Űrlift egy régi találmány új technológiája. Űrlift: fantázia vagy valóság? Lift pályára: sci-fi vagy idő kérdése

Egy asztromérnöki szerkezet ötlete, amely rakományt bolygópályára vagy akár azon túl is indíthat. Először Konsztantyin Ciolkovszkij fogalmazott meg ilyen ötletet 1895-ben, az ötletet Jurij Artsutanov munkáiban dolgozták ki részletesen. A hipotetikus tervezés a bolygó felszínétől a GEO-ban található orbitális állomásig húzott kábel használatán alapul. Feltehetően ez a módszer a jövőben nagyságrendekkel olcsóbb lehet, mint a hordozórakéták használata.
A kábel egyik végén a bolygó (Föld) felszínén, a másik végén pedig a bolygó feletti, a geostacionárius pálya (GSO) feletti stacionárius pontján van a centrifugális erő hatására. A hasznos terhet szállító felvonó egy kábel mentén emelkedik fel. Emelkedéskor a terhelés felgyorsul a Föld forgása miatt, ami lehetővé teszi, hogy kellően nagy magasságban a Föld gravitációján túlra kerüljön.
A kábel rendkívül nagy szakítószilárdságot és alacsony sűrűséget igényel. Az elméleti számítások szerint a szén nanocsövek megfelelő anyagnak tűnnek. Ha feltételezzük, hogy alkalmasak kábelgyártásra, akkor az űrlift kialakítása megoldható mérnöki probléma, bár korszerű fejlesztéseket és másfajta magas költségeket igényel. A lift létrehozását 7-12 milliárd dollárra becsülik. A NASA már finanszírozza a kapcsolódó fejlesztéseket az Amerikai Tudományos Kutatóintézetben, beleértve a kábel mentén önállóan mozogni képes felvonó fejlesztését.
Tartalom [eltávolít]
1 Tervezés
1.1 Alapítvány
1.2 Kábel
1.2.1 A kábel vastagítása
1.3 Emelés
1.4 Ellensúly
1.5 Szögimpulzus, sebesség és dőlésszög
1.6. Kilövés az űrbe
2 Építés
3 Egy űrlift gazdaságossága
4 Eredmények
5 Irodalom
6 Térlift különféle munkákban
7 Lásd még
8 Jegyzetek
9 Linkek
9.1 Szervezetek
9.2 Vegyes
Tervezés

Számos tervezési lehetőség létezik. Szinte mindegyik tartalmaz alapot (alapot), kábelt (kábelt), emelőket és ellensúlyt.
Bázis
Az űrlift alapja az a hely a bolygó felszínén, ahol a kábelt rögzítik, és megkezdődik a rakomány emelése. Lehet mobil, óceánjáró hajóra helyezve.
A mozgatható alap előnye, hogy képes manővereket végrehajtani a hurrikánok és viharok elkerülésére. A helyhez kötött bázis előnyei az olcsóbb és könnyebben elérhető energiaforrások, valamint a kábel hosszának csökkentése. A kábel néhány kilométeres különbsége viszonylag kicsi, de segíthet csökkenteni a középső részének szükséges vastagságát és a kinyúló rész hosszát geostacionáriusnak pálya.
Kábel
A kábelnek rendkívül magas szakítószilárdságú és fajsúlyú anyagból kell készülnie. Az űrlift akkor lesz gazdaságilag indokolt, ha ipari méretekben ésszerű áron lehet grafithoz hasonló sűrűségű és kb. 65-120 gigapascal.
Összehasonlításképpen a legtöbb acélfajta szilárdsága körülbelül 1 GPa, és még a legerősebb típusok sem haladják meg az 5 GPa-t, és az acél nehéz. A sokkal könnyebb kevlar szilárdsága 2,6-4,1 GPa tartományba esik, a kvarcszál pedig akár 20 GPa és ennél is magasabb. A gyémántszálak elméleti szilárdsága valamivel nagyobb lehet.
A szén nanocsöveknek az elmélet szerint sokkal nagyobb nyújthatósággal kell rendelkezniük, mint egy űrliftnél. Az ipari mennyiségben történő előállításukra és kábelekbe szövésük technológiája azonban még csak most kezd kialakulni. Elméletileg 120 GPa-nál nagyobb szilárdságuk kellene, hogy legyen, de a gyakorlatban az egyfalú nanocsövek legnagyobb nyúlása 52 GPa volt, és átlagosan 30-50 GPa tartományban törtek el. A nanocsövekből szőtt legerősebb szál gyengébb lesz, mint az alkotórészei. Folytatódik a csőanyag tisztaságának javítására és különböző típusú csövek létrehozására irányuló kutatás.
A legtöbb űrlift-projekt egyfalú nanocsöveket használ. A többrétegű rétegek nagyobb szilárdságúak, de nehezebbek, és kisebb a szilárdság-sűrűség arányuk. Egy lehetséges megoldás az egyfalú nanocsövek nagynyomású kötése. Ebben az esetben, bár az sp² kötés (grafit, nanocsövek) sp³ kötésre (gyémánt) való cseréje miatt a szilárdság elveszik, a van der Waals erők jobban tartják őket egy szálban, és lehetővé teszik szálak előállítását. tetszőleges hosszúságú. [forrás nincs megadva 810 nap]

A kristályrács hibák csökkentik a nanocsövek szilárdságát
A Dél-Kaliforniai Egyetem (USA) tudósai által végzett kísérletben az egyfalú szén nanocsövek fajlagos szilárdsága 117-szer nagyobb, mint az acélé és 30-szor nagyobb, mint a kevlaré. 98,9 GPa értéket sikerült elérni, a nanocső hosszának maximális értéke 195 μm volt.
Az ilyen szálak szövésének technológiája még gyerekcipőben jár.
Egyes tudósok szerint még a szén nanocsövek sem lesznek soha elég erősek ahhoz, hogy űrlift kábelt készítsenek.
Tudósok kísérletei a Technológiaitól A Sydney Egyetem lehetővé tette a grafénpapír létrehozását. A mintavizsgálatok biztatóak: az anyag sűrűsége ötször-hatszor kisebb, mint az acélé, a szakítószilárdsága pedig tízszer nagyobb, mint a szénacélé. Ugyanakkor a grafén jó elektromos áramvezető, ami lehetővé teszi, hogy áramot adjon fel egy felvonóhoz, mint kontaktbusz.
A kábel vastagítása

Ellenőrizze az információkat.

A térliftnek legalább a saját súlyát el kell viselnie, ami a kábel hosszából adódóan jelentős. A vastagítás egyrészt növeli a kábel szilárdságát, másrészt növeli a kábel súlyát, így a szükséges szilárdságot. A rá nehezedő terhelés különböző helyeken változik: egyes esetekben a heveder egy szakaszának el kell viselnie az alatta lévő szegmensek súlyát, máskor meg kell bírnia a centrifugális erőt, amely a heveder felső részeit pályán tartja. Kielégíteni ehhez a feltételhez és a kábel optimálisságának eléréséhez minden ponton a vastagsága változó lesz.
Kimutatható, hogy a Föld gravitációs és centrifugális erejét figyelembe véve (de nem a Hold és a Nap kisebb befolyását figyelembe véve) a kábel magasságtól függő keresztmetszete a következő képlettel lesz leírható:

Itt A ® a kábel keresztmetszete a Föld középpontjától való r távolság függvényében.
A képlet a következő állandókat használja:
Az A0 a kábel keresztmetszete a Föld felszínének szintjén.
ρ a kábel anyagának sűrűsége.
s a kábel anyagának szakítószilárdsága.
ω a Föld tengelye körüli forgásának körfrekvenciája, 7,292 × 10-5 radián másodpercenként.
r0 a Föld középpontja és a kábel alapja közötti távolság. Ez kb megegyezik a Föld sugarával, 6378 km.
g0 a gravitációs gyorsulás a kábel aljánál, 9,780 m/s².
Ez az egyenlet egy hengert ír le, amelynek vastagsága először exponenciálisan növekszik, majd növekedése több földi sugarú magasságban lelassul, majd állandóvá válik, végül eléri a geostacionárius pályát. Ezt követően a vastagság ismét csökkenni kezd.
Így a kábel keresztmetszeti területeinek aránya az alapnál és a GSO-nál (r = 42 164 km):
Itt helyettesítve az acél sűrűségét és szilárdságát, valamint a kábel 1 cm-es talajszinti átmérőjét, több száz kilométeres GSO-szintű átmérőt kapunk, ami azt jelenti, hogy az acél és más, általunk ismert anyagok alkalmatlanok a kábel építésére. lift.
Ebből következik, hogy a GSO-szinten négyféleképpen lehet ésszerűbb kábelvastagságot elérni:
Használjon kevésbé sűrű anyagot. Mivel a legtöbb szilárd anyag sűrűsége a viszonylag kis 1000-5000 kg/m³ tartományba esik, nem valószínű, hogy itt bármit is elérnének.
Használjon tartósabb anyagot. A kutatások elsősorban ebbe az irányba haladnak. A szén nanocsövek több tízszer erősebbek, mint a legjobb acél, és jelentősen csökkentik a kábel vastagságát GSO szinten.
Emelje magasabbra a kábel alját. Az exponenciális jelenléte miatt az egyenletben még az alap enyhe megemelése is nagymértékben csökkenti a kábel vastagságát. Legfeljebb 100 km magas tornyokat javasolnak, amelyek a kábel megtakarítása mellett elkerülik a légköri folyamatok hatását.
Legyen a kábel alapja a lehető legvékonyabb. Még mindig elég vastagnak kell lennie ahhoz, hogy elbírja a terhelt emelést, így a minimális vastagság az alapnál az anyag szilárdságától is függ. A szén nanocsövekből készült kábelnek csak egy milliméter vastagnak kell lennie az aljánál.
Egy másik módszer a lift alapja mozgathatóvá tétele. Már 100 m/s sebességgel is haladva már 20%-kal növeli a körsebességet, és 20-25%-kal csökkenti a kábel hosszát, ami 50%-kal vagy még ennél is könnyebbé teszi. Ha „lehorgonyozza” a kábelt at szuperszonikus[forrás nincs megadva 664 nap] repülőgépen vagy vonaton, akkor a kábeltömeg-növekedést már nem százalékban, hanem több tucatszor mérjük (de a veszteségeket nem vesszük figyelembe ellenállásért levegő).
Emel

Ellenőrizze az információkat.
Ellenőrizni kell a tények pontosságát és az ebben a cikkben bemutatott információk megbízhatóságát.
A vitalapon magyarázatnak kell lennie.

Ennek a szakasznak a stílusa nem enciklopédikus, vagy sérti az orosz nyelv normáit.
A részt a Wikipédia stilisztikai szabályai szerint kell javítani.

Koncepcionális rajz egy űrliftről, amely a felhőkön keresztül emelkedik
Az űrlift nem tud úgy működni, mint egy hagyományos (mozgó kábelekkel ellátott) lift, mert kábelének vastagsága nem állandó. A legtöbb projektben olyan emelőt használnak, amely rögzített kábelen mászik fel, bár javasoltak a főkábel mentén futó kis szegmentált mozgó kábeleket is.
A felvonók építésére különféle módszereket javasolnak. Lapos kábeleken súrlódás által a helyén tartott görgőpárokat használhatja. További lehetőségek a küllők mozgatása tányérokon horgokkal, görgők behúzható horgokkal, mágneses lebegtetés (nem valószínű, mivel nehézkes utakat kell a kábelhez rögzíteni) stb. [forrás nincs megadva 661 nap]
A felvonó kialakításánál komoly probléma az energiaforrás [forrás nincs megadva 661 nap]. Az energiatárolási sűrűség valószínűleg soha nem lesz elég magas ahhoz, hogy a felvonónak elegendő energiája legyen a teljes kábel megmászásához. A lehetséges külső energiaforrások a lézer- vagy mikrohullámú sugarak. További lehetőség a lefelé mozgó felvonók fékezési energiájának felhasználása; a troposzféra hőmérsékletének különbsége; ionoszférikus kisülés stb. A fő lehetőség [forrás nincs megadva 661 nap] (energiasugarak) komoly problémákkal jár hatékonysággalés mindkét végén hőelvezetés, bár ha valaki optimista a jövőbeli technológiai fejlődéssel kapcsolatban, akkor ez megvalósítható.
A felvonóknak optimális távolságban kell követniük egymást, hogy minimálisra csökkentsék a kábel terhelését és rezgéseit és maximalizáljaáteresztőképesség. A kábel legmegbízhatatlanabb része az alapja közelében van; nem lehet több, mint egy emelés [forrás nincs megadva 661 nap]. Azok a felvonók, amelyek csak felfelé haladnak, növelik a kapacitást, de nem teszik lehetővé a fékezési energia felhasználását lefelé haladva, és nem tudják visszatenni az embereket a talajra. Ezenkívül az ilyen felvonók alkatrészeit a pályán más célokra is fel kell használni. Mindenesetre a kis felvonók jobbak, mint a nagyok, mert rugalmasabb lesz az ütemezésük, de több technológiai korlátot szabnak.
Ezenkívül maga a felvonószál folyamatosan tapasztalja a Coriolis-erő és a légköri áramlások hatását. Ezen túlmenően, mivel a „liftnek” a geostacionárius pálya magassága felett kell elhelyezkednie, állandó terheléseknek lesz kitéve, beleértve a csúcsterheléseket is, például rángatást [forrás nincs megadva 579 nap].
Ha azonban a fenti akadályok valahogy elháríthatók, akkor űrlift is megvalósítható. Egy ilyen projekt azonban rendkívül költséges lesz, de a jövőben versenyezhet az eldobható és újrafelhasználható űrhajókkal [forrás nincs megadva 579 nap].
Ellensúly

Ebből a cikkből hiányoznak az információforrásokra mutató hivatkozások.
Az információnak ellenőrizhetőnek kell lennie, ellenkező esetben megkérdőjelezhető és törölhető.
Ezt a cikket szerkesztheti úgy, hogy hiteles forrásokra mutató hivatkozásokat tartalmazzon.
Ez a jelölés 2011. május 13. óta van a cikken.
Ellensúlyt kétféleképpen lehet létrehozni - nehéz tárgy (például aszteroida) rögzítésével túl a geostacionáriuson maga a kötél pályája vagy folytatása jelentős távolságban geostacionáriusnak pálya. A második lehetőség az utóbbi időben egyre népszerűbb, mert könnyebben kivitelezhető, ráadásul egy megnyúlt kábel végéről könnyebben lehet más bolygókra rakományokat indítani, hiszen a Földhöz képest jelentős sebességgel rendelkezik.
Szögnyomaték, sebesség és dőlésszög

Ellenőrizze az információkat.
Ellenőrizni kell a tények pontosságát és az ebben a cikkben bemutatott információk megbízhatóságát.
A vitalapon magyarázatnak kell lennie.

Ez a cikk vagy szakasz felülvizsgálatra szorul.
Kérjük, javítsa a cikket a cikkírás szabályai szerint.

Ahogy a lift felfelé halad, a lift 1 fokkal megdől, mivel a felvonó teteje gyorsabban mozog a Föld körül, mint az alja (Coriolis-effektus). A skála nincs mentve
A kábel minden szakaszának vízszintes sebessége a magassággal növekszik a Föld középpontjától való távolság arányában, elérve geostacionáriuson az első szökési sebesség pályája. Ezért a teher felemelésekor további szögnyomatékot (vízszintes sebességet) kell szereznie.
A szögimpulzus a Föld forgása miatt keletkezik. Eleinte a felvonó valamivel lassabban mozog, mint a kötél (Coriolis-effektus), ezáltal „lelassítja” a kábelt, és kissé nyugat felé tereli. 200 km/h emelkedési sebességnél a kábel 1 fokkal megdől. A feszültség vízszintes összetevője nem függőlegesen a kábel oldalra húzza a terhet, felgyorsítva azt keleti irányba (lásd az ábrát) - ennek köszönhetően a felvonó további sebességet kap. Newton harmadik törvénye szerint a kábel kis mértékben lelassítja a Földet.
Ugyanakkor a centrifugális erő hatása arra kényszeríti a kábelt, hogy visszatérjen egy energetikailag kedvező függőleges helyzetbe, így stabil egyensúlyi állapotba kerüljön. Ha a felvonó súlypontja mindig a geostacionárius pálya felett van, függetlenül a felvonók sebességétől, akkor nem fog leesni.
Mire a rakomány eléri a GEO-t, szögimpulzusa (vízszintes sebessége) elegendő ahhoz, hogy a rakományt pályára állítsa.
A terhelés leeresztésekor fordított folyamat megy végbe, a kábelt kelet felé döntve.
Indulás az űrbe
A kábel végén 144 000 km-es magasságban a sebesség érintőleges összetevője 10,93 km/s lesz, ami bőven elegendő ahhoz, hogy elhagyja a Föld gravitációs terét és hajókat indítson a Szaturnusz felé. Ha az objektumot szabadon csúszhatnánk a kötél tetején, akkor elegendő sebessége lenne ahhoz, hogy kikerüljön a Naprendszerből. Ez a kábel (és a Föld) teljes szögimpulzusának az elindított tárgy sebességébe való átmenetének köszönhető.
A még nagyobb sebesség elérése érdekében meghosszabbíthatja a kábelt vagy felgyorsíthatja a terhelést elektromágnesességgel.
Építkezés

Az építkezés folyamatban van geostacionáriustólállomások. Ez az egyetlen dolog egy hely, ahol egy űrhajó leszállhat. Az egyik vége leereszkedik a Föld felszínére, a gravitációs erő megfeszítve. Egy másik, azért egyensúlyozás, - ellenkező irányba oldalán, centrifugális erő húzza. Ez azt jelenti, hogy minden építési anyagot fel kell emelni geostacionáriusnak hagyományos módon keringenek, függetlenül a rakomány rendeltetési helyétől. Vagyis a teljes űrlift megemelésének költsége geostacionáriusnak orbit - a projekt minimális ára.
Egy űrlift gazdaságossága

Feltehetően az űrlift nagymértékben csökkenti a rakomány világűrbe küldésének költségeit. Az űrlifteket drága megépíteni, de üzemeltetési költségeik alacsonyak, ezért a legjobb hosszú ideig használni őket nagyon nagy rakománymennyiség esetén. Jelenleg a rakományok indításának piaca nem biztos, hogy elég nagy ahhoz, hogy indokolja a felvonó építését, de az ár drámai csökkenése a rakományok változatosabbá tételéhez vezet. Más közlekedési infrastruktúra - autópályák és vasutak - ugyanígy igazolják magukat.
A felvonó fejlesztésének költsége összemérhető egy űrsikló kifejlesztésének költségével [forrás nincs megadva 810 nap]. Továbbra sincs válasz arra a kérdésre, hogy az űrlift megtéríti-e a belefektetett pénzt, vagy jobb lenne a rakétatechnika továbbfejlesztésébe fektetni.
Nem szabad megfeledkeznünk a közvetítő műholdak számának korlátozásáról geostacionáriuson pálya: jelenleg a nemzetközi megállapodások 360 műholdat tesznek lehetővé – szögfokonként egy transzpondert, hogy elkerüljük az interferenciát a Ku-frekvencia sávban történő sugárzás során. A C frekvenciákon a műholdak száma 180-ra korlátozódik.
Így az űrlift tömeges kilövésekre minimálisan alkalmas geostacionáriusnak pálya [forrás nincs megadva 554 nap], és a legmegfelelőbb a világűr és különösen a Hold felfedezésére.
Ez a körülmény magyarázza a projekt valódi kereskedelmi kudarcát, mivel a nem kormányzati szervezetek fő pénzügyi költségei a középpontba kerülnek. műholdak közvetítésére, akár geostacionárius pályát (televízió, kommunikáció), akár alacsonyabb pályákat (globális helymeghatározó rendszerek, természeti erőforrások megfigyelése stb.) foglalnak el.
A felvonó azonban hibrid projekt lehet, és a teher pályára állítása mellett más, nem a szállításhoz kapcsolódó kutatási és kereskedelmi programok bázisa is maradhat.
Eredmények

2005 óta minden évben megrendezik az Egyesült Államokban a Space Elevator Games versenyt, amelyet a Spaceward Foundation szervez a NASA támogatásával. Ezeken a versenyeken két kategória van: „legjobb kábel” és „legjobb robot (lift)”.
Az emelőversenyben a robotnak egy meghatározott távolságot kell leküzdenie, függőleges kötélen a szabályok által meghatározott sebességnél nem kisebb sebességgel. (versenyeken 2007-ben a szabványok a következők voltak: kábelhossz - 100 m, minimális sebesség - 2 m/s). 2007 legjobb eredménye 100 m-es táv megtétele volt 1,8 m/s átlagsebességgel.
A Space Elevator Games verseny teljes díjalapja 2009-ben 4 millió dollár volt.
A kötélerős versenyen a résztvevőknek kétméteres gyűrűt kell biztosítani nagy teherbírású legfeljebb 2 gramm tömegű anyag, amelynek szakítószilárdságát egy speciális beépítési vizsgálat vizsgálja. A verseny megnyeréséhez a kábel szilárdságának legalább 50%-kal nagyobbnak kell lennie ebben a mutatóban, mint a NASA rendelkezésére álló minta. Eddig a legjobb eredményt az a kábel érte el, amely akár 0,72 tonnás terhelést is bírt.
A versenyben nem szerepel a Liftport Group, amely azzal szerzett hírnevet, hogy 2018-ban (később 2031-re tolták) űrliftet indít. A Liftport saját kísérleteket végez, 2006-ban például egy robotlift mászott fel egy léggömbök segítségével kifeszített erős kötélen. A felvonó másfél kilométerből mindössze 460 métert sikerült megtennie. A következő szakaszban a vállalat egy 3 km magas kábelen kíván teszteket végezni.
A Spaceward Foundation és a NASA által szervezett Space Elevator Games verseny 2009. november 4. és november 6. között zajlott Dél-Kaliforniában, a Dryden Repüléskutató Központban, a híres Edwards Légibázis határain belül. A kábel próbahossza 900 méter volt, a kábelt helikopterrel emelték ki. A vezetést a LaserMotive vette át, amely 3,95 m/s-os emelőt mutatott be, ami nagyon közel van az előírt sebességhez. A felvonó a kábel teljes hosszát 3 perc 49 másodperc alatt tette meg, a lift 0,4 kg hasznos terhet szállított.
2010 augusztusában a LaserMotive bemutatta legújabb találmányát az AUVSI pilóta nélküli rendszerek konferenciáján Denverben, Colorado államban. Egy új típusú lézer segít gazdaságosabban továbbítani az energiát nagy távolságokra, a lézer csak néhány wattot fogyaszt.
Irodalom

Jurij Artsutanov "Az űrbe - elektromos mozdonyon"„Komsomolskaya Pravda” című újság 1960. július 31-én.
Alexander Bolonkin „Nem rakéta űrindítás és repülés”, Elsevier, 2006, 488 p. http://www.scribd.com/doc/24056182
Térlift különböző munkákban

Arthur C. Clarke egyik híres műve, a The Fountains of Paradise egy űrlift ötletén alapul. Emellett megjelenik egy térlift és a döntőben híres tetralógiájának részei: A Space Odyssey (3001: The Final Odyssey).
A Battle Angel egy ciklop űrlifttel rendelkezik, amelynek egyik végén Salem Sky City (polgárok számára) és egy alsó város (nem állampolgárok számára), a másik végén pedig Yeru űrváros található. Hasonló szerkezet található a Föld másik oldalán.
A Star Trek: Voyager 3x19 „Rise” című epizódjában egy űrlift segít a legénységnek elmenekülni egy veszélyes légkörű bolygóról.
A Civilization IV űrlifttel rendelkezik. Ott ő a későbbi „Nagy Csodák” egyike.
Timothy Zahn "Selyemhernyó" (1985) tudományos-fantasztikus regénye említ egy bolygót, amely képes szuperszálat termelni. Az egyik, a bolygó iránt érdeklődő faj kifejezetten egy űrlift építéséhez akarta ezt a szálat beszerezni.
Szergej Lukjanenko „Csillagok hideg játékok” című dilógiájában az egyik földönkívüli civilizáció, a csillagközi kereskedelem folyamatában, szupererős szálakat szállított a Földre, amelyekből űrliftet lehetne építeni. De a földönkívüli civilizációk kizárólagosan ragaszkodtak ehhez használat közbenőket rendeltetésüknek megfelelően - a szülés során való segítés érdekében.
Az anime Mobile Suit Gundam 00-ban három űrlift található, amelyekhez egy napelemgyűrű is csatlakozik, amely lehetővé teszi az űrlift áramtermelésre való felhasználását.
Az animében a Z.O.E. A Dolores űrlifttel rendelkezik, és azt is megmutatja, mi történhet terrortámadás esetén.
J. Scalzi „Győzelemre ítélve” című tudományos-fantasztikus regényében (eng. Scalzi, John. Old Man's War) az űrliftrendszereket aktívan használják a Földön, számos földi kolónián és más magasan fejlett intelligens fajokhoz tartozó néhány bolygón a kommunikációhoz a csillagközi hajók kikötőhelyei.
Alexander Gromov „Holnap lesz örökkévalóság” című tudományos-fantasztikus regényében a cselekmény az űrlift létezésének ténye köré épül. Két eszköz van - egy forrás és egy vevő, amelyek egy „energiasugár” segítségével képesek a felvonó „kabinját” pályára emelni.
Alastair Reynolds A mélység városa című fantasy-regénye részletes leírást ad a szerkezetről és működőképesűrlift, annak (terrortámadás következtében) megsemmisülésének folyamatát ismertetik.
Terry Pratchett Strata című tudományos-fantasztikus regényében a Line látható, egy rendkívül hosszú mesterséges molekula, amelyet űrliftként használnak.
Említésre került a Zvuki Mu csoport „Elevator to Heaven” című dalában
Az űrliftet a Trinity Blood című animesorozat említi, amelyben az Arc űrhajó szolgál ellensúlyként.
A Sonic Colors játék legelején látható, hogy Sonic and Tails űrlifttel felszáll a Dr. Eggman's Parkba
Lásd még

Űrfegyver
Indítsa el a hurkot
Tér szökőkút
Megjegyzések

http://galspace.spb.ru/nature.file/lift.html Űrlift és a nanotechnológia
Az űrbe – lifttel! // KP.RU
Űrlift társadalmi-politikai pályán kering és a népszerű tudomány Orosz Űrmagazin 2008. 11. szám
A szén nanocsövek két nagyságrenddel erősebbek, mint az acél
MEMBRÁNA | Világhírek | A nanocsövek nem élik túl az űrliftet
Az új grafénpapír erősebbnek bizonyult, mint az acél
Lemeshko Andrej Viktorovics. Űrlift Lemeshko A.V./ Űrlift Lemeshko A.V.
hu:Műholdas televízió#Technológia
Az égbe tartó lift rekordokat dönt a jövőre való tekintettel
Kifejlesztettek egy lézert, amely űrlifteket is képes működtetni
LaserMotive lézerhajtású helikopterek bemutatására az AUVSI pilóta nélküli rendszerei Észak-Amerikában 2010

Ma az űrkutatás nem csupán egy világméretű elképzelés, hanem egy olyan cél, amelyre minden egyes állam és koalícióik egésze törekszik. Az űr további feltárásához, valamint a bolygók sikeres kolonizálásához intenzív technológiai fejlesztésre van szükség, amely a világűrben való mozgás új eszközeinek, eszközeinek és módszereinek megjelenéséhez vezethet. Az ilyen technológiák fejlesztését elősegítő kísérleteket olyan orbitális állomásokon végeznek, mint az ISS vagy a Tiangong.

Emiatt az űrhajózás területén végzett mai kutatások lenyűgöző része ezen állomások és személyzetük termelékenységének növelését, valamint az állomások üzemeltetési költségeinek és az emberi erőforrások fenntartásának csökkentését célozza. Ezután az egyik legambiciózusabb és legnagyszabásúbb projektet tekintjük ezen a területen - egy űrliftet.

Az űrlift építésének fő célja a rakomány Föld körüli pályára szállításának költségeinek csökkentése. A helyzet az, hogy bármilyen rakományt szállító űrhajóval egy orbitális állomásra szállítani meglehetősen drága. Például a NASA egyik szállítóhajója, amelyet a SpaceX - Dragon fejlesztett ki, körülbelül 133 millió dollár indítási költséget igényel, míg a legutóbbi küldetés során (SpaceX CRS-9) a hajót 5000 fonttal (2268 kg) terhelték meg. Így, ha kiszámolja egy font költségét, akkor 58,6 ezer dollár lesz 1 kg-onként.

Egy művész benyomása egy űrliftről

Űrlift

Aki azt hiszi, hogy a nanotechnológia segítségével csak valami szubmikroszkópos, az emberi szem számára láthatatlan dolgot lehet létrehozni, az valószínűleg meglepődni fog a NASA szakemberei által nemrégiben kidolgozott projekten, amely a tudósok és a tábornok részéről annyi figyelmet keltett. nyilvános. Az úgynevezett űrlift projektről beszélünk.

Az űrlift egy több tízezer kilométer hosszú kábel, amely egy keringő űrállomást köt össze a Csendes-óceán közepén található platformmal.

Az űrlift ötlete több mint egy évszázados. 1895-ben először a nagy orosz tudós, Konsztantyin Ciolkovszkij, a modern űrhajózás megalapítója beszélt erről. Rámutatott, hogy a modern rakétatudomány alapelve nem teszi lehetővé, hogy a modern hordozórakéták hatékony eszközei legyenek a rakomány űrbe juttatásának. Ennek több oka is van:

Először is, a modern rakéták hatékonysága nagyon alacsony, mivel az első fokozatú hajtóművek teljesítményének oroszlánrésze a gravitációs erő leküzdésére szolgál.

Másodszor, ismert, hogy az üzemanyag tömegének többszöri jelentős növekedése csak kis sebességnövekedést eredményezrakéták. Ezért például az amerikai Saturn-Apollo rakétarendszer 2900 tonnás kilövőtömeggel mindössze 129 tonnát állított pályára. Ebből adódik a rakétákkal történő űrindítás csillagászati költsége (egy kilogramm rakomány alacsony pályára állítása átlagosan körülbelül 10 000 dollárba kerül.)

És a rakéták kilövési költségeinek csökkentésére tett többszöri kísérletek ellenére úgy tűnik, hogy az áruk és emberek pályára szállításának költsége radikálisan lecsökken a modern rakétatechnológiákon alapuló szabványos légi szállítás költségeire.

alapvetően lehetetlen.

A Los Alamos National Laboratory kutatói egy űrlift létrehozását javasolták, hogy olcsóbban szállítsák a rakományt az űrbe. Az előzetes becslések szerint a rakomány lifttel történő elindításának költsége több tízezer dollárról kilogrammonként 10 dollárra csökkenhet. A tudósok úgy vélik

hogy az űrlift szó szerint felforgathatja a világot, teljesen új lehetőségeket adva az emberiségnek.

A felvonó lényegében az orbitális állomást a Föld felszínén lévő platformmal összekötő kábel lesz.A kábel mentén lánctalpas kabinok fognak fel-le mozogni, szállítva a műholdakat és szondákat, amelyeket pályára kell bocsátani. Ennek a felvonónak a segítségével a legtetején indítóállást lehet majd építeni az űrben a Holdra, a Marsra, a Vénuszra és az aszteroidákra tartó űrhajóknak. Maguk a felvonókabinok energiaellátásának problémáját eredeti módon oldották meg: a kábelt napelemekkel fedik le, vagy a kabinokat kisméretű fotovoltaikus panelekkel látják el, amelyeket a Földről érkező erős lézerek világítanak meg.

A tudósok azt javasolják, hogy az űrlift földi alapját az óceánba, a Csendes-óceán egyenlítői vizébe helyezzék, több száz kilométerre a kereskedelmi repülési útvonalaktól. Ismeretes, hogy a hurrikánok soha nem lépik át az Egyenlítőt, és itt szinte nincs is villámlás, ami további védelmet nyújt a liftnek.

Az űrliftet Ciolkovszkij, valamint Arthur C. Clarke tudományos-fantasztikus író művei írják le, és egy ilyen lift megépítésének projektjét Jurij Artsutanov leningrádi mérnök dolgozta ki 1960-ban. Sok éven át az Astrakhan volt az űrlift ötletének aktív hirdetője

tudós G. Polyakov.

De eddig még senki sem tudott olyan könnyű és erős anyagot kínálni, amiből űrkábelt lehetne készíteni. Egészen a közelmúltig a legtartósabb anyag az acél volt. De nem lehet több ezer kilométer hosszú acélkábelt készíteni, mivel az egyszerűsített számítások is azt mutatják, hogy a szükséges szilárdságú acélkábel már 50 km-es magasságban összeomlana saját súlya alatt.

A nanotechnológia fejlődésével azonban valóságos lehetőség nyílt arra, hogy ultraerős és ultrakönnyű szén nanocsövekből készült szálakból a szükséges tulajdonságokkal rendelkező kábelt állítsák elő, eddig még egy méter hosszút sem sikerült senkinek. nanocsövekből származó kábelt, de a projekt fejlesztői szerint a nanocsövek gyártási technológiáit nap mint nap fejlesztik, így néhány éven belül egy ilyen kábel is elkészülhet.

A felvonó fő eleme egy kábel, melynek egyik vége a Föld felszínéhez van rögzítve, a másik pedig mintegy 100 ezer km magasságban elveszik az űrben. Ez a kábel nem csak „lóg” a világűrben, hanem zsinórszerűen megfeszül két többirányú erő hatására: a középpont

menekülő és centripetális.

A természetük megértéséhez képzelje el, hogy egy tárgyat kötélhez kötött, és elkezdte kicsavarni. Amint elér egy bizonyos sebességet, a kötél megfeszül, mert egy centrifugális erő hat a tárgyra, és egy centripetális erő hat magára a kötélre, amely meghúzza azt. Valami hasonló történik az űrbe emelt kábellel. Bármely tárgy a felső végén, vagy akár maga a szabad vége is forogni fog, mint bolygónk mesterséges műholdja, csak egy speciális „kötéllel” „kötözve” a föld felszínéhez.

Az erőegyensúly akkor következik be, amikor az óriáskötél tömegközéppontja 36 ezer kilométeres magasságban, vagyis az úgynevezett geostacionárius pályán van. Ott lógnak a mesterséges műholdak mozdulatlanul a Föld felett, és 24 óra alatt teljes körforgást hajtanak végre vele. Ebben az esetben nemcsak megfeszül, hanem folyamatosan egy szigorúan meghatározott pozíciót is el tud majd foglalni - a földi horizonthoz függőlegesen, pontosan bolygónk közepe felé.

24. ábra: Az űrlift Pat Rawlings művész elképzelése szerint*

Újranyomva a http://flightprojects.msfc.nasa.gov webhelyről

Az űrlift építésének megkezdéséhez néhány űrsiklórepülést kell végrehajtani. Ők és egy speciális platform saját autonóm motorral 20 tonna kábelt szállítanak geostacionárius pályára. Ezután a kábel egyik végét le kell engedni a Földre, és valahol a Csendes-óceán egyenlítői zónájában rögzíteni kell egy olyan platformon, amely hasonló a jelenlegi rakétakilövő kilövőálláshoz.

Ezután speciális emelőket terveznek a kábel mentén, amelyek újabb és újabb rétegű nanocső bevonattal látják el a kábelt, növelve annak szilárdságát. Ez a folyamat néhány évig tart, és elkészül az első űrlift.

Furcsa egybeesések: 1979-ben Arthur C. Clarke tudományos-fantasztikus író „A Paradicsom szökőkútjai” című regényében egy „űrlift” ötletét vetette fel, és javasolta az acél kicserélését egy bizonyos ultraerős „ál-egyre” -dimenziós gyémántkristály”, amely ennek az eszköznek a fő építőanyaga lett. A legérdekesebb dolog az, hogy Clark szinte sejtette.Az űrlift építési projektjének jelenlegi érdeklődési szakasza pontosan a szénkristályokhoz - nanocsövekhez kapcsolódik, amelyek figyelemre méltó tulajdonságokkal rendelkeznek, amelyeket már megismertünk.

És ami teljesen meglepő: a fizikust, az űrlift fejlesztésének egyik résztvevőjét Ron Morgannak hívják. Morgan volt a neve Arthur C. Clarke regényének szereplőjének is, az űrliftet építő mérnöknek!

Az űrliften való utazás valószínűleg egy hőlégballonos repülésre fog emlékeztetni – fúvókák zúgása, dühödt lángcsóva nélkül. A Föld simán lezuhan. A házak egyre kisebbek, az utak alig észrevehető szálakká válnak, a folyók ezüstös szalagjai elvékonyodnak. Végül az alsó, hiú világ rejtőzik a felhőkben, és feltárul a felső, transzcendentális világ. A légkör elmúlt, az üveg mögött kozmikus feketeség. A kabin pedig egyre feljebb csúszik egy kábel mentén, láthatatlan a bolygó kékeszöld háttere előtt, és a feneketlen űrbe kerül.

Ciolkovszkij olyan konstrukciót is leírt, amely összekötheti a pályát a Föld felszínével. Az 1960-as évek elején az ötletet Jurij Artsutanov dolgozta ki, Arthur Clarke pedig a Paradicsom szökőkútjai című regényében használta fel. A „World of Fantasy” visszatér az űrlift témájához, és megpróbálja elképzelni, hogyan működjön és mi kell hozzá.

Geostacionárius pálya

Lehetséges, hogy egy műhold mozdulatlanná fagy a megfigyelő feje fölött? Ha a Föld mozdulatlan lenne, mint a világ Ptolemaioszi rendszerében, akkor a válasz „nem” lenne – végül is centrifugális erő nélkül a műhold nem maradna pályán. De mint tudjuk, maga a megfigyelő nem mozdul, hanem együtt forog a bolygóval. Ha a műhold keringési periódusa egy sziderikus nappal (23 óra 56 perc 4 másodperc), és keringése az egyenlítői síkban van, a készülék az úgynevezett „álláspont” fölött lebeg.

Geostacionáriusnak nevezzük azt a pályát, amelyen a műhold stacionárius pontjához képest áll. Az űrkutatás szempontjából pedig rendkívül fontos. Itt található a legtöbb kommunikációs műhold, és a kommunikáció a tér kereskedelmi célú felhasználásának fő területe. Az egyenlítő felett függő átjátszón keresztüli adások álló „lemezeken” fogadhatók.

Van egy elképzelés egy emberes állomás geostacionárius pályára állítására is. Miért? Először is a kommunikációs műholdak karbantartásához és javításához. Ahhoz, hogy a műholdak még több évig szolgálhassanak, sokszor csak a napelemek és az antenna tájolását biztosító mikromotorok tankolása szükséges. Az emberes állomás képes lesz a geostacionárius pályán manőverezni, leereszkedni (egyúttal szögsebessége is nagyobb lesz, mint az „álló” műholdaké), utolérni a karbantartást igénylő járművet és újra felemelkedni. Ez nem fog több üzemanyagot fogyasztani, mint amennyit egy alacsony pályán lévő állomás elfogyaszt, ha legyőzi a ritka légkör súrlódásait.

Úgy tűnik, a haszon óriási. De egy ilyen távoli előőrs ellátása túl drága lenne. A személyzet cseréjéhez és a szállítóhajók küldéséhez a jelenleg használtaknál ötször nehezebb hordozórakétára lesz szükség. Sokkal vonzóbb ötlet egy magaslati állomás használata űrlift megépítéséhez.

Kábelek

Mi történik, ha egy geostacionárius műholdról ledobnak egy kábelt a Föld felé? Először a Coriolis-erő viszi előre. Hiszen ugyanazt a sebességet fogja venni, mint a műhold, de alacsonyabb pályán kering, ami azt jelenti, hogy a szögsebessége nagyobb lesz. De egy idő után a kábel elhízik és függőlegesen lóg. A forgási sugár csökkenni fog, és a centrifugális erő többé nem lesz képes kiegyensúlyozni a gravitációs erőt. Ha folytatja a kötél maratását, előbb-utóbb eléri a bolygó felszínét.

A rendszer súlypontjának elmozdulásának megakadályozása érdekében ellensúlyra van szükség. Vannak, akik kiégett műholdak vagy akár egy kis aszteroidák használatát javasolják ballasztként. De van egy érdekesebb lehetőség - a kábelt az ellenkező irányba, a Földről maratni. Kiegyenesedik és nyúlik is. De már nem a saját súlya alatt, hanem a centrifugális erő miatt.

A második kábel hasznosabb lesz, mint az egyszerű ballaszt. Az olcsó, rakétamentes rakomány geostacionárius pályára szállítása hasznos, de önmagában nem fogja kifizetni a lift költségeit. A 36 000 kilométeres magasságban található állomás csak átszállási pont lesz. Továbbá, energiafogyasztás nélkül, centrifugális erővel felgyorsítva, a terhelések a második kábel mentén mozognak. A Földtől 144 000 kilométeres távolságban sebességük meghaladja a második kozmikus sebességet. A felvonó katapulttá alakul, és a bolygó forgási energiáját felhasználva lövedékeket küld a Holdra, a Vénuszra és a Marsra.

A probléma a kábellel van, ami fantasztikus hosszúsága ellenére sem szakadhat el saját súlya alatt. Acélkötéllel ez már 60 kilométeres hosszon megtörténik (és valószínűleg sokkal korábban, mivel a hibák elkerülhetetlenek a szövés során). Elkerülheti a szakadást, ha a kötél vastagsága exponenciálisan növekszik a magassággal - elvégre minden következő szakasznak ki kell bírnia a saját súlyát és az összes korábbi súlyát. A gondolatkísérletet azonban meg kell szakítani: a felső végéhez közelebb a kábel olyan vastagságot ér el, hogy a földkéreg vastartaléka egyszerűen nem elegendő.

Még a legerősebb polietilén „Dyneema”, amelyből testpáncél és ejtőernyősorok készülnek, nem alkalmasak. Kis sűrűségű, egy négyzetmilliméter keresztmetszetével két tonnás terhelést is elbír, saját súlya alatt csak 2500 kilométeres hosszon törik. De a Dainima kábelnek körülbelül 300 000 tonna tömegűnek és 10 méter vastagságúnak kell lennie a felső végén. Ilyen rakományt szinte lehetetlen pályára szállítani, a liftet pedig csak felülről lehet megépíteni.

Reményt adnak az 1991-ben felfedezett szén nanocsövek, amelyek elméletileg 30-szor erősebbek lehetnek, mint a kevlár (a gyakorlatban a polietilén kötél még mindig erősebb). Ha a potenciáljukkal kapcsolatos optimista becslések beigazolódnak, akkor lehetséges lesz egy állandó keresztmetszetű, 36 000 km hosszúságú, 270 tonna tömegű és 10 tonnás teherbírású szalag előállítása. És ha még a pesszimista becslések is beigazolódnak, akkor a Föld közelében 1 milliméter vastag kábellel és pályán 25 centiméteres (tömeg 900 tonna az ellensúly figyelembe vétele nélkül) felvonó többé nem lesz sci-fi.

Emel

Az űrlift felvonójának létrehozása nem triviális feladat. Kábel készítéséhez csak egy új technológiát kell kifejlesztenie. Egy olyan mechanizmust, amely képes felmászni erre a kábelre, és rakományt pályára állítani, még nem találtak fel. A „földi” módszer, amikor a kabint dobra tekercselt kötélhez rögzítik, nem állja ki a kritikát: a teher tömege elhanyagolható lesz a kötél tömegéhez képest. A felvonónak magától kell felmásznia.

Úgy tűnik, hogy ezt nem nehéz megvalósítani. A kábel beszorul a görgők közé, és a gép a súrlódástól tartva felkúszik. De ez csak a sci-fiben egy űrlift – egy torony vagy egy hatalmas oszlop, amelyen belül a kabin mozog. A valóságban egy alig látható szál éri el a Föld felszínét, legjobb esetben is: egy keskeny szalag. A görgők érintkezési felülete a támasztékkal elhanyagolható lesz, ami azt jelenti, hogy a súrlódás nem lehet nagy.

Van még egy korlátozás - a mechanizmus nem károsíthatja a kábelt. Sajnos, bár a nanoszövet hihetetlenül szakadásálló, ez nem jelenti azt, hogy nehéz lenne vágni vagy koptatni. A törött kábel cseréje nagyon nehéz lesz. Ha pedig nagy magasságban felrobban, a centrifugális erő messze az űrbe viszi az állomást, tönkretéve az egész projektet. Annak érdekében, hogy vészhelyzetben a rendszer súlypontja pályán maradjon, kis aknákat kell elhelyezni a kábel teljes hosszában. Ha az egyik ág eltörik, azonnal lelövi a másik ág egyforma részét.

Sok más érdekes probléma is meg kell oldani. Például az egymás felé mozgó liftek divergenciája és az utasok kimentése a „beszorult” kabinokból.

A legnehezebb probléma a felvonó áramellátása. A motor sok energiát igényel. A meglévő és a fejlesztés alatt álló akkumulátorok kapacitása nem elegendő. A vegyi üzemanyag és oxidálószer ellátása a felvonót tartályokból és motorokból álló többlépcsős rendszerré alakítja. Ehhez a csodálatos kialakításhoz egyébként nincs szükség drága kábelre - jelenleg létezik, és „booster rakétának” hívják.

A legegyszerűbb az érintkező vezetékek beépítése a kábelbe. De a kábel nem bírja a fémhuzalozás súlyát, ami azt jelenti, hogy a nanocsöveket meg kell „tanítani” elektromos áram vezetésére. A napelemes vagy radioizotóp-forrás autonóm áramellátása meglehetősen gyenge: a legoptimistább becslések szerint évtizedekig tart az emelkedés. Egy jobb tömeg/teljesítmény arányú atomreaktornak évekbe telne, míg a kabin pályára állna. De maga túl nehéz, és két-három tankolást is igényel az út során.

Talán a legjobb megoldás az energia átvitele lézerrel vagy mikrohullámú pisztollyal, besugározva a lift vevőkészülékét. De ez sem hiányosságok nélkül. A technológia jelenlegi szintjén a kapott energiának csak egy kisebb része alakítható át villamos energiává. A többi hővé alakul, amit nagyon problémás lesz eltávolítani levegőtlen térben.

Ha egy kábel megsérül, nehéz lesz javítókat eljuttatni a sérült területre. És ha eltörik, már késő (képkocka a Halo 3: ODST játékból)

Sugárvédelem

Rossz hír a könnyeden utazni vágyóknak: a lift áthalad a Föld sugárzónáin. A bolygó mágneses tere felfogja a napszél részecskéit - protonokat és elektronokat -, és megakadályozza, hogy veszélyes sugárzás érje a felszínt. Ennek eredményeként a Földet az egyenlítői síkban két kolosszális tori veszi körül, amelyek belsejében a töltött részecskék koncentrálódnak. Még az űrhajók is megpróbálják elkerülni ezeket a területeket.

Az első öv, a protoncsapda 500-1300 kilométeres magasságban kezdődik és 7000 kilométeres magasságban ér véget. Mögötte körülbelül 13 000 kilométeres magasságig viszonylag biztonságos terület található. De még tovább, 13 és 20 ezer kilométer között húzódik a nagyenergiájú elektronok külső sugárzási öve.

Az orbitális állomások a sugárzási övek alatt forognak. Az emberes űrhajók csak holdexpedíciók során keltek át rajtuk, csak néhány órát töltöttek rajta. De a felvonónak körülbelül egy napra lesz szüksége az egyes övek leküzdéséhez. Ez azt jelenti, hogy a kabint komoly sugárzás elleni védelemmel kell ellátni.

Kikötőtorony

Az űrlift alapját általában úgy képzelik el, mint egy föld feletti építmények komplexumát, amelyek valahol Ecuadorban, Gabon dzsungelében vagy egy óceániai atollban találhatók. De nem mindig a legkézenfekvőbb megoldás a legjobb. Miután kiengedték a pályáról, a heveder rögzíthető egy hajó fedélzetére vagy egy hatalmas torony tetejére. A tengeri hajó kikerüli a hurrikánokat, amelyek ha nem törik le a jelentős széllel rendelkező liftet, de kidobhatják róla a felvonókat.

A 12-15 kilométer magas torony megvédi a kábelt a légkör erőszakától, és némileg lerövidíti a hosszát is. Első pillantásra a haszon jelentéktelennek tűnik, de ha a kábel tömege exponenciálisan függ a hosszától, akkor már egy apró erősítés is észrevehető megtakarítást eredményez. Ezenkívül a kikötőtorony lehetővé teszi a rendszer teherbíró képességének megközelítőleg megduplázását a menet legvékonyabb és legsérülékenyebb szakaszának megszüntetésével.

Ilyen magasságú épületet azonban csak a tudományos-fantasztikus regények lapjain lehet felhúzni. Elméletileg egy ilyen tornyot gyémánt keménységű anyagból lehet építeni. A gyakorlatban egyetlen alapítvány sem fogja támogatni a súlyát.

Ennek ellenére sok kilométeres magasságban kikötőtornyot lehet építeni. Csak az építőanyag ne beton legyen, hanem gáz: héliummal töltött léggömbök. Egy ilyen torony egy „úszó” lesz, amelynek alsó része a légkörbe merül, és az arkhimédeszi erő hatására megtámasztja az amúgy is szinte levegőtlen térben lévő felső részt. Ez a szerkezet alulról, egyedi, kis méretű és teljesen cserélhető blokkokból építhető. Nincs alapvető akadálya annak, hogy a „felfújható torony” elérje a 100 vagy akár a 160 kilométeres magasságot is.

Még űrlift nélkül is van értelme egy "úszó toronynak". Mint egy erőmű – ha a külső héjat napelemek borítják. Mint egy átjátszó, amely egy másfél ezer kilométeres sugarú területet szolgál ki. Végül, mint obszervatórium és bázis a légkör felső rétegeinek tanulmányozására.

Ha pedig nem a több száz kilométeres magasságot célozzuk meg, kikötőállomásként használhatunk egy 40 kilométeres magasságban „lehorgonyzott” gyűrű alakú léggömböt. Egy óriási léghajó (vagy több, egymás fölött elhelyezkedő léghajó) kirakja a felvonókábelt, és az utolsó tíz kilométeren veszi fel a súlyát.

De a legjelentősebb előnyöket egy mozgó platform jelentené, egy nagy magasságban lévő léghajó formájában, amely 360 km/h-s sebességgel repül az Egyenlítő felett (ami napelemekkel és atomreaktorral hajtott motorral eléggé elérhető) . Ebben az esetben a műholdnak nem kell egy pont felett lebegnie. Pályája 7000 kilométerrel a geostacionárius alatt fog elhelyezkedni, ami a kábelhosszt 20%-kal, a tömegét pedig 2,5-szeresére csökkenti (figyelembe véve a „kikötőtorony” használatából származó előnyöket). Továbbra is meg kell oldani a rakománynak a léghajóba szállításának problémáját.

Gravitációs katapult

Az űrlift a legambiciózusabb, de nem az egyetlen olyan projekt, amely kötéllel űrhajót indít. Néhány további terv a technológia jelenlegi szintjén megvalósítható.

Mi történik például, ha egy kábellel megkötött terhet „feltolnak” a pályán lógó siklóról, távol a Földtől? A lendület megmaradásának törvénye szerint maga a hajó alacsonyabb pályára fog állni. És esni fog. A teher, magával húzva a letekercselő kábelt, először a Coriolis-erő hatására visszatereli, majd „felfelé” siet. Valójában a forgási sugár növekedésével a gravitáció gyengül, és a centrifugális erő nő. A rendszer úgy fog működni, mint egy trebuchet – egy ősi dobógép. Az űrsikló a kövekkel ellátott ketrec szerepét veszi át, a kábel hevederré alakul, a tengely pedig a rendszer általános tömegközéppontja lesz, amely a hajó kezdeti pályáján súlytalanságban van. A tengelyhez képest elfordulva a kábel függőleges irányban kiegyenesedik, megnyúlik és kidobja a terhet.

A gravitációs katapult és az űrlift között az a különbség, hogy a liftben a „ketrec” szerepét maga a bolygó tölti be, és a „Földlövedék” tömegközéppontjához képest megkülönböztethetetlenül kis magasságba „zuhan”. rendszer. Ebben az esetben az űrsikló mozgási energiája elhasználódik. A hajó lendületének egy részét átadja a rakománynak - mondjuk egy automatikus bolygóközi állomásnak -, elveszíti sebességét és magasságát, és behatol a légkör sűrű rétegeibe. Ami azért is jó, mert általában ahhoz, hogy kimozduljon a siklóból, le kell lassítani a motorokat, elégetve az üzemanyagot.

Az űrsikló kábelkatapult segítségével 2-3-szor több rakományt tud majd eljuttatni a Marsra vagy a Vénuszra, mint a hagyományos módon. Ami azonban továbbra sem teszi lehetővé, hogy az űrsiklórendszer versenyezzen egy hagyományos hordozórakétával a hatékonyság tekintetében. Hiszen a „katapult” kilövéshez nem csak a rakományt, hanem egy „ellensúllyal” ellátott gigantikus kábelt is pályára kell bocsátani. A másik dolog az, hogy a katapult ellensúlya közvetlenül a pályán található - például egy szállítóhajó, amely befejezte a küldetését, megteszi. Ráadásul „űrszemét” tömege kering bolygónk körül, amelyeket belátható időn belül össze kell gyűjteni.

* * *

Az űrlift építésével kapcsolatos problémák még korántsem megoldódtak. A rakéták és siklók költséghatékony alternatívája nem jelenik meg hamarosan. De jelenleg a „lépcső az ürességhez” a legfantasztikusabb és legnagyszabásúbb projekt, amelyen a tudomány dolgozik. Még ha a szerkezet, amelynek hossza a bolygó átmérőjének tucatszorosa, hatástalannak bizonyul, az emberi történelem új szakaszának kezdetét jelenti. Ugyanaz a „bölcsőből való kilépés”, amelyről Konstantin Eduardovics Ciolkovszkij beszélt több mint egy évszázaddal ezelőtt.

Sokan ismerik a bibliai történetet arról, hogy az emberek hogyan akartak Istenhez hasonlóvá válni, és elhatározták, hogy olyan magas tornyot emelnek, mint az ég. Az Úr dühösen minden embert más nyelven beszélt, és az építkezés leállt.

Nehéz megmondani, hogy ez igaz-e vagy sem, de több ezer év után az emberiség újra elgondolkodott egy szupertorony építésének lehetőségén. Hiszen ha sikerül felépíteni egy több tízezer kilométer magas építményt, akkor közel ezerszeresére csökkentheti a rakomány űrbe szállításának költségeit! A tér egyszer s mindenkorra megszűnik valami távoli és elérhetetlen lenni.

Kedves tér!

Az űrlift koncepciójával először a nagy orosz tudós, Konsztantyin Ciolkovszkij foglalkozott. Feltételezte, hogy ha 40 000 kilométer magas tornyot építünk, akkor bolygónk centrifugális ereje megtartja az egész szerkezetet, megakadályozva, hogy lezuhanjon.

Ennek az ötletnek első pillantásra manilovizmus szaga van egy mérfölddel arrébb, de gondoljunk logikusan. Manapság a rakéták tömegének nagy része üzemanyag, amelyet a Föld gravitációjának leküzdésére fordítanak. Ez természetesen az indulási árat is befolyásolja. Egy kilogramm hasznos teher alacsony Föld körüli pályára szállításának költsége körülbelül 20 000 dollár.

Így amikor a rokonok lekvárt adnak az ISS űrhajósainak, biztos lehetsz benne: ez a világ legdrágább finomsága. Ezt még Anglia királynője sem engedheti meg magának!

Egy űrsikló elindítása 500-700 millió dollárba került a NASA-nak. Az amerikai gazdaság problémái miatt a NASA vezetősége kénytelen volt bezárni az űrsiklóprogramot, és az ISS-re szállított rakományt magáncégekre bízni.

A gazdasági problémák mellett politikai problémák is vannak. Az ukrán kérdés körüli nézeteltérések miatt a nyugati országok számos szankciót és korlátozást vezettek be Oroszországgal szemben. Sajnos ezek az űrhajózási együttműködésre is hatással voltak. A NASA parancsot kapott az amerikai kormánytól, hogy fagyasszon be minden közös projektet, kivéve az ISS-t. Dmitrij Rogozin miniszterelnök-helyettes válaszában közölte, hogy Oroszország 2020 után nem érdekelt az ISS-projektben való részvételben, és más célokra és célkitűzésekre kíván áttérni, például állandó tudományos bázis létrehozására a Holdon és egy emberes repülésre a Marsra.

Valószínűleg Oroszország ezt Kínával, Indiával és esetleg Brazíliával együtt fogja megtenni. Meg kell jegyezni: Oroszország már befejezte a munkát a projekten, és a nyugati szankciók egyszerűen felgyorsították ezt a folyamatot.

Az ilyen grandiózus tervek ellenére minden papíron maradhat, hacsak nem dolgoznak ki egy hatékonyabb és olcsóbb módot a földi légkörön túli rakományszállításra. Összesen több mint 100 milliárd dollárt költöttek ugyanannak az ISS-nek az építésére! Még elképzelni is ijesztő, mennyi „zöldségbe” lesz szükség egy állomás létrehozásához a Holdon.

Az űrlift tökéletes megoldás lehet a problémára. Amint a lift üzembe áll, a szállítási költségek kilogrammonként két dollárra csökkenhetnek. De először alaposan át kell gondolnia, hogyan építse fel.

Biztonsági határ

1959-ben Jurij Nikolaevich Artsutanov leningrádi mérnök kifejlesztette az űrlift első működő változatát. Mivel bolygónk gravitációja miatt alulról felfelé nem lehet liftet építeni, az ellenkezőjét javasolta – fentről lefelé építkezni. Ehhez egy speciális műholdat kellett geostacionárius pályára állítani (kb. 36 000 kilométerre), ahol a Föld egyenlítőjének egy bizonyos pontja felett kellett állást foglalnia. Ezután kezdje el összeszerelni a kábeleket a műholdon, és fokozatosan engedje le őket a bolygó felszíne felé. Maga a műhold az ellensúly szerepét is betöltötte, folyamatosan feszesen tartotta a kábeleket.

Ezt a gondolatot a nagyközönség akkor ismerhette meg részletesen, amikor 1960-ban a Komsomolskaya Pravda interjút közölt Artsutanovval. Az interjút a nyugati média is közzétette, ami után az egész világot „liftláz” érte. A tudományos-fantasztikus írók különösen buzgók voltak, rózsás jövőképeket festettek, amelyek nélkülözhetetlen tulajdonsága az űrlift volt.

A lift létrehozásának lehetőségét tanulmányozó valamennyi szakértő egyetért abban, hogy e terv megvalósításának fő akadálya a kellően erős kábelanyag hiánya. Számítások szerint ennek a feltételezett anyagnak 120 gigapascal feszültséget kell kibírnia, azaz. több mint 100 000 kilogramm négyzetméterenként!

Az acél szilárdsága hozzávetőlegesen 2 gigapascal, a különösen erős opcióknál maximum 5 gigapascal, a kvarcszálnál valamivel 20 felett van. Ez egyszerűen szörnyen alacsony. Felmerül az örök kérdés: mit tegyünk? Nanotechnológia fejlesztése. A felvonókábel szerepére a legígéretesebb jelöltek a szén nanocsövek lehetnek. A számítások szerint erősségüknek jóval nagyobbnak kell lennie, mint a minimum 120 gigapascal.

Az eddigi legerősebb minta 52 gigapascal feszültséget tudott elviselni, de a legtöbb esetben 30-50 gigapascal között repedtek. Hosszas kutatómunka és kísérletezés során hallatlan eredményt sikerült elérnie a Dél-Kaliforniai Egyetem szakembereinek: csövük 98,9 gigapascal feszültséget tudott elviselni!

Sajnos ez egyszeri siker volt, és van még egy jelentős probléma a szén nanocsövekkel. Nicolas Pugno, a Torinói Műszaki Egyetem tudósa kiábrándító következtetésre jutott. Kiderül, hogy még egy atom elmozdulása miatt is a széncsövek szerkezetében, egy bizonyos terület szilárdsága meredeken, 30% -kal csökkenhet. És mindezt annak ellenére, hogy az eddig kapott leghosszabb nanocső minta mindössze két centiméter. És ha figyelembe vesszük azt a tényt, hogy a kábel hosszának közel 40 000 kilométernek kell lennie, a feladat egyszerűen lehetetlennek tűnik.

Törmelék és viharok

Egy másik nagyon komoly probléma az űrszeméttel kapcsolatos. Amikor az emberiség megállapodott a Föld-közeli pályán, elkezdte egyik kedvenc időtöltését – létfontosságú tevékenysége termékeivel beszennyezte a környező teret. A legelején valahogy nem aggódtunk különösebben emiatt. „Végül is a tér végtelen! - okoskodtunk. "Eldobod a papírdarabot, és az folytatja az Univerzum hatalmasságának felfedezését!"

Itt követtünk el hibát. A repülőgépek összes törmeléke és maradványa arra van ítélve, hogy örökre a Föld körül keringjen, és elfogja erős gravitációs tere. Nem kell mérnök ahhoz, hogy kitalálja, mi történne, ha egy ilyen szemétdarab ütközne egy kábellel. Ezért a világ minden tájáról kutatók ezrei törik a fejüket egy földközeli szemétlerakó felszámolásán.

A bolygó felszínén lévő felvonótalp helyzete sem teljesen egyértelmű. Kezdetben egy helyhez kötött bázis létrehozását tervezték az Egyenlítőnél, hogy biztosítsák a geostacionárius műholddal való szinkronizálást. Ekkor azonban a hurrikánszelek és egyéb természeti katasztrófák liftjét érő káros hatásai nem kerülhetők el.

Aztán felmerült az ötlet, hogy az alapot egy úszó platformhoz rögzítsék, amely képes manőverezni és „elkerülni” a viharokat. De ebben az esetben a pályán és a platformon lévő kezelők kénytelenek minden mozdulatot sebészeti pontossággal és abszolút szinkronizálással végrehajtani, különben az egész szerkezet a pokolba kerül.

Fel a fejjel!

A csillagok felé vezető tüskés utunkon felmerülő nehézségek és akadályok ellenére nem szabad az orrunkat lógatni, és ezt a kétségtelenül egyedülálló projektet a háttérbe szorulni. Az űrlift nem luxus, hanem létfontosságú dolog.

Enélkül a közeli űr gyarmatosítása rendkívül munkaigényes, költséges vállalkozássá válik, és sok évig is eltarthat. Természetesen vannak javaslatok az antigravitációs technológiák fejlesztésére, de ez túl távoli perspektíva, és a liftre a következő 20-30 évben szükség lesz.

A lift nem csak a terhek emeléséhez és süllyesztéséhez szükséges, hanem „mega-hevederként” is. Segítségével űrhajókat lehet a bolygóközi űrbe juttatni anélkül, hogy hatalmas mennyiségű olyan értékes üzemanyagot költenének el, amelyet egyébként a hajó felgyorsítására lehetne használni. Különösen érdekes az az ötlet, hogy lifttel tisztítsák meg a Földet a veszélyes hulladékoktól.

Tegyük fel, hogy egy atomerőműből származó kiégett nukleáris fűtőanyagot lezárt kapszulákba lehet helyezni, majd közvetlen tűzzel a Nap felé küldeni, amihez egy ilyen bogoger elégetése a torta.

De furcsa módon egy ilyen elképzelés megvalósítása nem közgazdasági vagy tudományos, hanem politikai kérdés. Szembe kell néznünk az igazsággal – a világon egyetlen ország sem képes önállóan megbirkózni egy ilyen grandiózus projekttel. Nem lehet nélkülözni a nemzetközi együttműködést.

Mindenekelőtt fontos az Egyesült Államok, az Európai Unió, Kína, Japán, India, Brazília és természetesen Oroszország részvétele. Tehát akárhogyan is nézi, le kell ülnie a tárgyalóasztalhoz, és el kell szívnia a béke pipáját. Ezért, srácok, éljünk együtt, és minden sikerülni fog!

Adilet URAIMOV