Ascensor spațial noua tehnologie a unei vechi invenții. Lift spațial: fantezie sau realitate? Ascensor pe orbită: science fiction sau o chestiune de timp

Ideea unei structuri de astro-inginerie pentru a lansa marfa pe orbita planetară sau chiar dincolo de ea. Pentru prima dată, o astfel de idee a fost exprimată de Konstantin Tsiolkovsky în 1895, ideea a fost dezvoltată în detaliu în lucrările lui Yuri Artsutanov. Designul ipotetic se bazează pe utilizarea unui cablu întins de la suprafața planetei la o stație orbitală situată în GEO. Probabil, această metodă în viitor ar putea fi mai ieftină decât utilizarea vehiculelor de lansare.
Cablul este ținut la un capăt pe suprafața planetei (Pământ), iar la celălalt într-un punct staționar deasupra planetei deasupra orbitei geostaționare (GSO) datorită forței centrifuge. Un lift care transportă o sarcină utilă se ridică de-a lungul unui cablu. Când se ridică, sarcina va fi accelerată datorită rotației Pământului, ceea ce îi va permite să fie trimisă dincolo de gravitația Pământului la o altitudine suficient de mare.
Cablul necesită o rezistență la tracțiune extrem de mare, combinată cu o densitate scăzută. Conform calculelor teoretice, nanotuburile de carbon par a fi un material potrivit. Dacă presupunem adecvarea acestora pentru fabricarea unui cablu, atunci crearea unui lift spațial este o problemă de inginerie rezolvabilă, deși necesită utilizarea unor dezvoltări avansate și costuri ridicate de alt tip. Crearea liftului este estimată la 7-12 miliarde de dolari. NASA finanțează deja dezvoltări conexe la Institutul American pentru Cercetare Științifică, inclusiv dezvoltarea unui lift capabil să se deplaseze independent de-a lungul unui cablu.
Conținut [eliminare]
1 Design
1.1 Fundația
1.2 Cablu
1.2.1 Îngroșarea cablului
1.3 Lift
1.4 Contragreutate
1.5 Momentul unghiular, viteza și înclinarea
1.6 Lansați în spațiu
2 Construcție
3 Economia unui lift spațial
4 Realizări
5 Literatură
6 Lift spațial în diverse lucrări
7 Vezi de asemenea
8 Note
9 Legături
9.1 Organizații
9.2 Diverse
Proiecta

Există mai multe opțiuni de design. Aproape toate includ o bază (bază), cablu (cablu), ascensoare și contragreutate.
Baza
Baza unui lift spațial este locul de pe suprafața planetei unde este atașat cablul și începe ridicarea încărcăturii. Poate fi mobil, plasat pe o navă oceanică.
Avantajul unei baze mobile este capacitatea de a efectua manevre pentru a evita uraganele și furtunile. Avantajele unei baze staționare sunt surse de energie mai ieftine și mai accesibile și capacitatea de a reduce lungimea cablului. Diferența de câțiva kilometri de cablu este relativ mică, dar poate ajuta la reducerea grosimii necesare a părții din mijloc și a lungimii părții care se extinde pentru geostaționare orbită.
Cablu
Cablul trebuie să fie realizat dintr-un material cu o rezistență la tracțiune extrem de ridicată la raportul de greutate specifică. Un lift spațial va fi justificat din punct de vedere economic dacă este posibil să se producă la scară industrială la un preț rezonabil un cablu cu o densitate comparabilă cu grafitul și o rezistență de aproximativ 65–120 gigapascali.
Pentru comparație, rezistența majorității tipurilor de oțel este de aproximativ 1 GPa și chiar și cele mai puternice tipuri nu depășesc 5 GPa, iar oțelul este greu. Kevlarul mult mai ușor are o rezistență în intervalul 2,6-4,1 GPa, iar fibra de cuarț are o rezistență de până la 20 GPa și mai mare. Rezistența teoretică a fibrelor de diamant poate fi puțin mai mare.
Nanotuburile de carbon ar trebui, conform teoriei, să aibă o elasticitate mult mai mare decât cea necesară pentru un ascensor spațial. Cu toate acestea, tehnologia de producere a acestora în cantități industriale și de țesut în cabluri abia începe să fie dezvoltată. Teoretic, rezistența lor ar trebui să fie mai mare de 120 GPa, dar în practică cea mai mare alungire a unui nanotub cu un singur perete a fost de 52 GPa și, în medie, s-au spart în intervalul 30-50 GPa. Cel mai puternic fir, țesut din nanotuburi, va fi mai slab decât componentele sale. Cercetările pentru a îmbunătăți puritatea materialului tubului și pentru a crea diferite tipuri de tuburi continuă.
Majoritatea proiectelor de lift spațial folosesc nanotuburi cu un singur perete. Multistraturile au o rezistență mai mare, dar sunt mai grele și au un raport rezistență-densitate mai scăzut. O posibilă opțiune este utilizarea lipirii la presiune înaltă a nanotuburilor cu un singur perete. În acest caz, deși rezistența se pierde din cauza înlocuirii legăturii sp² (grafit, nanotuburi) cu legătura sp³ (diamant), acestea vor fi mai bine ținute într-o singură fibră de forțele van der Waals și vor face posibilă producerea de fibre. de lungime arbitrară [sursa nu este specificată 810 zile]

Defectele rețelei cristaline reduc rezistența nanotuburilor
Într-un experiment realizat de oamenii de știință de la Universitatea din California de Sud (SUA), nanotuburile de carbon cu un singur perete au demonstrat o rezistență specifică de 117 ori mai mare decât oțelul și de 30 de ori mai mare decât Kevlarul. S-a putut atinge o valoare de 98,9 GPa, valoarea maximă a lungimii nanotubului a fost de 195 μm.
Tehnologia de țesut a unor astfel de fibre este încă la început.
Potrivit unor oameni de știință, chiar și nanotuburile de carbon nu vor fi niciodată suficient de puternice pentru a face un cablu de lift spațial.
Experimentele oamenilor de știință de la Tehnologic Universitatea din Sydney a făcut posibilă crearea hârtiei grafen. Testele probe sunt încurajatoare: densitatea materialului este de cinci până la șase ori mai mică decât cea a oțelului, în timp ce rezistența la tracțiune este de zece ori mai mare decât cea a oțelului carbon. În același timp, grafenul este un bun conductor de curent electric, ceea ce îi permite să fie folosit pentru a transmite putere către un lift, ca magistrală de contact.
Îngroșarea cablului

Verificați informațiile.

Liftul spațial trebuie să suporte cel puțin propria greutate, care este considerabilă datorită lungimii cablului. Îngroșarea, pe de o parte, crește rezistența cablului, pe de altă parte, îi adaugă greutatea și, prin urmare, rezistența necesară. Sarcina asupra acestuia va varia în diferite locuri: în unele cazuri, o secțiune a legăturii trebuie să susțină greutatea segmentelor situate dedesubt, în altele trebuie să reziste forței centrifuge care ține părțile superioare ale legăturii pe orbită. A satisface la aceasta conditie si pentru a realiza optimitatea cablului in fiecare punct, grosimea acestuia va fi variabila.
Se poate demonstra că ținând cont de gravitația Pământului și forța centrifugă (dar fără a ține cont de influența mai mică a Lunii și a Soarelui), secțiunea transversală a cablului în funcție de înălțime va fi descrisă prin următoarea formulă:

Aici A ® este aria secțiunii transversale a cablului în funcție de distanța r de centrul Pământului.
Formula folosește următoarele constante:
A0 este aria secțiunii transversale a cablului la nivelul suprafeței Pământului.
ρ este densitatea materialului cablului.
s este rezistența la tracțiune a materialului cablului.
ω este frecvența circulară de rotație a Pământului în jurul axei sale, 7,292×10−5 radiani pe secundă.
r0 este distanța dintre centrul Pământului și baza cablului. Este aproximativ egală cu raza Pământului, 6.378 km.
g0 este accelerația gravitației la baza cablului, 9,780 m/s².
Această ecuație descrie o legătură a cărei grosime crește mai întâi exponențial, apoi creșterea sa încetinește la o altitudine de mai multe raze Pământului și apoi devine constantă, ajungând în cele din urmă pe orbita geostaționară. După aceasta, grosimea începe să scadă din nou.
Astfel, raportul ariilor secțiunii transversale ale cablului la bază și la OSG (r = 42.164 km) este:
Înlocuind aici densitatea și rezistența oțelului și diametrul cablului la nivelul solului de 1 cm, obținem un diametru la nivelul GSO de câteva sute de kilometri, ceea ce înseamnă că oțelul și alte materiale cunoscute nouă sunt nepotrivite pentru construirea unui lift.
Rezultă că există patru moduri de a obține o grosime mai rezonabilă a cablului la nivelul GSO:
Folosiți material mai puțin dens. Deoarece densitatea majorității solidelor se află în intervalul relativ mic de la 1000 la 5000 kg/m³, este puțin probabil să se realizeze ceva aici.
Utilizați un material mai durabil. Cercetările merg în principal în această direcție. Nanotuburile de carbon sunt de zeci de ori mai rezistente decât cel mai bun oțel și vor reduce semnificativ grosimea cablului la nivelul GSO.
Ridicați baza cablului mai sus. Datorită prezenței exponențialului în ecuație, chiar și o ușoară ridicare a bazei va reduce foarte mult grosimea cablului. Sunt propuse turnuri de până la 100 km înălțime care, pe lângă economisirea cablului, vor evita influența proceselor atmosferice.
Faceți baza cablului cât mai subțire posibil. Încă trebuie să fie suficient de gros pentru a suporta o ridicare încărcată, astfel încât grosimea minimă la bază depinde și de rezistența materialului. Un cablu din nanotuburi de carbon trebuie să aibă doar un milimetru grosime la bază.
O altă modalitate este de a face mobilă baza liftului. Deplasarea chiar și la o viteză de 100 m/s va oferi deja un câștig în viteza circulară cu 20% și va reduce lungimea cablului cu 20-25%, ceea ce îl va face mai ușor cu 50% sau mai mult. Dacă „ancorați” cablul la supersonic[sursă nespecificat 664 zile] pe un avion sau tren, atunci câștigul în masa cablului nu va mai fi măsurat în procente, ci de zeci de ori (dar pierderile nu sunt luate în considerare pentru rezistență aer).
Lift

Verificați informațiile.
Este necesar să se verifice acuratețea faptelor și fiabilitatea informațiilor prezentate în acest articol.
Ar trebui să existe o explicație pe pagina de discuție.

Stilul acestei secțiuni este non-enciclopedic sau încalcă normele limbii ruse.
Secțiunea ar trebui corectată conform regulilor stilistice ale Wikipedia.

Desen conceptual al unui lift spațial care se ridică printre nori
Un lift spațial nu poate funcționa ca un lift obișnuit (cu cabluri mobile) deoarece grosimea cablului său nu este constantă. Majoritatea proiectelor folosesc un palan care urcă pe un cablu fix, deși au fost propuse și cabluri mobile mici segmentate care trec de-a lungul cablului principal.
Sunt propuse diferite metode de construire a ascensoarelor. Pe cablurile plate, puteți utiliza perechi de role ținute pe loc prin frecare. Alte opțiuni sunt spițe în mișcare cu cârlige pe plăci, role cu cârlige retractabile, levitație magnetică (putin probabil, deoarece traseele greoaie vor trebui atașate la cablu), etc. [sursa nespecificată 661 de zile]
O problemă serioasă cu proiectarea ascensorului este sursa de energie [sursa nespecificată 661 de zile]. Densitatea de stocare a energiei este puțin probabil să fie vreodată suficient de mare pentru ca liftul să aibă suficientă energie pentru a urca întregul cablu. Posibilele surse de energie externe sunt fasciculele laser sau cu microunde. Alte opțiuni sunt utilizarea energiei de frânare de la lifturile care se deplasează în jos; diferența de temperatură a troposferei; descărcare ionosferică etc. Opțiunea principală [sursa nespecificată 661 de zile] (razele de energie) are probleme grave asociate cu eficientași disiparea căldurii la ambele capete, deși dacă cineva este optimist cu privire la progresele tehnologice viitoare, este fezabil.
Ascensoarele ar trebui să se succedă la o distanță optimă pentru a minimiza sarcina pe cablu și oscilațiile acestuia și maximizați debitului. Zona cea mai nesigură a cablului este aproape de bază; nu ar trebui să existe mai mult de un lift [sursa nespecificată 661 de zile]. Ascensoarele care se deplasează doar în sus vor crește capacitatea, dar nu vor permite utilizarea energiei de frânare atunci când se deplasează în jos și nu vor putea întoarce oamenii la sol. În plus, componentele unor astfel de ascensoare trebuie utilizate pe orbită în alte scopuri. În orice caz, lifturile mici sunt mai bune decât cele mari pentru că programul lor va fi mai flexibil, dar impun mai multe restricții tehnologice.
În plus, firul liftului în sine va experimenta în mod constant acțiunea atât a forței Coriolis, cât și a fluxurilor atmosferice. Mai mult, deoarece „liftul” trebuie să fie situat deasupra altitudinii orbitei geostaționare, va fi supus unor sarcini constante, inclusiv sarcini de vârf, de exemplu, smucitura [sursa nespecificată 579 de zile].
Cu toate acestea, dacă obstacolele de mai sus pot fi înlăturate cumva, atunci se poate realiza un ascensor spațial. Cu toate acestea, un astfel de proiect va fi extrem de costisitor, dar în viitor poate concura cu nave spațiale de unică folosință și reutilizabile [sursa nespecificată 579 de zile].
Contragreutate

Acest articol nu are link-uri către surse de informații.
Informațiile trebuie să fie verificabile, altfel pot fi puse sub semnul întrebării și șterse.
Puteți edita acest articol pentru a include link-uri către surse autorizate.
Acest marcaj apare pe articol din 13 mai 2011.
O contragreutate poate fi creată în două moduri - prin atașarea unui obiect greu (de exemplu, un asteroid) dincolo de geostaţionar orbita sau continuarea legăturii în sine pe o distanță considerabilă pentru geostaționare orbită. A doua opțiune a devenit mai populară în ultima vreme, deoarece este mai ușor de implementat și, în plus, este mai ușor să lansați încărcături către alte planete de la capătul unui cablu alungit, deoarece are o viteză semnificativă față de Pământ.
Momentul unghiular, viteză și înclinare

Verificați informațiile.
Este necesar să se verifice acuratețea faptelor și fiabilitatea informațiilor prezentate în acest articol.
Ar trebui să existe o explicație pe pagina de discuție.

Acest articol sau secțiune necesită revizuire.
Vă rugăm să îmbunătățiți articolul în conformitate cu regulile de scriere a articolelor.

Pe măsură ce liftul se mișcă în sus, liftul se înclină cu 1 grad deoarece partea de sus a liftului se mișcă în jurul Pământului mai repede decât partea de jos (efect Coriolis). Scara nu a fost salvată
Viteza orizontală a fiecărei secțiuni a cablului crește cu înălțimea proporțional cu distanța până la centrul Pământului, ajungând pe geostaționar orbita primei viteze de evacuare. Prin urmare, atunci când ridică o sarcină, el trebuie să obțină un moment unghiular suplimentar (viteză orizontală).
Momentul unghiular este dobândit datorită rotației Pământului. La început, liftul se mișcă puțin mai lent decât cablul (efectul Coriolis), „încetinind” cablul și deturnându-l ușor spre vest. La o viteză de urcare de 200 km/h, cablul se va înclina cu 1 grad. Componenta orizontală a tensiunii în non-vertical cablul trage sarcina în lateral, accelerând-o în direcția est (vezi diagrama) - datorită acestui fapt, liftul capătă viteză suplimentară. Conform celei de-a treia legi a lui Newton, cablul încetinește Pământul cu o cantitate mică.
În același timp, influența forței centrifuge obligă cablul să revină într-o poziție verticală favorabilă din punct de vedere energetic, astfel încât să fie într-o stare de echilibru stabil. Dacă centrul de greutate al liftului este întotdeauna deasupra orbitei geostaționare, indiferent de viteza ascensoarelor, acesta nu va cădea.
În momentul în care marfa ajunge la GEO, momentul său unghiular (viteza orizontală) este suficient pentru a lansa încărcătura pe orbită.
La coborârea sarcinii, va avea loc procesul invers, înclinând cablul spre est.
Lansați în spațiu
La capătul cablului la o altitudine de 144.000 km, componenta tangenţială a vitezei va fi de 10,93 km/s, ceea ce este mai mult decât suficient pentru a părăsi câmpul gravitaţional al Pământului şi a lansa nave către Saturn. Dacă obiectului i s-ar permite să alunece liber de-a lungul partea superioară a legăturii, ar avea suficientă viteză pentru a scăpa de sistemul solar. Acest lucru se va întâmpla din cauza tranziției momentului unghiular total al cablului (și al Pământului) în viteza obiectului lansat.
Pentru a obține viteze și mai mari, puteți prelungi cablul sau accelera sarcina folosind electromagnetism.
Constructie

Construcția este în curs din geostaționar statii. Acesta este singurul lucru un loc unde o navă spațială poate ateriza. Un capăt coboară la suprafața Pământului, întins de forța gravitației. Altul, pentru echilibrare, - în sens invers lateral, fiind tras de forța centrifugă. Aceasta înseamnă că toate materialele pentru construcție trebuie ridicate la geostaţionar orbita în mod tradițional, indiferent de destinația încărcăturii. Adică costul ridicării întregului lift spațial la geostaţionar orbita - prețul minim al proiectului.
Economia unui lift spațial

Probabil, liftul spațial va reduce foarte mult costul trimiterii mărfurilor în spațiu. Elevatoarele spațiale sunt costisitoare de construit, dar costurile lor de operare sunt scăzute, așa că sunt cel mai bine utilizate pe perioade lungi de timp pentru volume foarte mari de marfă. În prezent, piața de lansare a încărcăturilor poate să nu fie suficient de mare pentru a justifica construirea unui lift, dar reducerea dramatică a prețului ar trebui să conducă la o varietate mai mare de încărcături. Altă infrastructură de transport - autostrăzi și căi ferate - se justifică în același mod.
Costul dezvoltării unui lift este comparabil cu costul dezvoltării unei navete spațiale [sursa nespecificată 810 zile]. Încă nu există un răspuns la întrebarea dacă liftul spațial va returna banii investiți în el sau dacă ar fi mai bine să-l investim în dezvoltarea ulterioară a tehnologiei rachetelor.
Nu trebuie să uităm de limita numărului de sateliți releu pe geostaționar orbita: în prezent, acordurile internaționale permit 360 de sateliți - un transponder pe grad unghiular, pentru a evita interferența la difuzarea în banda de frecvență Ku. Pentru frecvențele C, numărul de sateliți este limitat la 180.
Astfel, liftul spațial este minim potrivit pentru lansări în masă la geostaţionar orbita [sursa nu este specificată 554 de zile] și este cel mai potrivit pentru explorarea spațiului cosmic și a Lunii în special.
Această împrejurare explică eșecul comercial real al proiectului, întrucât principalele costuri financiare ale organizațiilor neguvernamentale sunt concentrate a retransmite sateliți, ocupând fie o orbită geostaționară (televiziune, comunicații), fie orbite inferioare (sisteme de poziționare globală, observarea resurselor naturale etc.).
Cu toate acestea, liftul poate fi un proiect hibrid și, pe lângă funcția de livrare a mărfurilor pe orbită, rămâne o bază pentru alte programe de cercetare și comerciale care nu au legătură cu transportul.
Realizări

Din 2005, competiția anuală Space Elevator Games are loc în Statele Unite, organizată de Fundația Spaceward cu sprijinul NASA. Există două categorii în aceste competiții: „cel mai bun cablu” și „cel mai bun robot (lift)”.
În competiția de ridicare, robotul trebuie să depășească o distanță stabilită, urcând pe un cablu vertical cu o viteză nu mai mică decât cea stabilită de regulament. (la concursuriÎn 2007, standardele erau următoarele: lungimea cablului - 100 m, viteza minimă - 2 m/s). Cel mai bun rezultat al anului 2007 a fost parcurgerea unei distanțe de 100 m cu o viteză medie de 1,8 m/s.
Fondul total de premii pentru competiția Space Elevator Games în 2009 a fost de 4 milioane de dolari.
La concursul de forță pe frânghie, participanții trebuie să primească un inel de doi metri fabricat din greu material care cântărește nu mai mult de 2 grame, pe care o instalație specială îl testează pentru rezistența la tracțiune. Pentru a câștiga competiția, rezistența cablului trebuie să fie cu cel puțin 50% mai mare în acest indicator decât eșantionul deja disponibil pentru NASA. Până acum, cel mai bun rezultat aparține cablului care a rezistat la o sarcină de până la 0,72 tone.
Competiția nu include Liftport Group, care a câștigat notorietate pentru pretențiile sale de a lansa un lift spațial în 2018 (amânat ulterior în 2031). Liftport își desfășoară propriile experimente, de exemplu, în 2006, un ascensor robotizat a urcat pe o frânghie puternică întinsă cu ajutorul baloanelor. Dintr-un kilometru și jumătate, liftul a reușit să parcurgă doar 460 de metri. Următoarea etapă compania intenționează să efectueze teste pe un cablu de 3 km înălțime.
Competiția Space Elevator Games, organizată de Spaceward Foundation și NASA, s-a desfășurat în perioada 4 noiembrie - 6 noiembrie 2009, în California de Sud, la Centrul de Cercetare a Zborului Dryden, în limitele celebrei baze aeriene Edwards. Lungimea de testare a cablului a fost de 900 de metri, cablul a fost ridicat cu ajutorul unui elicopter. Conducerea a fost luată de LaserMotive, care a prezentat un lift cu o viteză de 3,95 m/s, care este foarte aproape de viteza cerută. Ascensorul a acoperit întreaga lungime a cablului în 3 minute și 49 de secunde; liftul a transportat o sarcină utilă de 0,4 kg.
În august 2010, LaserMotive și-a demonstrat cea mai recentă invenție la Conferința AUVSI Unmanned Systems din Denver, Colorado. Un nou tip de laser va ajuta la transmiterea energiei pe distanțe lungi mai economic; laserul consumă doar câțiva wați.
Literatură

Yuri Artsutanov „În spațiu - pe o locomotiva electrica" ziarul „Komsomolskaya Pravda” din 31 iulie 1960.
Alexander Bolonkin „Lansare și zbor non-rachetă în spațiu”, Elsevier, 2006, 488 pg. http://www.scribd.com/doc/24056182
Lift spațial în diverse lucrări

Una dintre celebrele lucrări ale lui Arthur C. Clarke, Fântânile Paradisului, se bazează pe ideea unui lift spațial. În plus, apare un lift spațial și in final părți ale celebrei sale tetralogii A Space Odyssey (3001: The Final Odyssey).
Battle Angel are un lift spațial ciclopic, la un capăt al căruia se află Sky City of Salem (pentru cetățeni) împreună cu un oraș inferior (pentru non-cetățeni), iar la celălalt capăt este orașul spațial Yeru. O structură similară este situată de cealaltă parte a Pământului.
În Star Trek: Voyager episodul 3x19 „Rise”, un lift spațial ajută echipajul să evadeze de pe o planetă cu o atmosferă periculoasă.
Civilization IV are un lift spațial. Acolo este unul dintre „Marile Miracole” de mai târziu.
Romanul științifico-fantastic al lui Timothy Zahn „Viermele de mătase” (1985) menționează o planetă capabilă să producă super fibre. Una dintre curse, interesată de planetă, a vrut să obțină această fibră special pentru construcția unui lift spațial.
În dilogia lui Serghei Lukyanenko „Stelele sunt jucării reci”, una dintre civilizațiile extraterestre, aflată în proces de comerț interstelar, a livrat pe Pământ fire super-puternice care ar putea fi folosite pentru a construi un ascensor spațial. Dar civilizațiile extraterestre au insistat exclusiv la utilizare pentru scopul propus - pentru a ajuta în timpul nașterii.
În anime-ul Mobile Suit Gundam 00, există trei lifturi spațiale; un inel de panouri solare este, de asemenea, atașat la ele, ceea ce permite liftului spațial să fie folosit pentru a genera electricitate.
În anime-ul Z.O.E. Dolores are un lift spațial și arată, de asemenea, ce s-ar putea întâmpla în cazul unui atac terorist.
În romanul științifico-fantastic „Condamnat la Victorie” de J. Scalzi (ing. Scalzi, John. Războiul bătrânului), sistemele de ascensoare spațiale sunt utilizate în mod activ pe Pământ, numeroase colonii pământești și unele planete ale altor rase inteligente foarte dezvoltate pentru comunicarea cu danele navelor interstelare.
În romanul științifico-fantastic „Tomorrow Will Be Eternity” de Alexander Gromov, intriga este construită în jurul faptului existenței unui lift spațial. Există două dispozitive - o sursă și un receptor, care, folosind un „fascicul de energie”, sunt capabile să ridice „cabina” ascensorului pe orbită.
Romanul fantasy al lui Alastair Reynolds Orașul abisului oferă o descriere detaliată a structurii si functionare ascensorul spațial, este descris procesul de distrugere a acestuia (ca urmare a unui atac terorist).
Romanul științifico-fantastic al lui Terry Pratchett, Strata, prezintă Linia, o moleculă artificială extrem de lungă folosită ca ascensor spațial.
Menționat în melodia grupului Zvuki Mu „Elevator to Heaven”
Liftul spațial este menționat în seria anime Trinity Blood, în care nava spațială Arc servește drept contragreutate.
La începutul jocului Sonic Colors, Sonic și Tails pot fi văzuți luând liftul spațial pentru a ajunge la Dr. Eggman's Park.
Vezi si

Pistolul spațial
Începe bucla
Fântână spațială
Note

http://galspace.spb.ru/nature.file/lift.html Lift spațial și nanotehnologie
În spațiu - pe lift! // KP.RU
Ascensorul spațial orbitează Socio-politic și știința populară Revista Rusă Spațială nr. 11, 2008
Nanotuburile de carbon sunt cu două ordine de mărime mai puternice decât oțelul
MEMBRANA | Știri mondiale | Nanotuburile nu vor supraviețui unui lift spațial
Noua hârtie de grafen se dovedește a fi mai rezistentă decât oțelul
Lemeshko Andrei Viktorovici. Ascensor spațial Lemeshko A.V./ Ascensor spațial Lemeshko A.V.
ro:Televiziune prin satelit#Tehnologie
Lift to the sky stabilește recorduri cu privirea către viitor
A fost dezvoltat un laser care ar putea alimenta lifturile spațiale
LaserMotive va demonstra elicopterul propulsat cu laser la AUVSI’s Unmanned Systems North America 2010

Astăzi, explorarea spațiului nu este doar o idee la nivel mondial, este un obiectiv către care fiecare stat individual și coalițiile lor în ansamblu se străduiesc. Pentru explorarea în continuare a spațiului, precum și pentru colonizarea cu succes a planetelor, este necesară o dezvoltare intensivă a tehnologiilor, care poate duce la apariția de noi instrumente, mijloace și metode de mișcare în spațiul cosmic. Experimentele care promovează dezvoltarea unor astfel de tehnologii sunt efectuate la stații orbitale precum ISS sau Tiangong.

Din acest motiv, o parte impresionantă a cercetărilor de astăzi în domeniul astronauticii vizează creșterea productivității acestor stații și a echipajului acestora, precum și reducerea costurilor de exploatare a stațiilor și întreținerea resurselor umane. În continuare, considerăm unul dintre cele mai ambițioase și de anvergură proiecte din acest domeniu - un lift spațial.

Scopul principal al construirii unui ascensor spațial este de a reduce costul livrării mărfurilor pe orbita Pământului. Faptul este că livrarea oricărei mărfuri către o stație orbitală folosind nave spațiale de transport este destul de costisitoare. De exemplu, una dintre navele de transport ale NASA, dezvoltată de SpaceX - Dragon, necesită un cost de lansare de aproximativ 133 de milioane de dolari, în timp ce în timpul ultimei misiuni (SpaceX CRS-9) nava a fost încărcată cu 5000 de lire sterline (2268 kg). Astfel, dacă calculezi costul unei lire, acesta va fi de 58,6 mii de dolari pe 1 kg.

O impresie de artist despre un lift spațial

Lift spațial

Oricine crede că cu ajutorul nanotehnologiei se poate crea doar ceva submicroscopic, invizibil pentru ochiul uman, va fi probabil surprins de proiectul dezvoltat recent de specialiștii de la NASA și care a atras atât de mult atenția oamenilor de știință și a generalului. public. Vorbim despre așa-numitul proiect de lift spațial.

Un ascensor spațial este un cablu lung de câteva zeci de mii de kilometri care conectează o stație spațială în orbită de o platformă situată în mijlocul Oceanului Pacific.

Ideea unui lift spațial are mai bine de un secol. Primul care a vorbit despre asta în 1895 a fost marele om de știință rus Konstantin Ciolkovski, fondatorul cosmonauticii moderne. El a subliniat că principiul care stă la baza științei moderne a rachetelor nu permite vehiculelor de lansare moderne să fie un mijloc eficient de a livra mărfuri în spațiu. Există mai multe motive pentru aceasta:

În primul rând, eficiența rachetelor moderne este foarte scăzută datorită faptului că cea mai mare parte a puterii motoarelor din prima etapă lucrează la depășirea forței gravitaționale.

În al doilea rând, se știe că o creștere semnificativă a masei de combustibil de mai multe ori dă doar o mică creștere a vitezeirachete. De aceea, de exemplu, sistemul american de rachete Saturn-Apollo, cu o masă de lansare de 2900 de tone, a lansat doar 129 de tone pe orbită. De aici și costul astronomic al lansărilor spațiale folosind rachete (costul lansării unui kilogram de marfă pe orbită joasă este în medie de aproximativ 10.000 USD.)

Și, în ciuda încercărilor repetate de a reduce costul lansării rachetelor, se pare că costul transportului de mărfuri și oameni pe orbită este redus radical la costul transportului aerian standard bazat pe tehnologiile moderne de rachete.

fundamental imposibil.

Pentru a trimite marfa în spațiu mai ieftin, cercetătorii de la Laboratorul Național Los Alamos au propus crearea unui lift spațial. Potrivit estimărilor preliminare, costul lansării mărfurilor cu ajutorul unui lift ar putea scădea de la zeci de mii de dolari la 10 dolari pe kilogram. Oamenii de știință cred

că liftul spațial ar putea întoarce literalmente lumea cu susul în jos, oferind omenirii oportunități complet noi.

În esență, liftul va fi un cablu care conectează stația orbitală de o platformă de pe suprafața Pământului. Cabinele montate pe șenile se vor deplasa în sus și în jos de-a lungul cablului, transportând sateliți și sonde care trebuie lansate pe orbită. Cu ajutorul acestui lift, chiar în vârf va fi posibilă construirea unei rampe de lansare în spațiu pentru nave spațiale care se îndreaptă către Lună, Marte, Venus și asteroizi. Problema furnizării de energie a „cabinelor” liftului în sine a fost rezolvată într-un mod original: cablul va fi acoperit cu panouri solare sau cabinele vor fi echipate cu mici panouri fotovoltaice, care vor fi iluminate de lasere puternice de pe Pământ.

Oamenii de știință propun amplasarea bazei solului liftului spațial în ocean, în apele ecuatoriale ale Oceanului Pacific, la sute de kilometri de rutele de zbor comerciale. Se știe că uraganele nu traversează niciodată ecuatorul și aproape că nu există fulgere aici, ceea ce va oferi liftului o protecție suplimentară.

Ascensorul spațial este descris în lucrările lui Tsiolkovsky, precum și a scriitorului de science fiction Arthur C. Clarke, iar proiectul pentru construirea unui astfel de lift a fost dezvoltat de inginerul de la Leningrad Yuri Artsutanov în 1960. Timp de mulți ani, un promotor activ al ideii unui lift spațial a fost Astrahanul

savantul G. Polyakov.

Dar până acum nimeni nu a reușit să ofere un material atât de ușor și de puternic încât să poată fi folosit la realizarea unui cablu spațial. Până de curând, cel mai durabil material era oțelul. Dar nu este posibil să se facă un cablu de oțel lung de câteva mii de kilometri, deoarece chiar și calculele simplificate indică faptul că un cablu de oțel cu rezistența necesară s-ar prăbuși sub propria greutate deja la o altitudine de 50 km.

Cu toate acestea, odată cu dezvoltarea nanotehnologiei, a apărut o oportunitate reală de a produce un cablu cu caracteristicile cerute pe baza de fibre din nanotuburi de carbon ultra-rezistente și ultra-ușoare.Până acum, nimeni nu a reușit să facă nici măcar un metru lungime. cablu de la nanotuburi, dar, conform dezvoltatorilor proiectului, tehnologiile de producție a nanotuburilor sunt îmbunătățite în fiecare zi, așa că un astfel de cablu ar putea fi realizat în câțiva ani.

Elementul principal al ascensorului este un cablu, al cărui capăt este atașat la suprafața Pământului, iar celălalt se pierde în spațiu la o altitudine de aproximativ 100 de mii de km. Acest cablu nu se va „atârna” doar în spațiul cosmic, ci va fi întins ca o sfoară, datorită influenței a două forțe multidirecționale: centrul

fugă și centripetă.

Pentru a le înțelege natura, imaginați-vă că ați legat un obiect de o frânghie și ați început să-l desfaceți. De îndată ce capătă o anumită viteză, frânghia se va strânge, deoarece asupra obiectului acţionează o forţă centrifugă, iar asupra frânghiei în sine acţionează o forţă centripetă, care o trage. Ceva similar se va întâmpla cu un cablu ridicat în spațiu. Orice obiect de la capătul său superior, sau chiar capătul liber în sine, se va roti, ca un satelit artificial al planetei noastre, doar „legat” cu o „frânghie” specială de suprafața pământului.

Echilibrul de forțe va avea loc atunci când centrul de masă al frânghiei gigant se află la o altitudine de 36 de mii de kilometri, adică în așa-numita orbită geostaționară. Acolo sateliții artificiali atârnă nemișcați deasupra Pământului, făcând o revoluție completă cu el în 24 de ore. În acest caz, nu numai că va fi tensionat, dar va putea să ocupe constant o poziție strict definită - verticală față de orizontul pământului, exact spre centrul planetei noastre.

Figura 24. Ascensorul spațial, așa cum a fost imaginat de artistul Pat Rawlings*

Retipărit de pe http://flightprojects.msfc.nasa.gov

Pentru a începe construcția unui lift spațial, va fi necesar să faceți câteva zboruri ale unei navete spațiale. Aceștia și o platformă specială cu propriul motor autonom vor livra 20 de tone de cablu pe orbita geostaționară. Apoi ar trebui să coboare un capăt al cablului la Pământ și să-l securizeze undeva în zona ecuatorială a Oceanului Pacific pe o platformă similară cu platforma actuală de lansare pentru lansarea rachetelor.

Apoi intenționează să pună ascensoare speciale de-a lungul cablului, care vor adăuga din ce în ce mai multe straturi de acoperire cu nanotuburi la cablu, crescând rezistența acestuia. Acest proces ar trebui să dureze câțiva ani, iar primul lift spațial va fi gata.

Coincidențe curioase: în 1979, scriitorul de science fiction Arthur C. Clarke, în romanul său „Fântânile Paradisului”, a prezentat ideea unui „lift spațial” și a propus înlocuirea oțelului cu un anumit „pseudo-unu” ultra-puternic. -cristal de diamant dimensional”, care a devenit principalul material de construcție pentru acest dispozitiv. Cel mai interesant lucru este că Clark aproape a ghicit. Etapa actuală de interes în proiectul de construire a unui lift spațial este asociată tocmai cu cristale de carbon - nanotuburi, care au proprietăți remarcabile, cu care ne-am familiarizat deja.

Și ceea ce este absolut surprinzător: fizicianul, unul dintre participanții la dezvoltarea ascensorului spațial, se numește Ron Morgan. Morgan a fost și numele personajului din romanul lui Arthur C. Clarke, inginerul care a construit ascensorul spațial!

O plimbare cu un lift spațial va aminti probabil de un zbor cu un balon cu aer cald - fără vuietul duzelor, fără un val de flacără furioasă. Pământul coboară lin. Casele devin mai mici, drumurile se transformă în fire abia vizibile, iar panglicile argintii ale râurilor se răresc. În cele din urmă, lumea inferioară, deșartă, este ascunsă în nori, iar lumea superioară, transcendentală, este dezvăluită. Atmosfera a trecut, în spatele sticlei este întuneric cosmic. Și cabina alunecă din ce în ce mai sus de-a lungul unui cablu, invizibil pe fundalul albastru-verde al planetei și mergând în golul fără fund.

Tsiolkovsky a descris, de asemenea, un design care ar putea conecta orbita cu suprafața Pământului. La începutul anilor 1960, ideea a fost dezvoltată de Yuri Artsutanov, iar Arthur Clarke a folosit-o în romanul Fântânile Paradisului. „World of Fantasy” revine la tema liftului spațial și încearcă să-și imagineze cum ar trebui să funcționeze și ce este necesar pentru el.

Orbită geostaționară

Este posibil ca un satelit să înghețe nemișcat deasupra capului observatorului? Dacă Pământul ar fi nemișcat, ca în sistemul ptolemaic al lumii, răspunsul ar fi „nu” - la urma urmei, fără forță centrifugă, satelitul nu ar rămâne pe orbită. Dar, după cum știm, observatorul însuși nu este nemișcat, ci se rotește împreună cu planeta. Dacă perioada orbitală a satelitului este egală cu o zi sideală (23 ore 56 minute și 4 secunde), iar orbita sa se află în planul ecuatorial, dispozitivul va pluti deasupra așa-numitului „punct în picioare”.

Orbita în care satelitul este staționar în raport cu punctul său staționar se numește geostaționară. Și este extrem de important pentru explorarea spațiului. Este locul în care se află majoritatea sateliților de comunicații, iar comunicațiile sunt principala zonă de utilizare comercială a spațiului. Transmisiile printr-un repetor atârnat deasupra ecuatorului pot fi recepționate pe „plăci” staționare.

Există, de asemenea, o idee de a plasa o stație cu echipaj uman pe orbită geostaționară. Pentru ce? În primul rând, pentru întreținerea și repararea sateliților de comunicații. Pentru ca sateliții să mai funcționeze câțiva ani, de multe ori este nevoie doar de realimentarea micromotoarelor care asigură orientarea panourilor solare și a antenei. Stația cu echipaj va putea manevra de-a lungul orbitei geostaționare, va putea coborî (în același timp, viteza sa unghiulară va deveni mai mare decât cea a sateliților „în picioare”), să ajungă din urmă vehiculul care necesită întreținere și să se ridice din nou. Acest lucru nu va lua mai mult combustibil decât consumă o stație cu orbită joasă atunci când depășește frecarea cu atmosfera rarefiată.

S-ar părea că beneficiul este uriaș. Dar furnizarea unui astfel de avanpost îndepărtat ar fi prea costisitoare. Schimbarea echipajelor și trimiterea navelor de transport vor necesita vehicule de lansare de cinci ori mai grele decât cele utilizate în prezent. O idee mult mai atractivă este să folosiți o stație de mare altitudine pentru a construi un lift spațial.

Cabluri

Ce se va întâmpla dacă un cablu este aruncat de pe un satelit geostaționar spre Pământ? În primul rând, forța Coriolis îl va duce înainte. La urma urmei, va primi aceeași viteză ca și satelitul, dar se va afla pe o orbită mai mică, ceea ce înseamnă că viteza sa unghiulară va fi mai mare. Dar după un timp cablul va câștiga în greutate și va atârna vertical. Raza de rotație va scădea și forța centrifugă nu va mai putea echilibra forța gravitațională. Dacă continuați să gravați frânghia, mai devreme sau mai târziu va ajunge la suprafața planetei.

Pentru a preveni deplasarea centrului de greutate al sistemului, este necesară o contragreutate. Unii oameni sugerează să folosească sateliți uzați sau chiar un asteroid mic ca balast. Dar există o opțiune mai interesantă - să gravați cablul în direcția opusă, față de Pământ. De asemenea, se va îndrepta și se va întinde. Dar nu mai sub propria greutate, ci din cauza forței centrifuge.

Al doilea cablu va fi mai util decât balastul simplu. Livrarea ieftină, fără rachete, a mărfurilor pe orbita geostaționară este utilă, dar în sine nu va plăti costul liftului. Stația de la o altitudine de 36.000 de kilometri va deveni doar un punct de transfer. În plus, fără consum de energie, accelerat de forța centrifugă, sarcinile se vor deplasa de-a lungul celui de-al doilea cablu. La o distanță de 144.000 de kilometri de Pământ, viteza lor va depăși viteza a doua cosmică. Ascensorul se va transforma într-o catapultă, trimițând proiectile către Lună, Venus și Marte folosind energia de rotație a planetei.

Problema este cablul, care nu trebuie să se rupă sub propria greutate, în ciuda lungimii sale fantastice. Cu o frânghie de oțel, acest lucru se va întâmpla deja la o lungime de 60 de kilometri (și posibil mult mai devreme, deoarece defectele sunt inevitabile în timpul țeserii). Puteți evita ruperea dacă grosimea frânghiei crește exponențial odată cu înălțimea - la urma urmei, fiecare secțiune ulterioară trebuie să reziste propriei greutăți plus greutatea tuturor celor anterioare. Dar experimentul de gândire va trebui să fie întrerupt: mai aproape de capătul superior, cablul va atinge o asemenea grosime încât rezervele de fier din scoarța terestră pur și simplu nu sunt suficiente pentru el.

Chiar și cea mai puternică polietilenă „Dyneema”, din care sunt fabricate armuri și linii de parașute, nu este potrivită. Are o densitate redusă, cu o secțiune transversală de un milimetru pătrat poate rezista la o sarcină de două tone și se rupe sub propria greutate doar la o lungime de 2500 de kilometri. Dar cablul Dainima trebuie să aibă o masă de aproximativ 300.000 de tone și o grosime de 10 metri la capătul superior. Este aproape imposibil să livrați o astfel de marfă pe orbită, iar liftul poate fi construit doar de sus.

Speranța este dată de nanotuburile de carbon descoperite în 1991, care teoretic sunt capabile să fie de 30 de ori mai rezistente decât Kevlarul (în practică, frânghia din polietilenă este încă mai puternică). Dacă se confirmă estimări optimiste ale potențialului lor, va fi posibilă producerea unei benzi cu o secțiune transversală constantă de 36.000 km lungime, cu o greutate de 270 de tone și o capacitate de transport de 10 tone. Și dacă se confirmă chiar și estimări pesimiste, un lift cu un cablu de 1 milimetru grosime lângă Pământ și 25 de centimetri pe orbită (masa 900 de tone fără a lua în calcul contragreutatea) nu va mai fi science fiction.

Lift

Crearea unui lift pentru un lift spațial este o sarcină non-trivială. Pentru a face un cablu, trebuie doar să dezvoltați o nouă tehnologie. Un mecanism capabil să urce acest cablu și să livreze mărfurile pe orbită încă nu a fost inventat. Metoda „pământească”, atunci când cabina este atașată la o frânghie înfășurată pe un tambur, nu rezistă criticilor: masa încărcăturii va fi neglijabilă în comparație cu masa frânghiei. Ascensorul va trebui să urce singur.

S-ar părea că acest lucru nu este greu de implementat. Cablul este prins între role, iar mașina se strecoară în sus, ținută de frecare. Dar acesta este doar în science fiction un ascensor spațial - un turn sau o coloană puternică în care se mișcă cabina. În realitate, un fir abia vizibil va ajunge la suprafața Pământului, în cel mai bun caz: o panglică îngustă. Zona de contact a rolelor cu suportul va fi neglijabilă, ceea ce înseamnă că frecarea nu poate fi mare.

Mai există o limitare - mecanismul nu trebuie să deterioreze cablul. Din păcate, deși nanomaterialul este incredibil de rezistent la rupere, acest lucru nu înseamnă că este dificil de tăiat sau de ruzit. Înlocuirea unui cablu rupt va fi foarte dificilă. Iar dacă izbucnește la mare altitudine, forța centrifugă va duce stația departe în spațiu, ruinând întregul proiect. Pentru a menține centrul de greutate al sistemului pe orbită în caz de urgență, vor trebui amplasate mine mici pe toată lungimea cablului. Dacă una dintre ramuri se rupe, acestea vor împușca imediat o parte egală din ramura opusă.

Există o mulțime de alte probleme interesante care trebuie rezolvate. De exemplu, divergența ascensoarelor care se deplasează unul spre celălalt și salvarea pasagerilor din cabinele „blocate”.

Cea mai dificilă problemă este alimentarea cu energie electrică a liftului. Motorul va necesita multă energie. Capacitatea bateriilor, atât existente, cât și în curs de dezvoltare, nu este suficientă. Furnizarea de combustibil chimic și oxidant va transforma liftul într-un sistem cu mai multe etape de rezervoare și motoare. Acest design minunat, apropo, nu are nevoie de un cablu scump - există chiar acum și se numește „rachetă de rapel”.

Cel mai simplu mod este să construiți fire de contact în cablu. Dar cablul nu va rezista la greutatea cablurilor metalice, ceea ce înseamnă că nanotuburile vor trebui „învățate” să conducă curentul electric. Alimentarea autonomă sub formă de panouri solare sau o sursă de radioizotopi este destul de slabă: conform celei mai optimiste estimări, creșterea cu acestea va dura zeci de ani. Un reactor nuclear cu un raport masa-putere mai bun ar dura ani pentru a pune cabina pe orbită. Dar în sine este prea greu și va necesita, de asemenea, două sau trei realimentări pe parcurs.

Poate că cea mai bună opțiune este să transferați energie folosind un laser sau un pistol cu microunde, iradiind dispozitivul de primire al liftului. Dar nu este lipsit de neajunsurile sale. La nivelul actual de tehnologie, doar o minoritate din energia primită poate fi transformată în electricitate. Restul se va transforma în căldură, ceea ce va fi foarte problematic de îndepărtat într-un spațiu fără aer.

Dacă un cablu este deteriorat, va fi dificil să ajungi reparatori în zona avariată. Și dacă se rupe, e prea târziu (cadru din jocul Halo 3: ODST)

Protecție împotriva radiațiilor

Vești proaste pentru cei care vor să călătorească ușor: liftul va trece prin centurile de radiații ale Pământului. Câmpul magnetic al planetei captează particulele vântului solar - protoni și electroni - și împiedică radiațiile periculoase să ajungă la suprafață. Ca urmare, Pământul este înconjurat în planul ecuatorial de doi tori colosali, în interiorul cărora sunt concentrate particulele încărcate. Chiar și navele spațiale încearcă să evite aceste zone.

Prima centură, capcana de protoni, începe la o altitudine de 500–1300 de kilometri și se termină la o altitudine de 7000 de kilometri. În spatele acestuia, până la o altitudine de aproximativ 13.000 de kilometri, se află o zonă relativ sigură. Dar și mai departe, între 13 și 20 de mii de kilometri, centura exterioară de radiații a electronilor de înaltă energie se extinde.

Stațiile orbitale se rotesc sub centurile de radiații. Navele spațiale cu echipaj uman le-au traversat doar în timpul expedițiilor lunare, petrecând doar câteva ore pe ea. Dar liftul va avea nevoie de aproximativ o zi pentru a depăși fiecare dintre curele. Aceasta înseamnă că cabina va trebui să fie echipată cu o protecție serioasă împotriva radiațiilor.

Turnul de acostare

Baza unui lift spațial este de obicei imaginată ca un complex de structuri supraterane situate undeva în Ecuador, junglele din Gabon sau un atol din Oceania. Dar soluția cea mai evidentă nu este întotdeauna cea mai bună. Odată eliberată de pe orbită, legătura poate fi fixată pe puntea unei nave sau în vârful unui turn colosal. Nava va evita uraganele, care pot, dacă nu rupe liftul, care are un vânt considerabil, apoi arunca ascensoarele de pe el.

Un turn de 12-15 kilometri înălțime va proteja cablul de violența atmosferei și, de asemenea, îi va scurta oarecum lungimea. La prima vedere, beneficiul pare nesemnificativ, dar dacă masa cablului depinde exponențial de lungimea sa, atunci chiar și un câștig mic va realiza economii vizibile. În plus, turnul de ancorare face posibilă dublarea aproximativă a capacității de transport a sistemului, eliminând secțiunea cea mai subțire și mai vulnerabilă a firului.

Cu toate acestea, este posibil să ridicați o clădire de o asemenea înălțime doar pe paginile romanelor științifico-fantastice. Teoretic, un astfel de turn poate fi construit dintr-un material cu duritatea diamantului. În practică, niciun fond de ten nu își va susține greutatea.

Cu toate acestea, este posibil să construiți un turn de acostare la o înălțime de mulți kilometri. Doar materialul de construcție nu trebuie să fie beton, ci gaz: baloane umplute cu heliu. Un astfel de turn va fi un „plutitor”, a cărui parte inferioară este scufundată în atmosferă și, datorită forței arhimedeene, susține partea superioară, care se află deja într-un spațiu aproape fără aer. Această structură poate fi construită de jos, din blocuri individuale, de dimensiuni mici și complet înlocuibile. Nu există obstacole fundamentale pentru ca „turnul gonflabil” să atingă o înălțime de 100 sau chiar 160 de kilometri.

Chiar și fără un lift spațial, un „turn plutitor” are sens. Ca o centrală electrică - dacă carcasa exterioară este acoperită cu panouri solare. Ca un repetor care deservește o zonă cu o rază de o mie și jumătate de kilometri. În sfârșit, ca observator și bază pentru studierea straturilor superioare ale atmosferei.

Și dacă nu țintiți la o înălțime de sute de kilometri, puteți folosi un balon în formă de inel „ancorat” la o altitudine de 40 de kilometri ca stație de acostare. O aeronavă uriașă (sau mai multe aeronave amplasate una deasupra celeilalte) va descărca cablul ascensorului, preluându-și greutatea în ultimele zeci de kilometri.

Dar cele mai semnificative avantaje ar veni de la o platformă în mișcare sub forma unui dirijabil de mare altitudine care zboară deasupra ecuatorului cu o viteză de 360 km/h (ceea ce este destul de realizabil atunci când motorul este alimentat de panouri solare și un reactor nuclear) . În acest caz, satelitul nu trebuie să treacă peste un punct. Orbita sa va fi situată la 7.000 de kilometri sub cea geostaționară, ceea ce va reduce lungimea cablului cu 20% și masa de 2,5 ori (ținând cont de beneficiile din utilizarea „turnului de acostare”). Rămâne de rezolvat problema livrării de mărfuri către dirijabil în sine.

Catapulta gravitațională

Ascensorul spațial este cel mai ambițios, dar nu singurul proiect care folosește legături pentru lansarea navelor spațiale. Alte planuri pot fi realizate la nivelul actual de tehnologie.

Ce se va întâmpla, de exemplu, dacă o sarcină legată de un cablu este împinsă „în sus” de la naveta care atârnă pe orbită, departe de Pământ? Conform legii conservării impulsului, nava însăși se va muta pe o orbită inferioară. Și va începe să cadă. Sarcina, trăgând împreună cu ea cablul de desfășurare, va fi mai întâi deviată înapoi de forța Coriolis, dar apoi se va grăbi „în sus”. Într-adevăr, odată cu creșterea razei de rotație, gravitația se va slăbi, iar forța centrifugă va crește. Sistemul va funcționa ca un trebuchet - o veche mașină de aruncat. Naveta va prelua rolul cuștii cu pietre, cablul se va transforma într-o praștie, iar axa va fi centrul general de masă al sistemului, care se află într-o stare de imponderabilitate pe orbita inițială a navei. După ce s-a balansat față de axă, cablul se va îndrepta în direcția verticală, se va întinde și va arunca sarcina.

Diferența dintre o catapultă gravitațională și un ascensor spațial este că rolul „cuștii” din lift este jucat de planeta însăși, „căzând” la o înălțime nediferențiat de mică în raport cu centrul de masă al „proiectilului Pământului” sistem. În acest caz, energia cinetică a navetei va fi cheltuită. Nava își va transfera o parte din impuls către marfă - să zicem, o stație interplanetară automată - va pierde viteză și altitudine și va intra în straturile dense ale atmosferei. Ceea ce este, de asemenea, bun, deoarece, de obicei, pentru a deorbita naveta trebuie să fie încetinită de motoarele sale, ardând combustibil.

Cu ajutorul unei catapulte cu cablu, naveta va putea trimite de 2-3 ori mai multă marfă către Marte sau Venus decât în mod tradițional. Ceea ce, însă, încă nu va permite sistemului de navetă să concureze cu un vehicul de lansare convențional din punct de vedere al eficienței. La urma urmei, pentru o lansare „catapultă”, va fi necesar să lansați nu numai sarcina utilă, ci și un cablu gigantic cu o „contragreutate” pe orbită. Un alt lucru este că contragreutatea pentru catapultă poate fi găsită direct pe orbită - de exemplu, o navă de transport care și-a încheiat misiunea va face. În plus, există o masă de „deșeuri spațiale” care se învârte în jurul planetei noastre, care vor trebui colectate în viitorul apropiat.

* * *

Problemele asociate cu construcția unui lift spațial sunt departe de a fi rezolvate. O alternativă rentabilă la rachete și navete nu va apărea în curând. Dar, în acest moment, „scara către vid” este cel mai fantastic și mai mare proiect la care lucrează știința. Chiar dacă structura, a cărei lungime este de o duzină de ori diametrul planetei, se va dovedi a fi ineficientă, va marca începutul unei noi etape în istoria omenirii. Aceeași „ieșire din leagăn” despre care a vorbit Konstantin Eduardovici Ciolkovski în urmă cu mai bine de un secol.

Mulți oameni cunosc povestea biblică despre cum oamenii au început să devină asemenea lui Dumnezeu și au decis să ridice un turn cât cerul. Domnul, mâniat, a făcut pe toți oamenii să vorbească diferite limbi și construcția s-a oprit.

Este greu de spus dacă acest lucru este adevărat sau nu, dar după mii de ani, omenirea s-a gândit din nou la posibilitatea de a construi un superturn. La urma urmei, dacă reușiți să construiți o structură de zeci de mii de kilometri înălțime, puteți reduce costul livrării mărfurilor în spațiu de aproape o mie de ori! Spațiul va înceta odată pentru totdeauna să mai fie ceva îndepărtat și de neatins.

Dragă spațiu

Conceptul de lift spațial a fost considerat pentru prima dată de marele om de știință rus Konstantin Ciolkovski. El a presupus că dacă construiești un turn de 40.000 de kilometri înălțime, forța centrifugă a planetei noastre va ține întreaga structură, împiedicând-o să cadă.

La prima vedere, această idee miroase a manilovism la o milă depărtare, dar să gândim logic. Astăzi, cea mai mare parte a greutății rachetelor este combustibil, care este cheltuit pentru a depăși gravitația Pământului. Desigur, acest lucru afectează și prețul de lansare. Costul livrării unui kilogram de sarcină utilă pe orbita joasă a Pământului este de aproximativ 20.000 USD.

Așa că atunci când rudele dau dulceață astronauților de pe ISS, poți fi sigur: aceasta este cea mai scumpă delicatesă din lume. Nici măcar regina Angliei nu își poate permite asta!

Lansarea unei navete a costat NASA între 500 și 700 de milioane de dolari. Din cauza problemelor din economia americană, conducerea NASA a fost nevoită să închidă programul navetei spațiale și să externalizeze funcția de livrare a mărfurilor către ISS către companii private.

Pe lângă problemele economice, există și cele politice. Din cauza dezacordurilor cu privire la problema ucraineană, țările occidentale au introdus o serie de sancțiuni și restricții împotriva Rusiei. Din păcate, au afectat și cooperarea în astronautică. NASA a primit un ordin de la guvernul SUA de a îngheța toate proiectele comune, cu excepția ISS. Ca răspuns, viceprim-ministrul Dmitri Rogozin a spus că Rusia nu este interesată să participe la proiectul ISS după 2020 și intenționează să treacă la alte scopuri și obiective, cum ar fi stabilirea unei baze științifice permanente pe Lună și un zbor cu echipaj pe Marte.

Cel mai probabil, Rusia va face acest lucru împreună cu China, India și, eventual, Brazilia. De remarcat: Rusia urma deja să finalizeze lucrările la proiect, iar sancțiunile occidentale pur și simplu au accelerat acest proces.

În ciuda unor astfel de planuri grandioase, totul poate rămâne pe hârtie dacă nu se dezvoltă o modalitate mai eficientă și mai ieftină de a livra mărfuri dincolo de atmosfera Pământului. În total, peste 100 de miliarde de dolari au fost cheltuiți pentru construcția aceleiași ISS! Este chiar înfricoșător să ne imaginăm câți „greenies” vor fi necesare pentru a crea o stație pe Lună.

Un lift spațial ar putea fi soluția perfectă la problemă. Odată ce liftul este operațional, costurile de transport ar putea scădea la doi dolari pe kilogram. Dar mai întâi va trebui să-ți strângi bine mintea despre cum să-l construiești.

Marjă de siguranță

În 1959, inginerul de la Leningrad Yuri Nikolaevich Artsutanov a dezvoltat prima versiune funcțională a unui lift spațial. Deoarece este imposibil să construiți un lift de jos în sus din cauza gravitației planetei noastre, el a propus să faceți opusul - construirea de sus în jos. Pentru a face acest lucru, un satelit special a trebuit să fie lansat pe orbită geostaționară (aproximativ 36.000 de kilometri), unde a trebuit să ia o poziție deasupra unui anumit punct de pe ecuatorul Pământului. Apoi începeți asamblarea cablurilor pe satelit și coborâți-le treptat spre suprafața planetei. Satelitul în sine a jucat și rolul unei contragreutate, menținând în permanență cablurile întinse.

Publicul larg a putut să se familiarizeze cu această idee în detaliu când, în 1960, Komsomolskaya Pravda a publicat un interviu cu Artsutanov. Interviul a fost publicat și de presa occidentală, după care întreaga lume a fost supusă „febrei liftului”. Scriitorii de science fiction erau deosebit de zeloși, pictând imagini roz ale viitorului, un atribut indispensabil al cărora era liftul spațial.

Toți experții care studiază posibilitatea creării unui lift sunt de acord că principalul obstacol în calea implementării acestui plan este lipsa unui material suficient de rezistent pentru cabluri. Conform calculelor, acest material ipotetic ar trebui să reziste la o tensiune de 120 gigapascali, adică. peste 100.000 de kilograme pe metru pătrat!

Rezistența oțelului este de aproximativ 2 gigapascali, pentru opțiunile deosebit de puternice este de maximum 5 gigapascali, pentru fibra de cuarț este puțin peste 20. Acesta este pur și simplu monstruos de scăzut. Apare eterna întrebare: ce să faci? Dezvoltarea nanotehnologiei. Cel mai promițător candidat pentru rolul unui cablu de lift ar putea fi nanotuburi de carbon. Conform calculelor, puterea lor ar trebui să fie mult mai mare decât minimul de 120 gigapascali.

Până acum, cel mai puternic eșantion a reușit să reziste la un stres de 52 de gigapascali, dar în majoritatea celorlalte cazuri s-au rupt în intervalul de la 30 la 50 de gigapascali. În cursul unor cercetări și experimente îndelungate, specialiștii de la Universitatea din California de Sud au reușit să obțină un rezultat nemaiauzit: tubul lor a fost capabil să reziste la o tensiune de 98,9 gigapascali!

Din păcate, acesta a fost un succes unic și există o altă problemă semnificativă cu nanotuburile de carbon. Nicolas Pugno, om de știință de la Universitatea Politehnică din Torino, a ajuns la o concluzie dezamăgitoare. Se pare că, chiar și din cauza deplasării unui atom în structura tuburilor de carbon, rezistența unei anumite zone poate scădea brusc cu 30%. Și toate acestea în ciuda faptului că cea mai lungă probă de nanotuburi obținută până acum are doar doi centimetri. Și dacă țineți cont de faptul că lungimea cablului ar trebui să fie de aproape 40.000 de kilometri, sarcina pare pur și simplu imposibilă.

Dărâmături și furtuni

O altă problemă foarte serioasă este legată de resturile spațiale. Când umanitatea s-a instalat pe orbită apropiată de Pământ, a început una dintre distracțiile sale preferate - poluarea spațiului înconjurător cu produsele activității sale vitale. La început, nu eram cumva deosebit de îngrijorați de acest lucru. „La urma urmei, spațiul este nesfârșit! – ne-am raționat. „Arunci bucata de hârtie și va continua să exploreze vastitatea Universului!”

Aici am făcut o greșeală. Toate resturile și rămășițele aeronavelor sunt sortite să se rotească în jurul Pământului pentru totdeauna, capturate de câmpul său gravitațional puternic. Nu este nevoie de un inginer pentru a-și da seama ce s-ar întâmpla dacă una dintre aceste bucăți de gunoi s-ar ciocni de un cablu. Prin urmare, mii de cercetători din întreaga lume își bat mințile cu privire la problema eliminării unei gropi de gunoi din apropierea Pământului.

De asemenea, situația cu baza liftului de pe suprafața planetei nu este complet clară. Inițial, s-a planificat crearea unei baze staționare la ecuator pentru a asigura sincronizarea cu un satelit geostaționar. Cu toate acestea, atunci efectele dăunătoare asupra ascensorului vântului uraganului și ale altor dezastre naturale nu pot fi evitate.

Apoi a venit ideea de a atașa baza unei platforme plutitoare care ar putea manevra și „evita” furtunile. Dar în acest caz, operatorii aflați pe orbită și pe platformă vor fi obligați să efectueze toate mișcările cu precizie chirurgicală și sincronizare absolută, altfel întreaga structură va merge dracului.

Fruntea sus!

În ciuda tuturor dificultăților și obstacolelor care se află pe drumul nostru spinos către stele, nu ar trebui să ne atârnăm nasul și să aruncăm acest, fără îndoială, un proiect unic în spate. Un lift spațial nu este un lux, ci un lucru vital.

Fără el, colonizarea spațiului apropiat va deveni un efort extrem de costisitor, care necesită multă muncă și poate dura mulți ani. Există, desigur, propuneri de dezvoltare a tehnologiilor antigravitaționale, dar aceasta este o perspectivă prea îndepărtată, iar liftul este necesar în următorii 20-30 de ani.

Un lift este necesar nu numai pentru ridicarea și coborârea sarcinilor, ci și ca „mega-sling”. Cu ajutorul acestuia, este posibilă lansarea navelor spațiale în spațiul interplanetar fără a cheltui cantități uriașe de combustibil atât de prețios, care altfel ar putea fi folosit pentru a accelera nava. Un interes deosebit este ideea de a folosi un lift pentru a curăța Pământul de deșeuri periculoase.

Să presupunem că combustibilul nuclear uzat de la o centrală nucleară poate fi plasat în capsule sigilate și apoi trimis la foc direct către Soare, pentru care arderea unui astfel de muc este o simplă.

Dar, destul de ciudat, implementarea unei astfel de idei nu este, mai degrabă, o chestiune de economie sau știință, ci de politică. Trebuie să ne confruntăm cu adevărul - nici o singură țară din lume nu poate face față independent unui proiect atât de grandios. Nu există nicio modalitate de a face fără cooperare internațională.

În primul rând, este importantă participarea Statelor Unite, a Uniunii Europene, a Chinei, a Japoniei, a Indiei, a Braziliei și, desigur, a Rusiei. Așa că, indiferent cum ai privi, va trebui să te așezi la masa negocierilor și să fumezi pipa păcii. Prin urmare, băieți, să trăim împreună și totul se va rezolva pentru noi!

Adilet URAIMOV