Bár az űrlift építése már a mérnöki lehetőségeink közé tartozik, az e szerkezet körüli szenvedélyek az utóbbi időben sajnos alábbhagytak. Ennek az az oka, hogy a tudósoknak még nem sikerült megszerezniük a szükséges erősségű szén nanocsövek ipari méretekben történő előállításához szükséges technológiát.

A rakomány rakéták nélküli pályára bocsátásának ötletét ugyanaz a személy javasolta, aki az elméleti űrhajózást alapította - Konstantin Eduardovich Ciolkovsky. A Párizsban látott Eiffel-torony ihlette elképzelését egy hatalmas magasságú torony formájú űrliftről. A teteje éppen egy geocentrikus pályán állna.

A felvonótorony erős anyagokra épül, amelyek megakadályozzák az összenyomódást – de a modern űrlift-elképzelések még mindig fontolóra veszik a szakítószilárdságú kábelekkel ellátott változatot. Ezt az ötletet először 1959-ben egy másik orosz tudós, Jurij Nyikolajevics Artsutanov vetette fel. 1975-ben jelent meg az első tudományos munka, amely részletes számításokat tartalmaz egy kábel formájú űrliftről, és 1979-ben Arthur C. Clarke népszerűsítette a „The Fountains of Paradise” című munkájában.

Bár nanocsövek be pillanatnyilag a legerősebb anyagként elismert, és egyedüliként alkalmas felvonó építésére geostacionárius műholdról húzott kábel formájában, a laboratóriumban nyert nanocsövek szilárdsága még nem elegendő a számított szilárdság eléréséhez.

Elméletileg a nanocsövek szilárdsága több mint 120 GPa, de a gyakorlatban az egyfalú nanocsövek legnagyobb nyúlása 52 GPa volt, és átlagosan 30-50 GPa tartományban törtek el. Egy űrlifthez 65-120 GPa szilárdságú anyagok szükségesek.

A tavalyi év végén a legnagyobb amerikai dokumentumfilm-fesztivál, a DocNYC bemutatta a Sky Line című filmet, amely amerikai mérnökök űrlift-építési kísérleteit írja le – köztük a NASA X-Prize verseny résztvevőivel.

A film főszereplői Bradley Edwards és Michael Lane. Edwards asztrofizikus, aki 1998 óta dolgozik az űrlift ötletén. Lane vállalkozó és alapítója a LiftPortnak, a szén nanocsövek kereskedelmi felhasználását népszerűsítő cégnek.

A 90-es évek végén és a 2000-es évek elején Edwards, miután támogatást kapott a NASA-tól, intenzíven kidolgozta az űrlift ötletét, kiszámítva és értékelve a projekt minden aspektusát. Minden számítása azt mutatja, hogy ez az ötlet megvalósítható - ha csak a kábelhez elég erős szál jelenik meg.

Edwards rövid ideig együttműködött a LiftPorttal, hogy finanszírozást keressen a liftprojekthez, de a belső nézeteltérések miatt a projekt soha nem valósult meg. A LiftPort 2007-ben bezárt, bár egy évvel korábban sikeresen bemutatott egy robotot, amely egy mérföld hosszú, léggömbökre felfüggesztett függőleges kábelen mászik, bizonyos technológiája koncepciójának bizonyításaként.

Ez az újrafelhasználható rakétákra koncentráló privát tér a belátható jövőben teljesen kiszoríthatja az űrlift-fejlesztést. Szerinte az űrlift már csak azért is vonzó, mert olcsóbb módokat kínál a rakomány pályára szállítására, és éppen ennek a szállítási költségnek a csökkentésére fejlesztenek újrahasznosítható rakétákat.

Edwards az ötlet megtorpanását a projekt valódi támogatásának hiányával okolja. „Így néznek ki a projektek, amelyeket a világon szétszórtan emberek százai fejlesztenek hobbiként. Addig nem történik komoly előrelépés, amíg nincs valódi támogatás és központosított irányítás."

Más a helyzet az űrlift ötletének fejlesztésével Japánban. Az ország híres a robotika terén elért fejlesztéseiről, Sumio Iijima japán fizikus pedig úttörőnek számít a nanocsövek területén. Az űrlift ötlete itt szinte nemzeti.

A japán Obayashi cég ígéretet tesz arra, hogy 2050-re leszállít egy munkaterületi liftet. A cég vezérigazgatója, Yoji Ishikawa azt mondta, hogy magánvállalkozókkal és helyi egyetemekkel együttműködnek a meglévő nanocső-technológia fejlesztésén.

Ishikawa azt mondja, hogy bár a vállalat megérti a projekt összetettségét, nem látnak alapvető akadályokat a megvalósításban. Úgy véli továbbá, hogy az űrlift ötletének népszerűségét Japánban az okozza, hogy szükség van valamiféle nemzeti eszmére, amely egyesíti az embereket az elmúlt néhány évtized nehéz gazdasági helyzetének hátterében.

Ishikawa biztos abban, hogy bár egy ekkora elképzelést nagy valószínűséggel csak az valósíthat meg nemzetközi együttműködés, Japán az űrlift országos nagy népszerűsége miatt a mozdonyává válhat.

Eközben a kanadai űr- és védelmi vállalat, a Thoth Technology tavaly nyáron elnyerte a 9 085 897 számú amerikai egyesült államokbeli szabadalmat az űrlift változatáért. Pontosabban a koncepció egy olyan torony megépítését foglalja magában, amely a sűrített gáznak köszönhetően megőrzi merevségét.

A toronynak 20 km magasságba kell szállítania a rakományt, ahonnan hagyományos rakétákkal pályára állítják. Ez a köztes lehetőség a vállalat számításai szerint akár 30%-os üzemanyag-megtakarítást is eredményezhet egy rakétához képest.

Az űrliftben 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. Minek? 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 (ez esetben szögsebessége nagyobb lesz, mint az „álló” műholdaké), utolérni a karbantartást igénylő járművet, majd 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 irányába? 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 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 lévő 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 lift 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 vas tartalék földkéreg egyszerűen nem elég neki.

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, a Föld közelében 1 milliméter vastag kábellel és pályán 25 centiméteres (tömeg 900 tonna az ellensúly figyelembe vétele nélkül) felvonó már nem lesz képzelet.

Lift

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 fonal éri el a Föld felszínét, legjobb forgatókönyv: 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 fogja ellenállni a fém huzalozás súlyát, ami azt jelenti, hogy a nanocsöveket meg kell „tanítani” vezetni elektromos áram. 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, amíg a kabint pályára állítják. De maga túl nehéz, és két-három tankolást is igényel az út során.

Talán, legjobb lehetőség- ez az energia átadása lézer vagy mikrohullámú pisztoly segítségével, amely besugározza a lift vevőkészülékét. De ez sem hiányosságok nélkül. A technológia jelenlegi szintjén a kapott energiának csak egy kisebb része alakítható elektromos árammá. 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 innen Halo játékok 3: ODST)

Sugárvédelem

Rossz hír a könnyeden utazni vágyóknak: a lift áthalad a Föld sugárzási övein. 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. Legénységgel űrhajók csak holdexpedíciók során kelt át rajtuk, és csak néhány órát töltött 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 is törik le a jelentős széllel rendelkező liftet, de kidobják 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 torony gyémánt keménységű anyagból építhető. 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 kábeleket használ az indításhoz űrhajó. 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. A sikló átveszi a kövekkel ellátott ketrec szerepét, a kábel hevederré változik, a tengely pedig közös központ a rendszer tömege, súlytalanság állapotában a hajó kezdeti pályáján. 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 fog hamarosan megjelenni. 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 Konsztantyin Eduardovics Ciolkovszkij beszélt több mint egy évszázaddal ezelőtt.

Az űrlift ötlete évek óta izgatja az emberiséget, amióta Konsztantyin Ciolkovszkij orosz tudós 1895-ben először megfogalmazta a koncepciót és a koncepciót. A nemrég épült Eiffel-torony ihlette egy szabadon álló szerkezetet, amely a talajszinttől a geostacionárius pályáig terjed. 36 ezer kilométerrel az Egyenlítő fölé emelkedve, a Föld forgási irányát követve, a végponton, pontosan egynapos keringési periódussal, ez a szerkezet rögzített helyzetben maradna.

Részletesebb javaslatok a 20. század közepén-végén jelentek meg, amikor elkezdődött az űrverseny, és ahogy egyre gyakoribbá váltak a Föld körüli pályára tartó, emberes küldetések. Azt remélték, hogy egy űrlift drámaian csökkentheti a Föld körüli pályára jutás költségeit, forradalmasítva ezzel a Föld-közeli űrhöz való hozzáférést. világűr, a Holdra, a Marsra és még azon túl is. Azonban a kezdeti befektetés és szint szükséges technológiákat Világossá tették, hogy egy ilyen projekt nem praktikus, és a sci-fi birodalmába sorolták.

A 21. század első évtizedeiben kezdték komolyabban megközelíteni a koncepciót, hiszen a technológiákhoz. Ezek az egytől több tíz nanométerig terjedő átmérőjű kiterjesztett hengeres szerkezetek korlátlan hosszúságú fonalakba „szőthetők”. Ezenkívül ez az anyag kellően nagy szilárdsággal és ugyanakkor alacsony sűrűséggel rendelkezik, amely szükséges egy űrlift kábelének létrehozásához.

A korlátozás más: eddig a szén nanocsöveket kis mennyiségben gyártják. Egyetlen kábel sem elég az „éghez”. 2004-ben az egyfalú nanocső rekordhossza mindössze 0,4 centiméter volt, 2006-ban a tudósoknak sikerült meghosszabbítaniuk a nanoterméket 7 milliméterre. 2008-ban a tudósoknak sikerült „szőnyeget” szőniük nanocsövekből, amelyek hossza elérte a 185 centimétert, szélessége pedig - 92 cm, azóta azonban nem történt új áttörés ebben az iparágban. Ez a technológia nagyon ígéretes, de további kutatásokra van szükség a gyártási folyamat javításához.

Eközben a tudósok világszerte folytatják az űrlift ötletének kidolgozását. Tehát a japánok 2012 elején, 2012 végén jelentették be. 2013-ban a média megemlékezett az „űrlift” orosz gyökereiről és. Szóval mikor válnak valósággá az ilyen őrültnek tűnő ötletek?

Ha a futurológia alapelveire támaszkodunk, adatextrapolációs módszereket alkalmazunk, feltételezzük, hogy a finanszírozás globális dinamikája tudományos tevékenység szinten marad, figyelembe veszi a politikai, gazdasági és társadalmi összetevőket, akkor elég pontosan előre jelezhetjük tudományos felfedezések, a prototípus elkészítésének, a technológiák tömeggyártásba való bevezetésének és az ezeken alapuló termékek társadalmi használatának megkezdésének hozzávetőleges ideje. Például Moore törvénye több mint 40 éve működik az elektronikában.

A futurológusok tények alapján megerősítik, tudományos munkák valamint az a tendencia, hogy több évtizedes kutatásra lesz szükség a szén nanocsövek szintézisére szolgáló új eljárások kidolgozásához. Egy ilyen felfedezés körülbelül a 2040-es években fog megtörténni, és forradalmasítani fogja a gépészet és az építőipar területét. A miniatűr nanocsövek hosszabb szálakká való „szövésének” képességével az emberiség nagy szilárdságú anyagokat kap (több százszor erősebb az acélnál és tízszer erősebb a kevlárnál). Számos egyéb alkalmazás mellett elérhetővé válik az űrlift megépítésének technológiája. Képzeljük el, hogy a szükséges 130 gigapascal erősséget sikerült elérni, mi van akkor? A tervezési problémák továbbra is fennállnak. Például el kell dönteni, hogyan lehet semlegesíteni a kábelben a Hold és a Nap gravitációs ereje által okozott veszélyes rezgéseket, valamint a napszél széllökésekből eredő nyomást?

Súlyos jogi és pénzügyi nehézségeket is le kell küzdeni. Új nemzetközi megállapodásokra van szükség a repülésbiztonságról, a légiközlekedés-védelemről és a baleset vagy terroresemény esetén történő kártérítésről. A biztosítási mechanizmus működése különös aggodalomra ad okot, tekintettel a katasztrófa lehetőségére, ha valami elromlik. Időközben kisebb kísérleti építményeket építenek az alapkoncepciók bemutatására alacsonyabb magasságokban. Ez végül megnyitja az utat a sokkal nagyobb szerkezetek előtt

A 2070-es évek végén, 15 évnyi aktív építkezés után teljesen működőképessé válik a Föld felszínétől a geostacionárius pályáig tartó űrlift. Az építési folyamat során az űrhajót rögzített helyzetbe kell helyezni 35 786 kilométeres magasságban az egyenlítő felett, majd le kell engedni egy kábelt, amely fokozatosan tágul le a Föld felé. Ettől a ponttól felfelé is fektetik - több mint 47 ezer kilométeres magasságba, ahol a tárgyak nem lesznek kitéve a Föld gravitációs erejének. A kábel külső végén egy nagy ellensúly található, hogy a kábel feszes maradjon. Az űrlift földi állomásának „referenciapontja” és helyszíne nagy valószínűséggel Francia Guyana, Közép-Afrika, Srí Lanka vagy Indonézia lesz.

Ahogy a 21. század végén a legtöbb közlekedési és infrastruktúra-forma esetében, az űrliftet is rendszerek és programok fogják irányítani. Folyamatosan figyelemmel kísérik a szerkezet minden részét, és fenntartják annak szerkezetét, használhatóságát és teljesítményét. Szükség esetén robotokat küldhetünk a kábelhálózat vagy más liftelemek problémáinak megoldására egészen a talajszinttől a hideg vákuumig.

Az űrlift forradalmasítja az űripart azzal, hogy a hagyományos hordozórakétáknál lényegesen olcsóbban juttatja pályára az embereket és a rakományt. Egyetlen nap alatt több mint 1000 tonna anyag emelhető a levegőtlen térbe egy lift segítségével, ami nagyobb, mint a századfordulón több mint egy évtizedig tartó Nemzetközi Űrállomás tömege.

Egy ilyen emelkedés természetesen elég sok időt vesz igénybe a rakétákhoz képest, de gördülékenyebben, nagy túlterhelések és robbanóanyagok használata nélkül megy végbe. Amikor elhagyják a légkört és elérik az alacsony földi pályát, 160 és 2000 kilométer között, a rakományt vagy utasokat szállító hajók saját Föld körüli pályájukra léphetnek. Ezenkívül elhagyhatják a geoszinkron pályát (csak sebességet kell növelni), hogy elkerüljék a Föld gravitációját, és tovább utazzanak, távolabbi helyekre, például a Holdra vagy a Marsra.

A következő évtizedekben további űrliftek működnek majd a Földön túl is: a Holdon, a Marson és talán máshol is naprendszer. A technológia fejlődésével a nanocsövek költsége a műszaki kockázatokkal együtt csökkenni fog. Sőt, a liftek építése kényelmesebb lesz az alacsony gravitáció miatt: 0,16 g a Holdon és 0,38 g a Marson.

Annak ellenére, hogy a 2070-es évek sokak számára olyan távolinak és elérhetetlennek tűnnek, a tudomány jelenlegi problémáit figyelembe véve, rajtad és rajtad múlik, hogy milyen lesz a jövő, és milyen gyorsan jön el.

Köszönjük Mikhail Astakhovnak és a „The Future Now” futurológiai projektnek a cikk elkészítését.

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 megharagudott, és megszólaltatta az egész népet különböző nyelvekenés 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 világűrbe 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 az egész szerkezetet megtartja, megakadályozva, hogy lezuhanjon.

Első pillantásra ez az ötlet egy mérföldnyire manilovizmusszagú, 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 mindent közös projektek, az ISS kivételével. 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! Ijesztő elképzelni, 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 ráhagyás

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 fölött van. Ez egyszerűen szörnyen kicsi. Feláll örök kérdés: mit tegyek? 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 súlyos probléma ehhez kapcsolódik űrszemét. 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 az orrod!

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 az 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 tud önállóan megbirkózni ezzel grandiózus projekt. 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