Temelj sa podrumom
Orbitalni lift. Istraživački rad „svemirski lift“ Što je svemirski lift

Orbitalni lift. Istraživački rad „svemirski lift“ Što je svemirski lift

(GSO) zbog centrifugalne sile. Diže se duž sajle, noseći teret. Prilikom izdizanja, teret će se ubrzati zbog rotacije Zemlje, što će omogućiti da bude poslan izvan Zemljine gravitacije na dovoljno velikoj visini.

Kabel zahtijeva izuzetno visoku vlačnu čvrstoću u kombinaciji s niskom gustoćom. Prema teoretskim izračunima, ugljikove nanocijevi se čine prikladnim materijalom. Ako pretpostavimo njihovu prikladnost za proizvodnju kabela, tada je stvaranje svemirskog dizala rješiv inženjerski problem, iako zahtijeva korištenje naprednih razvoja i. Izrada dizala procjenjuje se na 7-12 milijardi dolara. NASA već financira srodne razvoje u Američkom institutu za znanstvena istraživanja, uključujući razvoj dizala koje se može samostalno kretati po sajli.

Oblikovati

Postoji nekoliko opcija dizajna. Gotovo svi uključuju bazu (bazu), kabel (kabel), dizala i protuuteg.

Baza

Baza svemirskog dizala je mjesto na površini planeta gdje se pričvršćuje sajla i počinje podizanje tereta. Može biti mobilna, postavljena na oceansko plovilo.

Prednost pomične baze je mogućnost izvođenja manevara za izbjegavanje uragana i oluja. Prednosti stacionarne baze su jeftiniji i pristupačniji izvori energije, te mogućnost smanjenja duljine kabela. Razlika od nekoliko kilometara remena relativno je mala, ali može pomoći u smanjenju potrebne debljine njegovog srednjeg dijela i duljine dijela koji se proteže izvan geostacionarne orbite.

Kabel

Kabel mora biti izrađen od materijala s izuzetno visokim omjerom vlačne čvrstoće i specifične težine. Svemirsko dizalo bit će ekonomski opravdano ako se kabel s gustoćom usporedivom s grafitom i čvrstoćom od oko 65-120 gigapaskala može proizvesti u industrijskim razmjerima po razumnoj cijeni.

Za usporedbu, čvrstoća većine vrsta čelika je oko 1 GPa, a čak ni najjače vrste nemaju više od 5 GPa, a čelik je težak. Mnogo lakši kevlar ima čvrstoću u rasponu od 2,6-4,1 GPa, a kvarcno vlakno ima čvrstoću do 20 GPa i više. Teoretska čvrstoća dijamantnih vlakana može biti mala [kako dugo?] viši.

Tehnologija tkanja takvih vlakana još je u povojima.

Prema nekim znanstvenicima, čak ni ugljikove nanocijevi nikada neće biti dovoljno jake da naprave kabel za svemirsko dizalo.

Eksperimenti znanstvenika sa Sveučilišta za tehnologiju u Sydneyu omogućili su stvaranje grafenskog papira. Ispitivanja uzoraka su ohrabrujuća: gustoća materijala je pet do šest puta manja nego kod čelika, dok je vlačna čvrstoća deset puta veća od one kod ugljičnog čelika. U isto vrijeme, grafen je dobar vodič električne struje, što mu omogućuje da se koristi za prijenos energije na dizalo, kao kontaktna sabirnica.

Podebljavanje kabela

Prostorno dizalo mora nositi barem vlastitu težinu, koja je zbog duljine sajle znatna. Zadebljanje s jedne strane povećava čvrstoću kabela, as druge dodaje njegovu težinu, a time i potrebnu čvrstoću. Opterećenje na njemu će varirati na različitim mjestima: u nekim slučajevima dio remena mora podnijeti težinu segmenata ispod, u drugima mora izdržati centrifugalnu silu koja drži gornje dijelove remena u orbiti. Da bi se zadovoljio ovaj uvjet i postigla optimalnost kabela u svakoj točki, njegova debljina će biti promjenjiva.

Može se pokazati da će uzimajući u obzir Zemljinu gravitaciju i centrifugalnu silu (ali ne uzimajući u obzir manji utjecaj Mjeseca i Sunca), poprečni presjek kabela ovisno o visini biti opisan sljedećom formulom:

Ovdje je površina poprečnog presjeka kabela kao funkcija udaljenosti od centar Zemlja.

Formula koristi sljedeće konstante:

Ova jednadžba opisuje remen čija se debljina prvo eksponencijalno povećava, zatim se njegov rast usporava na visini od nekoliko Zemljinih radijusa, a zatim postaje konstantan, na kraju dostižući geostacionarnu orbitu. Nakon toga se debljina ponovno počinje smanjivati.

Dakle, omjer površina poprečnog presjeka kabela na bazi i na GSO ( r= 42,164 km) je:

Zamijenivši ovdje gustoću i čvrstoću čelika i promjer kabela na razini tla od 1 cm, dobivamo promjer na razini GSO od nekoliko stotina kilometara, što znači da čelik i drugi nama poznati materijali nisu prikladni za izgradnju lift.

Slijedi da postoje četiri načina za postizanje razumnije debljine kabela na razini GSO-a:

Drugi način je da podnožje dizala bude pomično. Kretanje čak i brzinom od 100 m/s već će dati dobitak u kružnoj brzini za 20% i smanjiti duljinu kabela za 20-25%, što će ga učiniti lakšim za 50 posto ili više. Ako kabel "usidrite" na nadzvučnom zrakoplovu ili vlaku, tada se dobitak mase kabela više neće mjeriti u postocima, već u desecima puta (ali gubici zbog otpora zraka se ne uzimaju u obzir).

Protuteža

Protuuteg se može stvoriti na dva načina - vezivanjem teškog objekta (na primjer, asteroida, svemirskog naselja ili svemirskog pristaništa) izvan geostacionarne orbite, ili produžavanjem samog remena na značajnu udaljenost izvan geostacionarne orbite. Druga opcija postala je popularnija u posljednje vrijeme jer ju je lakše implementirati, a osim toga, lakše je lansirati opterećenja na druge planete s kraja izduženog kabela, budući da ima značajnu brzinu u odnosu na Zemlju.

Kutni moment, brzina i nagib

Horizontalna brzina svakog dijela kabela raste s visinom proporcionalno udaljenosti do središta Zemlje, dostižući prvu izlaznu brzinu u geostacionarnoj orbiti. Stoga pri dizanju tereta treba dobiti dodatni kutni moment (horizontalnu brzinu).

Kutni moment se stječe rotacijom Zemlje. Dizalo se u početku kreće nešto sporije od sajle (Coriolisov efekt) te na taj način “usporava” sajlu i lagano je skreće prema zapadu. Pri brzini uspona od 200 km/h, sajla će se nagnuti za 1 stupanj. Horizontalna komponenta napetosti u ne-vertikalnom kabelu povlači teret u stranu, ubrzavajući ga u smjeru istoka (vidi dijagram) - zbog toga dizalo dobiva dodatnu brzinu. Prema trećem Newtonovom zakonu, kabel malo usporava Zemlju.

Istodobno, utjecaj centrifugalne sile tjera kabel da se vrati u energetski povoljan okomiti položaj, tako da će biti u stanju stabilne ravnoteže. Ako je težište dizala uvijek iznad geostacionarne orbite, bez obzira na brzinu dizala, ono neće pasti.

U trenutku kada teret stigne do GEO, njegov kutni moment (horizontalna brzina) je dovoljan za lansiranje tereta u orbitu.

Prilikom spuštanja tereta dogodit će se obrnuti proces, naginjući kabel prema istoku.

Lansirati u svemir

Na kraju kabela na visini od 144.000 km tangencijalna komponenta brzine bit će 10,93 km/s, što je više nego dovoljno za napuštanje gravitacijskog polja Zemlje i lansiranje brodova prema Saturnu. Ako se objekt pusti da slobodno klizi duž vrha remena, imat će dovoljnu brzinu da pobjegne iz Sunčevog sustava. To će se dogoditi zbog prijelaza ukupnog kutnog momenta kabela (i Zemlje) u brzinu lansiranog objekta.

Da biste postigli još veće brzine, možete produžiti kabel ili ubrzati teret pomoću elektromagnetizma.

Izgradnja

Izgradnja se izvodi iz geostacionarne stanice. Ovo je jedino mjesto gdje svemirska letjelica može sletjeti. Jedan kraj se spušta na površinu Zemlje, rastegnut silom gravitacije. Drugi, za balansiranje, je u suprotnom smjeru, vuče ga centrifugalna sila. To znači da se sav materijal za izgradnju mora dignuti u geostacionarnu orbitu na tradicionalan način, bez obzira na odredište tereta. Odnosno, cijena dizanja cijelog svemirskog dizala u geostacionarnu orbitu je minimalna cijena projekta.

Ušteda od korištenja prostornog lifta

Pretpostavlja se da će svemirsko dizalo uvelike smanjiti troškove slanja tereta u svemir. Svemirska dizala su skupa za izgradnju, ali su njihovi operativni troškovi niski, pa ih je najbolje koristiti tijekom dugih vremenskih razdoblja za vrlo velike količine tereta. Trenutačno tržište za lansiranje tereta možda nije dovoljno veliko da bi opravdalo izgradnju dizala, ali dramatično smanjenje cijene trebalo bi dovesti do veće raznolikosti tereta. Ostala prometna infrastruktura - autoceste i željeznice - opravdava se na isti način.

Još uvijek nema odgovora na pitanje hoće li svemirski lift vratiti novac uložen u njega ili bi ga bilo bolje uložiti u daljnji razvoj raketne tehnologije.

Ne treba zaboraviti ni na ograničenje broja relejnih satelita u geostacionarnoj orbiti: trenutno međunarodni sporazumi dopuštaju 360 satelita - jedan relej po kutnom stupnju, kako bi se izbjegle smetnje pri emitiranju u K u -frekvencijskom pojasu. Za C frekvencije broj satelita ograničen je na 180.

Ova okolnost objašnjava pravi komercijalni neuspjeh projekta, budući da su glavni financijski troškovi nevladinih organizacija usmjereni na relejne satelite koji zauzimaju ili geostacionarnu orbitu (televizija, komunikacije) ili niže orbite (globalni sustavi za pozicioniranje, promatranje prirodnih resursa, itd.) .

No, dizalo može biti hibridni projekt te, uz funkciju dostave tereta u orbitu, ostati baza za druge istraživačke i komercijalne programe koji nisu vezani uz transport.

Dostignuća

Od 2005. godine u Sjedinjenim Američkim Državama održava se godišnje natjecanje Space Elevator Games u organizaciji Zaklade Spaceward uz potporu NASA-e. U ovim natjecanjima postoje dvije kategorije: “najbolja sajla” i “najbolji robot (lift)”.

U natjecanju u dizanju, robot mora prevladati zadanu udaljenost, penjući se okomitom sajlom brzinom koja nije manja od one utvrđene pravilima (u natjecanju 2007. standardi su bili sljedeći: duljina sajle - 100 m, minimalna brzina - 2 m/s). Najbolji rezultat u 2007. godini bio je svladavanje udaljenosti od 100 m prosječnom brzinom od 1,8 m/s.

Ukupni nagradni fond za natjecanje Space Elevator Games 2009. iznosio je 4 milijuna dolara.

U natjecanju čvrstoće užeta, sudionici moraju osigurati dvometarski prsten izrađen od teškog materijala težine najviše 2 grama, koji se posebnom instalacijom ispituje na pucanje. Da bi pobijedio na natjecanju, snaga kabela mora biti najmanje 50% veća u ovom pokazatelju od uzorka koji je već dostupan NASA-i. Do sada najbolji rezultat ima sajla koja je izdržala opterećenje do 0,72 tone.

Natjecanje ne uključuje Liftport Group, koja je postala poznata po svojim tvrdnjama o lansiranju svemirskog dizala 2018. (kasnije pomaknuto za 2031.). Liftport provodi vlastite eksperimente, na primjer, 2006. godine robotsko dizalo penjalo se uz snažno uže rastegnuto uz pomoć balona. Od jednog i pol kilometra, žičara je uspjela prevaliti samo 460 metara. U kolovozu-rujnu 2012. tvrtka je pokrenula projekt za prikupljanje sredstava za nove eksperimente s liftom na web stranici Kickstarter. Ovisno o prikupljenoj količini, planirano je dizanje robota 2 ili više kilometara.

Na natjecanju Space Elevator Games, od 4. do 6. studenoga 2009., održano je natjecanje u organizaciji Spaceward Foundationa i NASA-e u južnoj Kaliforniji, u Dryden Flight Research Centeru, unutar granica poznate zračne baze Edwards. Probna duljina sajle bila je 900 metara, sajla je podignuta pomoću helikoptera. Vodstvo je preuzeo LaserMotive koji je predstavio lift brzinom od 3,95 m/s, što je vrlo blizu tražene brzine. Dizalo je prešlo cijelu dužinu sajle za 3 minute 49 sekundi; dizalo je nosilo teret od 0,4 kg. .

Slični projekti

Svemirski lift nije jedini projekt koji koristi vezice za lansiranje satelita u orbitu. Jedan takav projekt je Orbital Skyhook. Skyhook koristi privezak koji nije jako dugačak u usporedbi sa svemirskim dizalom koje se nalazi u niskoj Zemljinoj orbiti i brzo se okreće oko središnjeg dijela. Zbog toga se jedan kraj kabela pomiče relativno malom brzinom u odnosu na Zemlju, a na njega se mogu objesiti tereti hipersoničnih letjelica. U isto vrijeme, Skyhook dizajn djeluje poput divovskog zamašnjaka - akumulatora okretnog momenta i kinetičke energije. Prednost projekta Skyhook je njegova izvedivost korištenjem postojećih tehnologija. Loša strana je što Skyhook koristi energiju iz svog kretanja za lansiranje satelita, a tu će energiju morati nekako nadoknaditi.

Svemirski lift u raznim radovima

U SSSR-ovom filmu Petka u svemiru iz 1972. glavni lik izmišlja svemirski lift.
Jedno od poznatih djela Arthura C. Clarkea, The Fountains of Heaven, temelji se na ideji svemirskog dizala. Osim toga, svemirski lift se pojavljuje u završnom dijelu njegove poznate tetralogije, Odiseja u svemiru (3001: Posljednja Odiseja).
U Zvjezdanim stazama: Voyager epizoda 3x19 "Rise", svemirski lift pomaže posadi da pobjegne s planeta s opasnom atmosferom.
Civilization IV ima svemirski lift. Tu je on jedan od kasnijih "Velikih čuda".
Znanstveno-fantastični roman Timothyja Zahna “Silkworm” (“Spinneret”, 1985.) spominje planet sposoban za proizvodnju supervlakna. Jedna od rasa, zainteresirana za planet, htjela je dobiti ovo vlakno posebno za izgradnju svemirskog dizala.
U znanstvenofantastičnom romanu Limit Franka Schätzinga, svemirski lift djeluje kao središnja točka političkih intriga u bliskoj budućnosti.
U dilogiji Sergeja Lukjanenka "Zvijezde su hladne igračke", jedna od izvanzemaljskih civilizacija, u procesu međuzvjezdane trgovine, isporučila je na Zemlju teške niti koje se mogu koristiti za izgradnju svemirskog dizala. Ali izvanzemaljske civilizacije inzistirale su isključivo na njihovom korištenju za njihovu namjenu – kao pomoć pri porodu.
U znanstvenofantastičnom romanu “Destined to Victory” J. Scalzija (eng. Scalzi, John. Starčev rat) sustavi svemirskih dizala aktivno se koriste na Zemlji, brojnim zemaljskim kolonijama i nekim planetima drugih visokorazvijenih inteligentnih rasa za komunikaciju s stupovima međuzvjezdanih brodova.
U romanu znanstvene fantastike "Sutra će biti vječnost" Aleksandra Gromova, radnja je izgrađena oko činjenice postojanja svemirskog dizala. Postoje dva uređaja - izvor i prijemnik, koji pomoću "energetskog snopa" mogu podići "kabinu" dizala u orbitu.
Znanstveno-fantastični roman Alastaira Reynoldsa "Grad bezdana" detaljno opisuje strukturu i funkcioniranje svemirskog dizala te opisuje proces njegovog uništenja (kao rezultat terorističkog napada).
Znanstveno-fantastični roman Strata Terryja Pratchetta prikazuje liniju, iznimno dugu umjetnu molekulu koja se koristi kao svemirsko dizalo.
Spominje se u pjesmi grupe Zvuki Mu “Lift do neba”.
Na samom početku igre Sonic Colors, Sonic i Tails se mogu vidjeti kako se svemirskim liftom penju do Dr. Eggman's Parka.
U knjizi Alexandera Zoricha "Somnambulist 2" iz serijala Etnogenesis, glavni lik Matvey Gumilyov (nakon što je posadio surogat osobnost - Maskim Verkhovtsev, osobni pilot druga Alpha, šefa "Star Fighters") putuje u orbitalnom dizalu.
U priči “Zmija” pisca znanstvene fantastike Aleksandra Gromova, likovi koriste svemirski lift “na putu” od Mjeseca do Zemlje.
U seriji znanstvenofantastičnih romana Georgea R. Martina, "Tufova putovanja", na planetu "S"atlem, orbitalno dizalo vodi do planetoida opremljenog poput svemirske luke.

U mangi i animeu

U trećoj epizodi animea Edo Cyber City, svemirski lift korišten je za uspon do orbitalne kriogene banke.
Battle Angel ima kiklopski svemirski lift, na čijem je jednom kraju nebeski grad Salem (za građane) zajedno s nižim gradom (za negrađane), a na drugom kraju je svemirski grad Yeru. Slična struktura nalazi se na drugoj strani Zemlje.
U animeu Mobile Suit Gundam 00 postoje tri svemirska dizala; na njih je također pričvršćen prsten od solarnih panela koji omogućuje korištenje svemirskog dizala za proizvodnju električne energije.
U animeu Z.O.E. Dolores prikazuje svemirski lift, a također pokazuje što bi se moglo dogoditi u slučaju terorističkog napada.
Svemirski lift se spominje u anime seriji Trinity Blood, u kojoj svemirski brod Arc služi kao protuteža.

vidi također

Svemirski lift: 2010 (Engleski) ruski

Bilješke

Književnost

Yuri Artsutanov “U svemir - na električnoj lokomotivi”, novine “Komsomolskaya Pravda” od 31. srpnja 1960.
Alexander Bolonkin “Non-Rocket Space Launch and Flight”, Elsevier, 2006., 488 str.

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

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

Dragi prostor

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

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

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

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

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

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

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

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

Margina sigurnosti

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

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

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

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

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

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

Krhotine i oluje

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

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

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

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

Glavu gore!

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

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

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

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

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

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

Adilet URAIMOV

Iako je izgradnja svemirskog dizala već u okvirima naših inženjerskih mogućnosti, strasti oko te građevine nedavno su se, nažalost, stišale. Razlog je taj što znanstvenici još nisu uspjeli dobiti tehnologiju za proizvodnju ugljikovih nanocijevi potrebne čvrstoće u industrijskim razmjerima.

Ideju o lansiranju tereta u orbitu bez raketa predložila je ista osoba koja je utemeljila teorijsku kozmonautiku - Konstantin Eduardovič Ciolkovski. Inspiriran Eiffelovim tornjem koji je vidio u Parizu, opisao je svoju viziju svemirskog lifta u obliku tornja goleme visine. Njegov bi vrh bio samo u geocentričnoj orbiti.

Toranj dizala temelji se na čvrstim materijalima koji sprječavaju kompresiju – ali moderne ideje za svemirska dizala još uvijek razmatraju verziju sa sajlama koje moraju biti vlačne čvrstoće. Ovu ideju prvi je predložio 1959. drugi ruski znanstvenik, Jurij Nikolajevič Artsutanov. Prvi znanstveni rad s detaljnim proračunima o svemirskom dizalu u obliku sajle objavljen je 1975. godine, a 1979. Arthur C. Clarke ga je popularizirao u svom djelu “Fontane raja”.

Iako su nanocijevi trenutno prepoznate kao najčvršći materijal i jedini pogodan za izgradnju dizala u obliku kabela koji se proteže od geostacionarnog satelita, čvrstoća nanocijevi dobivena u laboratoriju još nije dovoljna da bi se postigla proračunata čvrstoća.

Teoretski, čvrstoća nanocijevi trebala bi biti veća od 120 GPa, ali u praksi je najveće istezanje jednostjejne nanocijevi bilo 52 GPa, au prosjeku su pucale u rasponu od 30-50 GPa. Svemirski lift zahtijeva materijale čvrstoće od 65-120 GPa.

Krajem prošle godine na najvećem američkom festivalu dokumentarnog filma DocNYC prikazan je film Sky Line koji opisuje pokušaje američkih inženjera da naprave svemirski lift – uključujući i sudionike NASA X-Prize natjecanja.

Glavni likovi filma su Bradley Edwards i Michael Lane. Edwards je astrofizičar koji na ideji svemirskog dizala radi od 1998. godine. Lane je poduzetnik i osnivač LiftPorta, tvrtke koja promiče komercijalnu upotrebu ugljikovih nanocijevi.

Krajem 90-ih i početkom 2000-ih Edwards je, nakon što je dobio grantove od NASA-e, intenzivno razvijao ideju svemirskog dizala, proračunavajući i ocjenjujući sve aspekte projekta. Svi njegovi izračuni pokazuju da je ta ideja izvediva - ako se samo pojavi vlakno dovoljno čvrsto za kabel.

Edwards se nakratko udružio s LiftPortom kako bi tražio sredstva za projekt dizala, ali zbog internih nesuglasica, projekt se nikada nije ostvario. LiftPort je zatvoren 2007., iako je godinu dana ranije uspješno demonstrirao robota koji se penje po milju dugom okomitom kabelu obješenom o balone kao dio dokaza koncepta za neke od svojih tehnologija.

Taj privatni prostor, koncentriran na višekratne rakete, mogao bi u doglednoj budućnosti potpuno istisnuti razvoj svemirskih dizala. Prema njegovim riječima, svemirski lift je atraktivan samo zato što nudi jeftinije načine dostave tereta u orbitu, a rakete za višekratnu upotrebu razvijaju se upravo kako bi se smanjio trošak te dostave.

Edwards za stagnaciju ideje krivi nedostatak stvarne podrške projektu. “Ovako izgledaju projekti koje stotine ljudi razasutih diljem svijeta razvijaju kao hobi. Neće biti ozbiljnog napretka dok ne bude stvarne podrške i centralizirane kontrole."

Drugačija je situacija s razvojem ideje o svemirskom dizalu u Japanu. Zemlja je poznata po svojim dostignućima u području robotike, a japanski fizičar Sumio Iijima smatra se pionirom u području nanocijevi. Ideja o svemirskom dizalu ovdje je gotovo nacionalna.

Japanska tvrtka Obayashi obećava isporuku dizala za radni prostor do 2050. Izvršni direktor tvrtke Yoji Ishikawa kaže da surađuju s privatnim izvođačima i lokalnim sveučilištima na poboljšanju postojeće tehnologije nanocijevi.

Ishikawa kaže da, iako tvrtka razumije složenost projekta, ne vidi temeljne prepreke njegovoj provedbi. Također smatra da je popularnost ideje o svemirskom dizalu u Japanu uzrokovana potrebom da postoji neka vrsta nacionalne ideje koja ujedinjuje ljude u pozadini teške ekonomske situacije u posljednjih nekoliko desetljeća.

Ishikawa je uvjeren da iako se ideja ovakvih razmjera najvjerojatnije može realizirati samo međunarodnom suradnjom, Japan bi mogao postati njezina lokomotiva zbog velike popularnosti svemirskog dizala u zemlji.

U međuvremenu, kanadska svemirska i obrambena tvrtka Thoth Technology dobila je prošlog ljeta američki patent br. 9,085,897 za njihovu verziju svemirskog dizala. Točnije, koncept uključuje konstrukciju tornja koji zadržava svoju krutost zahvaljujući komprimiranom plinu.

Toranj bi trebao dostaviti teret na visinu od 20 km, odakle će biti lansirani u orbitu pomoću konvencionalnih raketa. Ova srednja opcija, prema izračunima tvrtke, uštedjet će do 30% goriva u usporedbi s raketom.

Prema teoretskim proračunima, čini se da su prikladan materijal. Ako pretpostavimo njihovu prikladnost za proizvodnju kabela, tada je stvaranje svemirskog dizala rješiv inženjerski problem, iako zahtijeva korištenje naprednih razvoja i. NASA već financira srodne razvoje u Američkom institutu za znanstvena istraživanja, uključujući razvoj dizala koje se može samostalno kretati po sajli. Vjerojatno bi ova metoda u budućnosti mogla biti nekoliko reda veličine jeftinija od korištenja lansirnih vozila.

Enciklopedijski YouTube

1 / 5

✪ SVEMIRSKI LIFT, NAŠA ULAZNICA ZA SVEMIR!

✪ Svemirski lift do mjeseca | Veliki skok

✪ Svemirski lift. San i stvarnost. Ili fantazija?

✪ U Kanadi će se graditi svemirski lift dug 20 kilometara

✪ Svemirski lift (čitao Alexander Kotov)

titlovi

Oblikovati

Tehnologija tkanja takvih vlakana još je u povojima.

Prema nekim znanstvenicima, čak ni ugljikove nanocijevi nikada neće biti dovoljno jake da naprave kabel za svemirsko dizalo.

U lipnju 2013. inženjeri sa Sveučilišta Columbia u SAD-u izvijestili su o novom otkriću: zahvaljujući novoj tehnologiji za proizvodnju grafena, moguće je dobiti listove dijagonale nekoliko desetaka centimetara i čvrstoće samo 10% manje od teorijske.

Podebljavanje kabela

Prostorno dizalo mora nositi barem vlastitu težinu, koja je zbog duljine sajle znatna. Zadebljanje s jedne strane povećava čvrstoću kabela, as druge dodaje njegovu težinu, a time i potrebnu čvrstoću. Opterećenje na njemu će varirati na različitim mjestima: u nekim slučajevima dio kabela mora izdržati težinu segmenata koji se nalaze ispod, u drugima mora izdržati centrifugalnu silu koja drži gornje dijelove kabela u orbiti. Da bi se zadovoljio ovaj uvjet i postigla optimalnost kabela u svakoj točki, njegova debljina će biti promjenjiva.

A (r) = A 0 exp ⁡ [ ρ s [ 1 2 ω 2 (r 0 2 − r 2) + g 0 r 0 (1 − r 0 r) ] ] (\displaystyle A(r)=A_(0 )\ \exp \left[(\frac (\rho )(s))\left[(\begin(matrix)(\frac (1)(2))\end(matrix))\omega ^(2)( r_(0)^(2)-r^(2))+g_(0)r_(0)(1-(\frac (r_(0))(r)))\right]\right])

Ovdje A (r) (\displaystyle A(r))- površina poprečnog presjeka kabela u funkciji udaljenosti r (\displaystyle r) iz centar Zemlja.

Formula koristi sljedeće konstante:

Dakle, omjer površina poprečnog presjeka kabela na bazi i na GSO ( r= 42,164 km) je: A (r G E O) A 0 = exp ⁡ [ ρ s × 4, 832 × 10 7 m 2 s 2 ] (\displaystyle (\frac (A(r_(\mathrm (GEO) )))(A_(0)) )=\exp \left[(\frac (\rho )(s))\times 4,832\times 10^(7)\,\mathrm (\frac (m^(2))(s^(2))) \pravo])

Zamjenjujući ovdje gustoću i čvrstoću za razne materijale i različite promjere kabela na razini tla, dobivamo tablicu promjera kabela na razini GSO. Treba napomenuti da je proračun proveden pod uvjetom da dizalo stoji "samo", bez opterećenja - budući da materijal kabela već doživljava napetost od vlastite težine (a ta su opterećenja blizu maksimalno dopuštenih za to materijal).

Promjer kabela na GSO, ovisno o njegovom promjeru na razini tla,
za razne materijale (izračunato prema najnovijoj formuli), m

Materijal	Gustoća ρ (\displaystyle \rho ), kg÷m 3	Vlačna čvrstoća s (\displaystyle s), tata	Promjer kabela na razini tla
Materijal	Gustoća ρ (\displaystyle \rho ), kg÷m 3	Vlačna čvrstoća s (\displaystyle s), tata	1 mm	1 cm	10 cm	1m
Čelik St3 vruće valjani	7760	0,37 10 9	1.31 10 437	1.31 10 438	1.31 10 439	1.31 10 440
Visoko legirani čelik 30KhGSA	7780	1,4 10 9	4.14 10 113	4.14 10 114	4.14 10 115	4.14 10 116
mreža	1000	2,5 10 9	0,248 10 6	2,48 10 6	24.8 10 6	248 10 6
Moderna karbonska vlakna	1900	4 10 9	9.269 10 6	92,69 10 6	926,9 10 6	9269 10 6
Ugljikove nanocijevi	1900	90 10 9	2,773·10 -3	2,773·10 -2	2,773·10 -1	2.773

Stoga je nerealno izgraditi dizalo od modernih konstrukcijskih čelika. Jedini izlaz je tražiti materijale manje gustoće i/ili vrlo visoke čvrstoće.

Na primjer, tablica uključuje paučinu (paukova svila). Postoje razni egzotični projekti za dobivanje mreža na "farmama pauka". Nedavno su se pojavila izvješća da je uz pomoć genetskog inženjeringa moguće uvesti gen pauka u tijelo koze, koji kodira protein paukove mreže. Sada mlijeko genetski modificirane koze sadrži protein pauka. Je li moguće iz ovog proteina dobiti materijal koji svojim svojstvima podsjeća na paukovu mrežu, još uvijek nije poznato. Ali, prema tiskovinama, takav razvoj događaja je u tijeku

Još jedan obećavajući smjer su ugljikova vlakna i ugljikove nanocijevi. Ugljična vlakna danas se uspješno koriste u industriji. Nanocijevi su oko 20 puta jače, ali tehnologija za proizvodnju ovog materijala još nije izašla iz laboratorija. Tablica je izgrađena na pretpostavci da je gustoća kabela izrađenog od nanocijevi jednaka gustoći ugljičnih vlakana.

Dolje je navedeno nekoliko egzotičnih načina za izgradnju svemirskog dizala:

Protuteža

Protuuteg se može stvoriti na dva načina - vezivanjem teškog objekta (na primjer, asteroida, svemirskog naselja ili svemirskog pristaništa) izvan geostacionarne orbite ili produžavanjem samog remena na značajnu udaljenost izvan geostacionarne orbite. Druga opcija je zanimljiva jer je lakše lansirati opterećenja na druge planete s kraja izduženog kabela, budući da ima značajnu brzinu u odnosu na Zemlju.

Kutni moment, brzina i nagib

Horizontalna brzina svakog dijela kabela raste s visinom proporcionalno udaljenosti od središta Zemlje, dostižući prvu kozmičku brzinu u geostacionarnoj orbiti. Stoga, prilikom podizanja tereta on treba dobiti dodatni kutni moment (horizontalnu brzinu).

U isto vrijeme, utjecaj centrifugalne sile prisiljava kabel da se vrati u energetski povoljan okomiti položaj [ ], tako da će biti u stanju stabilne ravnoteže. Ako je težište dizala uvijek iznad geostacionarne orbite, bez obzira na brzinu dizala, ono neće pasti.

U trenutku kada teret dosegne geostacionarnu orbitu (GSO), njegov kutni moment je dovoljan da lansira teret u orbitu. Ako se opterećenje ne oslobodi od kabela, tada će, zaustavivši se okomito na razini GSO-a, biti u stanju nestabilne ravnoteže, a uz infinitezimalni pritisak prema dolje, napustit će GSO i početi padati na Zemlju s okomitom ubrzanje, a usporavanje u horizontalnom smjeru. Gubitak kinetičke energije iz horizontalne komponente tijekom spuštanja će se preko sajle prenijeti na kutni moment Zemljine rotacije, ubrzavajući njezinu rotaciju. Kad bude gurnut prema gore, teret će također napustiti GSO, ali u suprotnom smjeru, odnosno počet će se uzdizati duž sajle ubrzanjem od Zemlje, postižući konačnu brzinu na kraju sajle. Budući da konačna brzina ovisi o duljini kabela, njezina se vrijednost može proizvoljno namjestiti. Treba napomenuti da će do ubrzanja i povećanja kinetičke energije tereta pri dizanju, odnosno do njegovog odmotavanja u spiralu doći zbog rotacije Zemlje koja će se usporiti. Ovaj proces je potpuno reverzibilan, to jest, ako stavite opterećenje na kraj kabela i počnete ga spuštati, sabijajući ga u spiralu, kutni moment Zemljine rotacije će se povećati u skladu s tim.

Prilikom spuštanja tereta dogodit će se obrnuti proces, naginjući kabel prema istoku.

Lansirati u svemir

Na kraju kabela na visini od 144.000 km tangencijalna komponenta brzine bit će 10,93 km/s, što je više nego dovoljno za napuštanje gravitacijskog polja Zemlje i lansiranje brodova prema Saturnu. Kad bi se objekt pustio da slobodno klizi duž vrha trake, imao bi dovoljnu brzinu da pobjegne iz Sunčevog sustava. To će se dogoditi zbog prijelaza ukupnog kutnog momenta kabela (i Zemlje) u brzinu lansiranog objekta.

Da biste postigli još veće brzine, možete produžiti kabel ili ubrzati teret pomoću elektromagnetizma.

Na drugim planetima

Svemirski lift se može izgraditi na drugim planetima. Štoviše, što je manja gravitacija na planetu i što se brže okreće, to je lakše izvesti konstrukciju.

Također je moguće produžiti svemirski lift između dvaju nebeskih tijela koja kruže jedno oko drugoga i stalno su okrenuta jedno prema drugome (na primjer, između Plutona i Harona ili između komponenti dvostrukog asteroida (90) Antiopa. Međutim, budući da njihove orbite nisu točan krug, bit će potreban uređaj za stalnu promjenu duljine takvog dizala. U ovom slučaju, dizalo se može koristiti ne samo za nošenje tereta u svemir, već i za "međuplanetarna putovanja".

Izgradnja

Izgradnja se izvodi iz geostacionarne stanice. Jedan kraj se spušta na površinu Zemlje, rastegnut silom gravitacije. Drugi, za balansiranje, je u suprotnom smjeru, vuče ga centrifugalna sila. To znači da sav materijal za izgradnju mora biti dopremljen u geostacionarnu orbitu na tradicionalan način. Odnosno, trošak isporuke cijelog svemirskog dizala u geostacionarnu orbitu je minimalna cijena projekta.

Ušteda od korištenja prostornog lifta

Pretpostavlja se da će svemirsko dizalo uvelike smanjiti troškove slanja tereta u svemir. Svemirska dizala su skupa za izgradnju, ali su njihovi operativni troškovi niski, pa ih je najbolje koristiti tijekom dugih vremenskih razdoblja za vrlo velike količine tereta. Trenutačno tržište lansiranja tereta nije dovoljno veliko da bi opravdalo izgradnju dizala, ali dramatično smanjenje cijene trebalo bi dovesti do širenja tržišta.

Još uvijek nema odgovora na pitanje hoće li svemirski lift vratiti novac uložen u njega ili bi ga bilo bolje uložiti u daljnji razvoj raketne tehnologije.

No, dizalo može biti hibridni projekt te, uz funkciju dostave tereta u orbitu, ostati baza za druge istraživačke i komercijalne programe koji nisu vezani uz transport.

Dostignuća

Od 2005. godišnje se natjecanje Space Elevator Games održava u Sjedinjenim Američkim Državama u organizaciji Zaklade Spaceward uz potporu NASA-e. U ovim natjecanjima postoje dvije kategorije: “najbolja sajla” i “najbolji robot (lift)”.

U natjecanju u dizanju, robot mora prijeći zadanu udaljenost, penjući se uz okomitu sajlu brzinom koja nije manja od one utvrđene pravilima (u natjecanju 2007. standardi su bili sljedeći: duljina sajle - 100 m, minimalna brzina - 2 m/s, čija brzina mora biti 10 m/s) . Najbolji rezultat u 2007. godini bio je svladavanje udaljenosti od 100 m prosječnom brzinom od 1,8 m/s.

Ukupni nagradni fond za natjecanje Space Elevator Games 2009. iznosio je 4 milijuna dolara.

Natjecanje ne uključuje Liftport Group, koja je postala poznata po svojim tvrdnjama o lansiranju svemirskog dizala 2018. (kasnije pomaknuto za 2031.). Liftport provodi vlastite pokuse, na primjer, 2006. godine robotsko dizalo penjalo se uz snažno uže rastegnuto uz pomoć balona. Od jednog i pol kilometra, žičara je uspjela prevaliti samo 460 metara. U kolovozu-rujnu 2012. tvrtka je pokrenula projekt za prikupljanje sredstava za nove eksperimente s liftom na web stranici Kickstarter. Ovisno o prikupljenoj količini, planirano je dizanje robota 2 ili više kilometara.

Grupa LiftPort također je najavila svoju spremnost za izgradnju eksperimentalnog svemirskog dizala na Mjesecu, temeljenog na postojećim tehnologijama. Predsjednik tvrtke Michael Lane kaže da bi za izgradnju takvog dizala moglo biti potrebno osam godina. Pozornost prema projektu natjerala je tvrtku da postavi novi cilj - pripremu projekta i prikupljanje dodatnih sredstava za početak studije izvodljivosti takozvanog "lunarnog dizala". Prema Laneu, izgradnja takvog dizala trajat će godinu dana i koštat će 3 milijuna dolara. NASA-ini stručnjaci već su skrenuli pozornost na projekt LiftGroup. Michael Lane surađivao je s Američkom svemirskom agencijom na projektu svemirskog dizala.

Slični projekti

Svemirski lift nije jedini projekt koji koristi vezice za lansiranje satelita u orbitu. Jedan takav projekt je Orbital Skyhook (orbitalna kuka). Skyhook koristi privezak koji nije jako dugačak u usporedbi sa svemirskim dizalom koje se nalazi u niskoj Zemljinoj orbiti i brzo se okreće oko središnjeg dijela. Zbog toga se jedan kraj kabela pomiče relativno malom brzinom u odnosu na Zemlju, a na njega se mogu objesiti tereti hipersoničnih letjelica. U isto vrijeme, Skyhook dizajn djeluje poput divovskog zamašnjaka - akumulatora okretnog momenta i kinetičke energije. Prednost projekta Skyhook je njegova izvedivost korištenjem postojećih tehnologija. Loša strana je što Skyhook koristi energiju iz svog kretanja za lansiranje satelita, a tu će energiju morati nekako nadoknaditi.

Projekt Stratosphere Network of Skyscrapers. Projekt je mreža orbitalnih dizala, ujedinjenih u šesterokute, koji pokrivaju cijeli planet. Prilikom prelaska na sljedeće faze izgradnje, nosači se uklanjaju, a okvir mreže dizala koristi se za izgradnju stratosferskog naselja na njemu. Projektom je predviđeno nekoliko stanišnih područja.

Svemirski lift u raznim radovima

Knjiga Roberta Heinleina Friday koristi svemirsko dizalo nazvano "stabljika graha"
U SSSR-ovom filmu Petka u svemiru iz 1972. glavni lik izmišlja svemirski lift.
Jedno od poznatih djela Arthura Clarkea, Rajske fontane, temelji se na ideji svemirskog dizala. Osim toga, svemirski lift se pojavljuje u završnom dijelu njegove poznate tetralogije, Odiseja u svemiru (3001: Posljednja Odiseja).
U Zvjezdanim stazama: Voyager, epizoda 3.19, "Rise", svemirski lift pomaže posadi da pobjegne s planeta s opasnom atmosferom.
Civilization IV ima svemirski lift. Tu je on jedan od kasnijih "Velikih čuda".
Znanstveno-fantastični roman Timothyja Zahna “Silkworm” (“Spinneret”, 1985.) spominje planet sposoban za proizvodnju supervlakna. Jedna od rasa, zainteresirana za planet, htjela je dobiti ovo vlakno posebno za izgradnju svemirskog dizala.
U Frank Schätzingovom znanstvenofantastičnom romanu Limit, svemirski lift djeluje kao središnja točka političkih intriga u bliskoj budućnosti.
U dilogiji Sergeja Lukjanenka "Zvijezde - hladne igračke", jedna od izvanzemaljskih civilizacija, u procesu međuzvjezdane trgovine, isporučila je na Zemlju super jake niti koje bi se mogle koristiti za izgradnju svemirskog dizala. Ali izvanzemaljske civilizacije inzistirale su isključivo na njihovom korištenju za njihovu namjenu – kao pomoć pri porodu.
U znanstvenofantastičnom romanu J. Scalzija “Osuđeni na pobjedu” (eng. Scalzi, John. Old Man's War) sustavi svemirskih dizala aktivno se koriste na Zemlji, brojnim zemaljskim kolonijama i nekim planetima drugih visokorazvijenih inteligentnih rasa za komunikaciju s sidrišta međuzvjezdanih brodova.
U romanu znanstvene fantastike "Sutra će biti vječnost" Aleksandra Gromova, radnja je izgrađena oko činjenice postojanja svemirskog dizala. Postoje dva uređaja - izvor i prijemnik, koji pomoću "energetskog snopa" mogu podići "kabinu" dizala u orbitu.
Znanstveno-fantastični roman Alastaira Reynoldsa "Grad bezdana" detaljno opisuje strukturu i funkcioniranje svemirskog dizala te opisuje proces njegovog uništenja (kao rezultat terorističkog napada).
Znanstveno-fantastični roman Strata Terryja Pratchetta prikazuje liniju, iznimno dugu umjetnu molekulu koja se koristi kao svemirsko dizalo.
U znanstvenofantastičnom romanu Grahama McNeilla Mechanicum, svemirska dizala prisutna su na Marsu i zovu se Tornjevi Ciolkovskog
Spominje se u pjesmi grupe Zvuki Mu “Lift do neba”.
Na samom početku igre Sonic Colors, Sonic i Tails se mogu vidjeti kako se svemirskim liftom penju do Dr. Eggman's Parka.
U knjizi Alexandera Zoricha "Somnambulist 2" iz serijala Etnogenesis, glavni lik Matvey Gumilyov (nakon što je posadio surogat osobnost - Maxim Verkhovtsev, osobni pilot druga Alpha, šefa "Star Fighters") putuje u orbitalnom dizalu.
U priči “Zmija” pisca znanstvene fantastike Aleksandra Gromova, junaci koriste svemirski lift “na putu” od Mjeseca do Zemlje.
U seriji znanstvenofantastičnih romana

Danas svemirske letjelice istražuju Mjesec, Sunce, planete i asteroide, komete i međuplanetarni prostor. No, rakete s kemijskim gorivom još uvijek su skupo sredstvo male snage za pogon korisnog tereta izvan Zemljine gravitacije. Suvremena raketna tehnologija praktički je dosegla granicu mogućnosti koju postavlja priroda kemijskih reakcija. Je li čovječanstvo zašlo u tehnološki ćorsokak? Uopće ne, ako pogledate staru ideju svemirskog dizala.

Na ishodištu

Prva osoba koja je ozbiljno razmišljala o tome kako savladati gravitaciju planeta pomoću "povlačenja" bio je jedan od razvijača mlaznih vozila, Felix Zander. Za razliku od sanjara i izumitelja baruna Munchausena, Zander je predložio znanstveno utemeljenu opciju za svemirski lift za Mjesec. Na putu između Mjeseca i Zemlje postoji točka u kojoj se gravitacijske sile tih tijela međusobno uravnotežuju. Nalazi se na udaljenosti od 60.000 km od Mjeseca. Bliže Mjesecu, lunarna će gravitacija biti jača od Zemljine, a dalje će biti slabija. Dakle, ako Mjesec spojite kabelom s nekim asteroidom koji je ostao, recimo, na udaljenosti od 70 000 km od Mjeseca, tada će samo kabel spriječiti da asteroid padne na Zemlju. Kabel će biti stalno rastegnut silom gravitacije, a po njemu će se moći uzdići s površine Mjeseca izvan granica lunarne gravitacije. Sa znanstvenog gledišta, to je potpuno ispravna ideja. Nije odmah dobio zasluženu pozornost samo zato što u Zanderovo vrijeme jednostavno nije bilo materijala od kojih kabel ne bi puknuo pod vlastitom težinom.

“Godine 1951. profesor Buckminster Fuller razvio je slobodno plutajući prstenasti most oko Zemljinog ekvatora. Sve što je potrebno da se ova ideja ostvari je svemirski lift. A kad ćemo ga imati? Ne bih želio nagađati, pa ću prilagoditi odgovor koji je Arthur Kantrowitz dao kada mu je netko postavio pitanje o njegovom laserskom lansirnom sustavu. Svemirski lift bit će izgrađen 50 godina nakon što se ljudi prestanu smijati toj ideji.” (“Svemirski lift: misaoni eksperiment ili ključ svemira?”, govor na XXX Međunarodnom kongresu astronautike, München, 20. rujna 1979.)

Prve ideje

Već prvi uspjesi astronautike ponovno su probudili maštu entuzijasta. Godine 1960. mladi sovjetski inženjer Yuri Artsutanov skrenuo je pozornost na zanimljivu značajku takozvanih geostacionarnih satelita (GSS). Ovi sateliti se nalaze u kružnoj orbiti točno u ravnini zemljinog ekvatora i imaju orbitalni period jednak duljini Zemljinog dana. Stoga geostacionarni satelit stalno lebdi nad istom točkom na ekvatoru. Artsutanov je predložio povezivanje GSS-a kabelom s točkom koja se nalazi ispod njega na Zemljinom ekvatoru. Kabel će biti nepomičan u odnosu na Zemlju, a duž njega se nameće ideja o lansiranju kabine lifta u svemir. Ova sjajna ideja zaokupila je mnoge umove. Slavni pisac Arthur C. Clarke čak je napisao znanstvenofantastični roman “Rajske fontane” u kojem je cijela radnja povezana s izgradnjom svemirskog lifta.

Problemi s liftom

Danas se ideja o svemirskom dizalu na GSS-u već provodi u SAD-u i Japanu, a organiziraju se čak i natjecanja među kreatorima ove ideje. Glavni napori dizajnera usmjereni su na pronalaženje materijala od kojih je moguće napraviti kabel dug 40.000 km, sposoban izdržati ne samo vlastitu težinu, već i težinu drugih strukturnih dijelova. Sjajno je što je već izumljena odgovarajuća tvar za kabel. To su ugljikove nanocijevi. Njihova je čvrstoća nekoliko puta veća od one koja je potrebna za svemirski lift, ali tek trebamo naučiti kako od takvih cijevi dugih desetke tisuća kilometara napraviti nit bez kvarova. Nema sumnje da će se takav tehnički problem prije ili kasnije riješiti.

Sa Zemlje na nisku Zemljinu orbitu, teret se dostavlja tradicionalnim raketama na kemijsko gorivo. Od tamo orbitalni tegljači spuštaju teret na "donju platformu dizala", koja je sigurno usidrena kabelom pričvršćenim za Mjesec. Dizalo doprema teret na Mjesec. Zbog nepostojanja potrebe za kočenjem (i samih raketa) u zadnjem stupnju i tijekom izlaska s Mjeseca, moguće su značajne uštede. No, za razliku od one opisane u članku, ova konfiguracija praktički ponavlja Zanderovu ideju i ne rješava problem uklanjanja korisnog tereta sa Zemlje, čuvajući raketnu tehnologiju za ovu fazu.

Drugi i također ozbiljan zadatak na putu izgradnje svemirskog dizala je razviti motor za dizalo i sustav za njegovu opskrbu energijom. Uostalom, kabina se mora popeti 40 000 km bez punjenja goriva do samog kraja uspona! Nitko još nije smislio kako to postići.

Nestabilna ravnoteža

Ali najveća, čak i nepremostiva, poteškoća za dizalo do geostacionarnog satelita povezana je sa zakonima nebeske mehanike. GSS je u svojoj prekrasnoj orbiti samo zahvaljujući ravnoteži gravitacije i centrifugalne sile. Svako kršenje ove ravnoteže dovodi do činjenice da satelit mijenja svoju orbitu i napušta svoju "točku stajanja". Čak i male nehomogenosti u Zemljinom gravitacijskom polju, plimne sile Sunca i Mjeseca te pritisak sunčeve svjetlosti dovode do toga da sateliti u geostacionarnoj orbiti neprestano lebde. Nema ni najmanje sumnje da pod težinom sustava dizala satelit neće moći ostati u geostacionarnoj orbiti i da će pasti. Postoji, međutim, iluzija da je moguće produžiti privezak daleko izvan geostacionarne orbite i postaviti masivnu protuuteg na njegov dalji kraj. Na prvi pogled centrifugalna sila koja djeluje na pričvršćeni protuuteg zategnut će sajlu tako da dodatno opterećenje iz kabine koje se po njoj kreće neće moći promijeniti položaj protuutega, a dizalo će ostati u radnom položaju. To bi bilo točno kada bi se umjesto savitljivog kabela koristila kruta, nesavitljiva šipka: tada bi se energija rotacije Zemlje prenosila preko šipke do kabine, a njezino kretanje ne bi dovelo do pojave bočne sile koja nije kompenzirana napetosti kabela. A ta će sila neizbježno poremetiti dinamičku stabilnost lifta blizu Zemlje i ono će se srušiti!

Nebesko igralište

Na sreću zemljana, priroda nam je spremila prekrasno rješenje – Mjesec. Ne samo da je Mjesec toliko masivan da ga nikakva dizala ne mogu pomaknuti, već je i u gotovo kružnoj orbiti, a istovremeno je jednom stranom uvijek okrenut prema Zemlji! Ideja se jednostavno nameće - razvući dizalo između Zemlje i Mjeseca, ali pričvrstiti kabel dizala samo na jednom kraju, na Mjesecu. Drugi kraj sajle može se spustiti gotovo do same Zemlje, a sila teže će ga poput strune povući duž crte koja spaja središta mase Zemlje i Mjeseca. Jednostavno ne možete dopustiti da slobodni kraj dosegne površinu Zemlje. Naš planet rotira oko svoje osi, zbog čega će kraj kabela imati brzinu od oko 400 m u sekundi u odnosu na površinu Zemlje, odnosno kretati se u atmosferi brzinom većom od brzine zvuka. Nijedna konstrukcija ne može izdržati takav otpor zraka. Ali ako kabinu dizala spustite na visinu od 30-50 km, gdje je zrak dosta razrijeđen, njen otpor se može zanemariti. Brzina u kabini ostat će oko 0,4 km/s, a tu brzinu lako postižu moderni stratoplani za velike visine. Dolijetanjem do kabine dizala i pristajanjem s njim (ova tehnika pristajanja odavno je razrađena kako u konstrukciji zrakoplova za punjenje gorivom u letu tako iu svemirskim letjelicama), možete premjestiti teret s bočne strane stratoplana u kabinu ili natrag . Nakon toga će kabina dizala započeti svoj uspon na Mjesec, a stratoplan će se vratiti na Zemlju. Usput, teret dopremljen s Mjeseca može se jednostavno izbaciti iz kabine padobranom i pokupiti sigurno i zdravo na tlu ili u oceanu.

Izbjegavanje sudara

Lift koji povezuje Zemlju i Mjesec mora riješiti još jedan važan problem. U svemiru blizu Zemlje nalazi se veliki broj svemirskih letjelica koje rade i nekoliko tisuća neaktivnih satelita, njihovih fragmenata i drugog svemirskog otpada. Sudar dizala s bilo kojim od njih uzrokovao bi pucanje sajle. Kako bi se izbjegla ova nevolja, predlaže se “donji” dio kabela, dug 60.000 km, učiniti podiznim i ukloniti ga iz zone kretanja Zemljinih satelita kada tamo nije potreban. Praćenje položaja tijela u svemiru blizu Zemlje sasvim je sposobno predvidjeti razdoblja kada će kretanje kabine dizala u ovom području biti sigurno.

Vitlo za svemirski lift

Svemirski lift za Mjesec ima ozbiljan problem. Kabine konvencionalnih dizala kreću se brzinom ne većom od nekoliko metara u sekundi, a tom brzinom čak i uspon na visinu od 100 km (do donje granice prostora) trebao bi trajati više od jednog dana. Čak i ako se krećete maksimalnom brzinom željezničkih vlakova od 200 km/h, putovanje do Mjeseca trajat će gotovo tri mjeseca. Dizalo koje može napraviti samo dva leta na Mjesec godišnje vjerojatno neće biti traženo.

Ako pokrijete kabel filmom supravodiča, tada će se moći kretati duž kabela na magnetskom jastuku bez dodira s njegovim materijalom. U tom slučaju bit će moguće ubrzati na pola puta i zakočiti kabinu na pola puta.

Jednostavna računica pokazuje da će s vrijednošću ubrzanja od 1 g (ekvivalent uobičajenoj gravitaciji na Zemlji), cijelo putovanje do Mjeseca trajati samo 3,5 sata, odnosno kabina će moći obaviti tri leta do Mjeseca svaka dan. Znanstvenici aktivno rade na stvaranju supravodiča koji rade na sobnoj temperaturi, a njihovu pojavu možemo očekivati u dogledno vrijeme.

Da izbacim smeće

Zanimljivo je primijetiti da će na pola puta brzina u kabini doseći 60 km/s. Ako se teret nakon ubrzanja otkači iz kabine, tada se takvom brzinom može usmjeriti u bilo koju točku Sunčevog sustava, na bilo koji, čak i najudaljeniji planet. To znači da će dizalo do Mjeseca moći omogućiti letove bez raketa sa Zemlje unutar Sunčevog sustava.

A mogućnost bacanja štetnog otpada sa Zemlje na Sunce dizalom bit će posve egzotična. Naša rođena zvijezda nuklearna je peć takve snage da će svaki otpad, pa čak i radioaktivni, izgorjeti bez traga. Dakle, punopravno dizalo do Mjeseca ne samo da može postati osnova za širenje svemira čovječanstva, već i sredstvo za čišćenje našeg planeta od otpada tehničkog napretka.