovitost modernih raketa je vrlo niska zbog činjenice da lavovski udio snage motora prvog stupnja ide na rad na prevladavanje sile gravitacije.

Drugo, poznato je da značajno povećanje mase goriva nekoliko puta daje samo malo povećanje brzinerakete. Zato je, primjerice, američki raketni sustav Saturn-Apollo, s lansirnom masom od 2900 tona, u orbitu izbacio samo 129 tona. Otuda i astronomska cijena lansiranja u svemir pomoću raketa (cijena lansiranja kilograma tereta u nisku orbitu u prosjeku je oko 10 000 dolara.)

I, unatoč opetovanim pokušajima da se smanje troškovi lansiranja raketa, čini se da su troškovi prijevoza robe i ljudi u orbitu radikalno smanjeni na troškove standardnog zračnog prijevoza temeljenog na modernim raketnim tehnologijama

načelno nemoguće.

Kako bi se teret poslao u svemir jeftinije, istraživači iz Nacionalnog laboratorija Los Alamos predložili su stvaranje svemirskog dizala. Prema preliminarnim procjenama, cijena lansiranja tereta pomoću dizala mogla bi pasti s nekoliko desetaka tisuća dolara na 10 dolara po kilogramu. Znanstvenici vjeruju

da bi svemirsko dizalo moglo doslovno preokrenuti svijet, dajući čovječanstvu potpuno nove mogućnosti.

U biti, dizalo će biti kabel koji povezuje orbitalnu stanicu s platformom na površini Zemlje.Kabine na gusjenicama kretat će se gore-dolje po kabelu, noseći satelite i sonde koje je potrebno lansirati u orbitu. Uz pomoć ovog lifta, na samom vrhu moći će se izgraditi lansirna rampa u svemiru za svemirske letjelice prema Mjesecu, Marsu, Veneri i asteroidima. Problem opskrbe energijom samih “kabina” dizala riješen je na originalan način: kabel će biti prekriven solarnim pločama ili će kabine biti opremljene malim fotonaponskim pločama, koje će osvjetljavati snažni laseri sa Zemlje.

Znanstvenici predlažu postavljanje temeljne baze svemirskog dizala u oceanu, u ekvatorijalnim vodama Tihog oceana, stotinama kilometara od ruta komercijalnih letova. Poznato je da uragani nikada ne prelaze ekvator i ovdje gotovo da nema munja, što će dizalu pružiti dodatnu zaštitu.

Svemirsko dizalo opisano je u djelima Tsiolkovskog, kao i pisca znanstvene fantastike Arthura C. Clarkea, a projekt za izgradnju takvog dizala razvio je lenjingradski inženjer Jurij Artsutanov 1960. godine. Dugi niz godina aktivni promicatelj ideje o svemirskom dizalu bio je Astrakhan

znanstvenik G. Polyakov.

Ali do sada nitko nije uspio ponuditi tako lagan i čvrst materijal da bi se od njega mogao napraviti svemirski kabel. Donedavno je najtrajniji materijal bio čelik. Ali nije moguće napraviti čelični kabel dug nekoliko tisuća kilometara, jer čak i pojednostavljeni proračuni pokazuju da bi se čelični kabel potrebne čvrstoće srušio pod vlastitom težinom već na visini od 50 km.

No, razvojem nanotehnologije ukazala se prava prilika da se na temelju vlakana izrađenih od ultračvrstih i ultralakih karbonskih nanocijevi proizvede kabel sa potrebnim karakteristikama.Do sada nitko nije uspio napraviti ni metar dug kabel od nanocijevi, ali, prema riječima nositelja projekta, tehnologije proizvodnje nanocijevi se svakodnevno poboljšavaju, tako da bi takav kabel mogao biti napravljen za nekoliko godina.

Glavni element lifta je kabel, čiji je jedan kraj pričvršćen za površinu Zemlje, a drugi je izgubljen u svemiru na visini od oko 100 tisuća km. Ovaj kabel neće samo "visjeti" u svemiru, već će biti rastegnut poput strune, zahvaljujući utjecaju dviju višesmjernih sila: središnje

bježeći i centripetalni.

Da biste razumjeli njihovu prirodu, zamislite da ste vezali neki predmet za uže i počeli ga odmotavati. Čim dobije određenu brzinu, uže će se zategnuti, jer na predmet djeluje centrifugalna sila, a na samo uže centripetalna sila koja ga vuče. Nešto slično će se dogoditi s kabelom podignutim u svemir. Bilo koji predmet na njegovom gornjem kraju, pa čak i sam slobodni kraj, rotirati će se, poput umjetnog satelita našeg planeta, samo "vezan" posebnim "užetom" za zemljinu površinu.

Ravnoteža snaga dogodit će se kada središte mase golemog užeta bude na visini od 36 tisuća kilometara, odnosno u takozvanoj geostacionarnoj orbiti. Upravo tamo umjetni sateliti nepomično vise iznad Zemlje, čineći punu revoluciju s njom u 24 sata. U tom slučaju neće biti samo napet, već će moći stalno zauzimati strogo određeni položaj - okomito na zemljin horizont, točno prema središtu našeg planeta.

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

Ponovno tiskano s http://flightprojects.msfc.nasa.gov

Za početak izgradnje svemirskog dizala bit će potrebno napraviti nekoliko letova space shuttlea. Oni i posebna platforma s vlastitim autonomnim motorom dopremit će 20 tona kabela u geostacionarnu orbitu. Potom bi trebalo spustiti jedan kraj sajle na Zemlju i učvrstiti ga negdje u ekvatorijalnoj zoni Tihog oceana na platformi sličnoj sadašnjoj lansirnoj rampi za lansiranje raketa.

Zatim planiraju postaviti posebna dizala duž kabela, koja će kabelu dodavati sve više i više slojeva premaza od nanocijevi, povećavajući njegovu čvrstoću. Taj proces trebao bi trajati nekoliko godina, a prvi svemirski lift bit će spreman.

Zanimljive slučajnosti: 1979., pisac znanstvene fantastike Arthur C. Clarke, u svom romanu "Fontane raja", iznio je ideju o "svemirskom dizalu" i predložio zamjenu čelika određenim ultra-čvrstim "pseudo-jedan". -dimenzionalni dijamantni kristal”, koji je postao glavni građevinski materijal za ovaj uređaj. Najzanimljivije je to što je Clark gotovo pogodio.Trenutna faza interesa za projekt izgradnje svemirskog dizala povezana je upravo s kristalima ugljika - nanocjevčicama, koje imaju izvanredna svojstva, s kojima smo se već upoznali.

I što je apsolutno iznenađujuće: fizičar, jedan od sudionika u razvoju svemirskog dizala, zove se Ron Morgan. Morgan je također ime lika u romanu Arthura C. Clarkea, inženjera koji je napravio svemirski lift!

Vožnja svemirskim dizalom vjerojatno će podsjećati na let balonom na vrući zrak – bez buke mlaznica, bez perjanice bijesnog plamena. Zemlja se glatko spušta. Kuće su sve manje, ceste se pretvaraju u jedva primjetne niti, a srebrnaste vrpce rijeka se tanje. Konačno, donji, isprazni svijet je skriven u oblacima, a gornji, transcendentalni svijet se otkriva. Atmosfera je prošla, iza stakla je kozmičko crnilo. A kabina klizi sve više i više duž sajle, nevidljiva na plavo-zelenoj pozadini planeta i ide u beskrajnu prazninu.

Tsiolkovsky je također opisao dizajn koji bi mogao povezati orbitu s površinom Zemlje. Početkom 1960-ih ideju je razvio Yuri Artsutanov, a Arthur Clarke ju je iskoristio u romanu The Fountains of Paradise. “Svijet fantazije” vraća se na temu svemirskog dizala i pokušava zamisliti kako bi ono trebalo funkcionirati i što je za to potrebno.

Geostacionarna orbita

Je li moguće da se satelit nepomično smrzne iznad glave promatrača? Da je Zemlja nepomična, kao u Ptolemejevom sustavu svijeta, odgovor bi bio "ne" - uostalom, bez centrifugalne sile satelit ne bi ostao u orbiti. No, kao što znamo, sam promatrač nije nepomičan, već se okreće zajedno s planetom. Ako je orbitalni period satelita jednak sideričkom danu (23 sata 56 minuta 4 sekunde), a orbita mu je u ekvatorijalnoj ravnini, uređaj će lebdjeti iznad takozvane "točke stajanja".

Orbita u kojoj satelit miruje u odnosu na svoju stacionarnu točku naziva se geostacionarna. A iznimno je važan za istraživanje svemira. Tu se nalazi većina komunikacijskih satelita, a komunikacije su glavno područje komercijalnog korištenja svemira. Prijenosi preko repetitora koji visi iznad ekvatora mogu se primati na stacionarnim "pločama".

Postoji i ideja da se stanica s posadom postavi u geostacionarnu orbitu. Za što? Prvo, za održavanje i popravak komunikacijskih satelita. Da bi sateliti služili još nekoliko godina, često je potrebno samo napuniti mikromotore koji osiguravaju orijentaciju solarnih panela i antene. Stanica s posadom moći će manevrirati duž geostacionarne orbite, spuštati se (istodobno će njezina kutna brzina postati veća od brzine "stojećih" satelita), sustići vozilo koje zahtijeva održavanje i ponovno se podići. Za to neće biti potrebno više goriva nego što stanica u niskoj orbiti potroši kada prevlada trenje s razrijeđenom atmosferom.

Čini se da je korist ogromna. Ali opskrba takve udaljene ispostave bila bi preskupa. Promjena posade i slanje transportnih brodova zahtijevat će lansirna vozila pet puta teža od onih koja se trenutno koriste. Puno atraktivnija ideja je korištenje visinske stanice za izgradnju svemirskog dizala.

Kablovi

Što će se dogoditi ako se kabel baci s geostacionarnog satelita prema Zemlji? Prvo, Coriolisova sila će ga nositi naprijed. Uostalom, dobit će istu brzinu kao i satelit, ali će biti u nižoj orbiti, što znači da će njegova kutna brzina biti veća. Ali nakon nekog vremena kabel će dobiti na težini i visjeti okomito. Polumjer rotacije će se smanjiti i centrifugalna sila više neće moći uravnotežiti silu gravitacije. Ako nastavite urezivati uže, ono će prije ili kasnije doći do površine planeta.

Kako bi se spriječilo pomicanje težišta sustava, potrebna je protuuteg. Neki ljudi predlažu korištenje istrošenih satelita ili čak malog asteroida kao balasta. Ali postoji zanimljivija opcija - urezati kabel u suprotnom smjeru, od Zemlje. Također će se ispraviti i rastegnuti. Ali ne više pod vlastitom težinom, već zbog centrifugalne sile.

Drugi kabel će biti korisniji od jednostavnog balasta. Jeftina isporuka tereta u geostacionarnu orbitu bez raketa je korisna, ali sama po sebi neće platiti troškove dizala. Stanica na visini od 36.000 kilometara postat će samo transferna točka. Nadalje, bez potrošnje energije, ubrzani centrifugalnom silom, opterećenja će se kretati duž drugog kabela. Na udaljenosti od 144.000 kilometara od Zemlje njihova će brzina premašiti drugu kozmičku brzinu. Dizalo će se pretvoriti u katapult, šaljući projektile na Mjesec, Veneru i Mars koristeći energiju rotacije planeta.

Problem je sajla koja unatoč fantastičnoj dužini ne smije puknuti pod vlastitom težinom. Kod čeličnog užeta to će se dogoditi već na duljini od 60 kilometara (a moguće i mnogo ranije, jer su defekti neizbježni tijekom tkanja). Možete izbjeći lomljenje ako se debljina užeta eksponencijalno povećava s visinom - na kraju krajeva, svaki sljedeći dio mora izdržati vlastitu težinu plus težinu svih prethodnih. Ali misaoni eksperiment morat će se prekinuti: bliže gornjem kraju kabel će doseći takvu debljinu da zalihe željeza u zemljinoj kori jednostavno nisu dovoljne za to.

Čak ni najjači polietilen "Dyneema", od kojeg se izrađuju panciri i padobrani, nije prikladan. Niske je gustoće, s presjekom od jednog četvornog milimetra može izdržati opterećenje od dvije tone i lomi se pod vlastitom težinom tek na duljini od 2500 kilometara. Ali Dainima kabel mora imati masu od oko 300.000 tona i debljinu od 10 metara na gornjem kraju. Gotovo je nemoguće isporučiti takav teret u orbitu, a dizalo se može izgraditi samo odozgo.

Nadu daju ugljikove nanocijevi otkrivene 1991., koje teoretski mogu biti 30 puta jače od kevlara (u praksi je polietilensko uže još uvijek jače). Potvrde li se optimistične procjene o njihovom potencijalu, bit će moguće proizvesti traku konstantnog presjeka duljine 36.000 km, težine 270 tona i nosivosti 10 tona. A potvrde li se čak i pesimistične procjene, dizalo s kabelom debljine 1 milimetra u blizini Zemlje i 25 centimetara u orbiti (masa 900 tona bez protuutega) više neće biti znanstvena fantastika.

Lift

Stvaranje dizala za svemirsko dizalo nije trivijalan zadatak. Da biste napravili kabel, samo trebate razviti novu tehnologiju. Mehanizam koji bi se mogao popeti ovim kablom i dostaviti teret u orbitu tek treba biti izumljen. "Zemaljska" metoda, kada je kabina pričvršćena na uže namotano na bubanj, ne podnosi kritike: masa tereta bit će zanemariva u usporedbi s masom užeta. Lift će se morati sam popeti.

Čini se da to nije teško provesti. Kabel je stegnut između valjaka, a stroj puzi prema gore, držan trenjem. Ali ovo je samo u znanstvenoj fantastici svemirski lift - toranj ili moćni stup unutar kojeg se kreće kabina. U stvarnosti će do površine Zemlje u najboljem slučaju doći jedva vidljiva nit: uska vrpca. Kontaktna površina valjaka s nosačem bit će zanemariva, što znači da trenje ne može biti veliko.

Postoji još jedno ograničenje - mehanizam ne smije oštetiti kabel. Jao, iako je nanotkanina nevjerojatno otporna na trganje, to ne znači da ju je teško rezati ili pohabati. Zamjena pokvarenog kabela bit će vrlo teška. A ako pukne na velikoj visini, centrifugalna sila odnijet će stanicu daleko u svemir i uništiti cijeli projekt. Kako bi se u slučaju nužde održalo težište sustava u orbiti, duž cijele duljine kabela morat će se postaviti male mine. Ako jedna grana pukne, odmah će otkinuti jednaki dio suprotne grane.

Ima puno drugih zanimljivih problema koje treba riješiti. Na primjer, razilaženje liftova koji se kreću jedan prema drugom i spašavanje putnika iz "zaglavljenih" kabina.

Najteži problem je napajanje dizala. Motor će zahtijevati puno energije. Kapacitet baterija, kako postojećih tako i onih u razvoju, nije dovoljan. Opskrba kemijskim gorivom i oksidansom pretvorit će dizalo u višestupanjski sustav spremnika i motora. Ovaj prekrasan dizajn, usput, ne treba skupi kabel - postoji upravo sada i zove se "raketa-pogon".

Najlakši način je ugraditi kontaktne žice u kabel. Ali kabel neće izdržati težinu metalnih žica, što znači da će se nanocijevi morati "naučiti" da provode električnu struju. Autonomno napajanje u obliku solarnih panela ili izvora radioizotopa prilično je slabo: prema najoptimističnijim procjenama, uspon s njima trajat će desetljećima. Nuklearnom reaktoru s boljim omjerom mase i snage trebale bi godine da dovede kabinu u orbitu. Ali on je sam po sebi pretežak i trebat će dva ili tri punjenja goriva na putu.

Možda je najbolja opcija prijenos energije pomoću laserskog ili mikrovalnog pištolja, zračeći prijemni uređaj dizala. Ali nije bez nedostataka. Na sadašnjoj razini tehnologije samo se manji dio primljene energije može pretvoriti u električnu energiju. Ostatak će se pretvoriti u toplinu, koju će biti vrlo problematično ukloniti u bezzračnom prostoru.

Ako se kabel ošteti, bit će teško dovesti servisera do oštećenog područja. A ako se pokvari, kasno je (kadar iz igre Halo 3: ODST)

Zaštita od zračenja

Loše vijesti za one koji se žele voziti lagano: lift će proći kroz Zemljine radijacijske pojaseve. Magnetsko polje planeta hvata čestice sunčevog vjetra – protone i elektrone – i sprječava opasno zračenje da dopre do površine. Kao rezultat toga, Zemlja je u ekvatorijalnoj ravnini okružena s dva kolosalna torusa unutar kojih su koncentrirane nabijene čestice. Čak i svemirske letjelice pokušavaju izbjeći ta područja.

Prvi pojas, protonska zamka, počinje na visini od 500-1300 kilometara, a završava na visini od 7000 kilometara. Iza njega, do visine od otprilike 13.000 kilometara, nalazi se relativno sigurno područje. Ali još dalje, između 13 i 20 tisuća kilometara, proteže se vanjski radijacijski pojas visokoenergetskih elektrona.

Orbitalne stanice rotiraju ispod radijacijskih pojaseva. Svemirske letjelice s ljudskom posadom prelazile su ih samo tijekom lunarnih ekspedicija, trošeći na to samo nekoliko sati. Ali žičari će trebati oko jedan dan da prevlada svaki od pojaseva. To znači da će kabina morati biti opremljena ozbiljnom zaštitom od zračenja.

Toranj za privez

Osnova svemirskog dizala obično se zamišlja kao kompleks nadzemnih građevina smještenih negdje u Ekvadoru, džungli Gabona ili atolu u Oceaniji. Ali najočitije rješenje nije uvijek i najbolje. Nakon što se oslobodi iz orbite, remen se može pričvrstiti za palubu broda ili za vrh kolosalne kule. Brod će izbjeći uragane, koji mogu, ako ne otkinuti lift, koji ima značajan vjetar, onda odbaciti liftove s njega.

Toranj visok 12-15 kilometara zaštitit će kabel od sile atmosfere, a i donekle će mu skratiti duljinu. Na prvi pogled korist se čini beznačajnom, ali ako masa kabela eksponencijalno ovisi o njegovoj duljini, tada će se čak i malim dobitkom postići primjetna ušteda. Osim toga, privezni toranj omogućuje približno udvostručenje nosivosti sustava eliminacijom najtanjeg i najranjivijeg dijela niti.

Međutim, građevinu takve visine moguće je podići samo na stranicama znanstvenofantastičnih romana. Teoretski, takav se toranj može izgraditi od materijala tvrdoće dijamanta. U praksi, nijedan temelj neće izdržati njegovu težinu.

Ipak, moguće je izgraditi privezište na visini od mnogo kilometara. Samo građevinski materijal ne bi trebao biti beton, već plin: baloni punjeni helijem. Takav će toranj biti "plovka", čiji je donji dio uronjen u atmosferu i zbog Arhimedove sile podupire gornji dio, koji je već u gotovo bezzračnom prostoru. Ova se struktura može graditi odozdo, od pojedinačnih, malih i potpuno zamjenjivih blokova. Nema temeljnih prepreka da “toranj na napuhavanje” dosegne visinu od 100 ili čak 160 kilometara.

Čak i bez svemirskog dizala, "plutajući toranj" ima smisla. Kao elektrana - ako je vanjski omotač prekriven solarnim pločama. Kao repetitor koji opslužuje područje s radijusom od tisuću i pol kilometara. Konačno, kao opservatorij i baza za proučavanje gornjih slojeva atmosfere.

A ako ne ciljate na visinu od stotina kilometara, kao stanicu za pristajanje možete koristiti balon u obliku prstena "usidren" na visini od 40 kilometara. Ogromni zračni brod (ili nekoliko zračnih brodova smještenih jedan iznad drugog) rasteretit će kabel dizala, preuzimajući njegovu težinu u posljednjim desecima kilometara.

Ali najznačajnije prednosti bile bi kada bi pokretna platforma u obliku zračnog broda na velikim visinama letjela iznad ekvatora brzinom od 360 km/h (što je sasvim moguće kada motor pokreću solarni paneli i nuklearni reaktor) . U ovom slučaju satelit ne mora lebdjeti iznad jedne točke. Njegova orbita nalazit će se 7000 kilometara ispod geostacionarne, što će smanjiti duljinu kabela za 20%, a masu za 2,5 puta (uzimajući u obzir koristi od korištenja "priveznog tornja"). Ostaje riješiti problem dostave tereta do samog zračnog broda.

Gravitacijski katapult

Svemirsko dizalo je najambiciozniji, ali ne i jedini projekt koji koristi vezice za lansiranje svemirskih letjelica. Neki drugi planovi mogu se ostvariti na sadašnjoj razini tehnologije.

Što će se, primjerice, dogoditi ako se teret vezan sajlom gurne "gore" sa shuttlea koji visi u orbiti, dalje od Zemlje? Prema zakonu održanja količine gibanja, sam brod će prijeći na nižu orbitu. I počet će padati. Teret će, vukući za sobom kabel koji se odmotava, najprije biti otklonjen unatrag Coriolisovom silom, ali će zatim pojuriti "gore". Doista, s povećanjem polumjera rotacije, gravitacija će oslabiti, a centrifugalna sila će se povećati. Sustav će raditi poput trebušeta – prastarog bacačkog stroja. Šatl će preuzeti ulogu kaveza s kamenjem, sajla će se pretvoriti u remen, a os će biti opće središte mase sustava koji se u početnoj orbiti broda nalazi u bestežinskom stanju. Zaljuljavši se u odnosu na os, kabel će se ispraviti u okomitom smjeru, rastegnuti i izbaciti teret.

Razlika između gravitacijskog katapulta i svemirskog dizala je u tome što ulogu "kaveza" u dizalu ima sam planet koji "pada" na nerazlučivo malu visinu u odnosu na centar mase "Zemlje-projektila". sustav. U tom slučaju će se potrošiti kinetička energija šatla. Brod će dio svog zamaha prenijeti na teret - recimo automatsku međuplanetarnu stanicu - izgubit će brzinu i visinu i ući u guste slojeve atmosfere. Što je također dobro, jer obično da bi sišao s orbite shuttle moraju usporiti motori koji troše gorivo.

Uz pomoć kabelskog katapulta, shuttle će moći poslati 2-3 puta više tereta na Mars ili Veneru nego na tradicionalan način. Što, međutim, još uvijek neće dopustiti sustavu šatla da se natječe s konvencionalnim lansirnim vozilom u pogledu učinkovitosti. Uostalom, za lansiranje "katapulta" bit će potrebno lansirati ne samo teret, već i gigantski kabel s "protuutegom" u orbitu. Druga stvar je da se protuteža za katapult može naći izravno u orbiti - na primjer, poslužit će transportni brod koji je završio svoju misiju. Osim toga, oko našeg planeta kruži masa “svemirskog otpada” koji će se morati skupiti u doglednoj budućnosti.

* * *

Problemi vezani uz izgradnju svemirskog lifta daleko su od rješenja. Isplativa alternativa raketama i šatlovima neće se uskoro pojaviti. Ali u ovom trenutku, "stubište u prazninu" je najfantastičniji i najveći projekt na kojem znanost radi. Čak i ako se struktura, čija je duljina desetak puta veća od promjera planeta, pokaže neučinkovitom, to će označiti početak nove etape u ljudskoj povijesti. Isti onaj “izlazak iz kolijevke” o kojem je prije više od jednog stoljeća govorio Konstantin Eduardovič Ciolkovski.

Mnogi ljudi znaju biblijsku priču o tome kako su ljudi htjeli postati poput Boga i odlučili podići kulu visoku do neba. Gospodin, ljut, natjera sve ljude da govore različitim jezicima i gradnja se zaustavi.

Teško je reći je li to istina ili ne, ali nakon tisuća godina čovječanstvo je ponovno razmišljalo o mogućnosti izgradnje supertornja. Uostalom, ako uspijete izgraditi strukturu visoku desetke tisuća kilometara, možete smanjiti troškove isporuke tereta u svemir gotovo tisuću puta! Svemir će jednom zauvijek prestati biti nešto daleko i nedostižno.

Dragi prostor

Koncept svemirskog dizala prvi je razmatrao veliki ruski znanstvenik Konstantin Ciolkovski. Pretpostavio je da će, ako izgradite toranj visok 40.000 kilometara, centrifugalna sila našeg planeta držati cijelu strukturu, sprječavajući je da padne.

Na prvi pogled ova ideja miriše na manilovizam na kilometar, ali razmislimo logično. Danas većinu težine raketa čini gorivo koje se troši na svladavanje Zemljine teže. Naravno, to također utječe na cijenu lansiranja. Cijena dostave jednog kilograma korisnog tereta u nisku Zemljinu orbitu je oko 20.000 dolara.

Dakle, kada rođaci daju džem astronautima na ISS-u, možete biti sigurni: ovo je najskuplja delicija na svijetu. Ovo si čak ni engleska kraljica ne može priuštiti!

Lansiranje jednog shuttlea koštalo je NASA-u između 500 i 700 milijuna dolara. Zbog problema u američkom gospodarstvu, uprava NASA-e bila je prisiljena zatvoriti program space shuttlea i prepustiti funkciju dostave tereta na ISS privatnim tvrtkama.

Osim ekonomskih, tu su i politički. Zbog nesuglasica oko ukrajinskog pitanja zapadne zemlje uvele su niz sankcija i ograničenja protiv Rusije. Nažalost, utjecali su i na suradnju u astronautici. NASA je od američke vlade dobila nalog da zamrzne sve zajedničke projekte, osim ISS-a. Kao odgovor, potpredsjednik vlade Dmitrij Rogozin rekao je da Rusija nije zainteresirana za sudjelovanje u projektu ISS-a nakon 2020. godine i da se namjerava prebaciti na druge ciljeve, kao što je uspostava stalne znanstvene baze na Mjesecu i let s ljudskom posadom na Mars.

Najvjerojatnije će Rusija to učiniti zajedno s Kinom, Indijom i, moguće, Brazilom. Valja napomenuti: Rusija je već namjeravala dovršiti radove na projektu, a zapadne sankcije jednostavno su ubrzale ovaj proces.

Unatoč tako grandioznim planovima, sve bi moglo ostati samo na papiru ako se ne razvije učinkovitiji i jeftiniji način dostave tereta izvan Zemljine atmosfere. Ukupno je u izgradnju tog istog ISS-a potrošeno preko 100 milijardi dolara! Čak je zastrašujuće zamisliti koliko će "zelenih" biti potrebno za stvaranje postaje na Mjesecu.

Svemirski lift mogao bi biti savršeno rješenje problema. Nakon što dizalo proradi, troškovi dostave mogli bi pasti na dva dolara po kilogramu. Ali prvo ćete morati dobro promućkati glavu o tome kako ga izgraditi.

Margina sigurnosti

Godine 1959. lenjingradski inženjer Jurij Nikolajevič Artsutanov razvio je prvu radnu verziju svemirskog dizala. Budući da je nemoguće izgraditi dizalo odozdo prema gore zbog gravitacije našeg planeta, predložio je da se učini suprotno - da se gradi odozgo prema dolje. Za to je trebalo lansirati poseban satelit u geostacionarnu orbitu (oko 36.000 kilometara), gdje je trebao zauzeti položaj iznad određene točke na Zemljinom ekvatoru. Zatim počnite sastavljati kablove na satelitu i postupno ih spuštati prema površini planeta. Sam satelit također je imao ulogu protuutega, neprestano držeći kablove napetima.

Šira se javnost s tom idejom mogla potanko upoznati kada je 1960. Komsomolskaya Pravda objavila intervju s Artsutanovim. Intervju su objavili i zapadni mediji, nakon čega je cijeli svijet zahvatila “groznica dizala”. Posebno su revni bili pisci znanstvene fantastike koji su slikali ružičaste slike budućnosti, čiji je neizostavan atribut bio svemirski lift.

Svi stručnjaci koji proučavaju mogućnost stvaranja dizala slažu se da je glavna prepreka provedbi ovog plana nedostatak dovoljno čvrstog materijala za kablove. Prema proračunima, ovaj bi hipotetski materijal trebao izdržati napon od 120 gigapaskala, tj. preko 100.000 kilograma po kvadratnom metru!

Čvrstoća čelika je otprilike 2 gigapaskala, za posebno jake opcije je najviše 5 gigapaskala, za kvarcna vlakna je malo iznad 20. To je jednostavno čudovišno nisko. Postavlja se vječno pitanje: što učiniti? Razviti nanotehnologiju. Kandidat koji najviše obećava za ulogu kabela za dizalo mogle bi biti ugljikove nanocijevi. Prema izračunima, njihova bi snaga trebala biti znatno veća od minimalnih 120 gigapaskala.

Do sada je najjači uzorak bio u stanju izdržati stres od 52 gigapaskala, ali u većini drugih slučajeva oni su puknuli u rasponu od 30 do 50 gigapaskala. Tijekom dugotrajnih istraživanja i eksperimenata, stručnjaci sa Sveučilišta u Južnoj Kaliforniji uspjeli su postići nečuveni rezultat: njihova je cijev mogla izdržati napon od 98,9 gigapaskala!

Nažalost, ovo je bio jednokratan uspjeh, a postoji još jedan značajan problem s ugljikovim nanocijevima. Nicolas Pugno, znanstvenik s Politehničkog sveučilišta u Torinu, došao je do razočaravajućeg zaključka. Ispostavilo se da čak i zbog pomaka jednog atoma u strukturi ugljikovih cijevi, čvrstoća određenog područja može naglo smanjiti za 30%. I sve to unatoč činjenici da je najduži dosad dobiveni uzorak nanocijevi svega dva centimetra. A ako uzmete u obzir činjenicu da bi duljina kabela trebala biti gotovo 40.000 kilometara, zadatak se čini jednostavno nemogućim.

Krhotine i oluje

Još jedan vrlo ozbiljan problem vezan je za svemirski otpad. Kada se čovječanstvo smjestilo u orbitu blizu Zemlje, počelo je jednu od njegovih omiljenih zabava - zagađivanje okolnog prostora proizvodima svoje vitalne aktivnosti. Na samom početku to nas nekako nije posebno zabrinjavalo. “Uostalom, svemir je beskrajan! - rezonirali smo. “Bacite komad papira i on će nastaviti istraživati beskraje Svemira!”

Tu smo pogriješili. Sve krhotine i ostaci letjelica osuđeni su zauvijek kružiti oko Zemlje, zarobljeni njezinim snažnim gravitacijskim poljem. Ne treba biti inženjer da shvati što bi se dogodilo da se jedan od ovih komada smeća sudari s kabelom. Stoga tisuće istraživača iz cijeloga svijeta razbijaju glavu oko pitanja uklanjanja odlagališta otpada blizu Zemlje.

Situacija s bazom dizala na površini planeta također nije sasvim jasna. U početku je planirano stvoriti stacionarnu bazu na ekvatoru kako bi se osigurala sinkronizacija s geostacionarnim satelitom. Međutim, tada se ne mogu izbjeći štetni učinci orkanskih vjetrova i drugih prirodnih katastrofa na dizalo.

Tada je došla ideja da se baza pričvrsti na plutajuću platformu koja bi mogla manevrirati i "izbjeći" oluje. Ali u ovom slučaju operateri u orbiti i na platformi bit će prisiljeni sve pokrete izvoditi kirurškom preciznošću i apsolutnom sinkronizacijom, inače će cijela konstrukcija otići k vragu.

Glavu gore!

Unatoč svim poteškoćama i preprekama koje stoje na našem trnovitom putu do zvijezda, ne trebamo objesiti nos i baciti u drugi plan ovaj, bez sumnje, jedinstveni projekt. Svemirski lift nije luksuz, već vitalna stvar.

Bez toga, kolonizacija bliskog svemira postat će iznimno radno intenzivan, skup pothvat i može trajati mnogo godina. Postoje, naravno, prijedlozi za razvoj antigravitacijskih tehnologija, ali to je previše daleka perspektiva, a dizalo je potrebno u sljedećih 20-30 godina.

Dizalo je potrebno ne samo za podizanje i spuštanje tereta, već i kao "mega-remen". Uz njegovu pomoć moguće je lansirati svemirske brodove u međuplanetarni prostor bez trošenja ogromnih količina tako dragocjenog goriva, koje bi inače moglo poslužiti za ubrzavanje broda. Posebno je zanimljiva ideja o korištenju dizala za čišćenje Zemlje od opasnog otpada.

Recimo, istrošeno nuklearno gorivo iz nuklearne elektrane može se staviti u zapečaćene kapsule, pa poslati direktnom paljbom prema Suncu, za koje je spaljivanje takvog bugera laka stvar.

Ali, začudo, provedba takve ideje nije pitanje ekonomije ili znanosti, već politike. Moramo se suočiti s istinom - niti jedna država na svijetu ne može se samostalno nositi s tako grandioznim projektom. Nema šanse bez međunarodne suradnje.

Prije svega važno je sudjelovanje SAD-a, Europske unije, Kine, Japana, Indije, Brazila i, naravno, Rusije. Dakle, kako god gledali, morat ćete sjesti za pregovarački stol i popušiti lulu mira. Zato, dečki, živimo zajedno i sve će nam uspjeti!

Adilet URAIMOV