Pondasi dengan basement
Lift orbit. Pekerjaan penelitian "lift luar angkasa" Apa itu lift luar angkasa

Lift orbit. Pekerjaan penelitian "lift luar angkasa" Apa itu lift luar angkasa

(GSO) karena gaya sentrifugal. Ia naik di sepanjang kabel, membawa muatan. Saat naik, beban akan dipercepat akibat rotasi bumi, sehingga memungkinkan beban tersebut dikirim melampaui gravitasi bumi pada ketinggian yang cukup tinggi.

Kabel memerlukan kekuatan tarik yang sangat tinggi dikombinasikan dengan kepadatan rendah. Menurut perhitungan teoritis, tabung nano karbon tampaknya merupakan bahan yang cocok. Jika kita mengasumsikan kesesuaiannya untuk pembuatan kabel, maka pembuatan elevator ruang angkasa adalah masalah teknik yang dapat dipecahkan, meskipun memerlukan penggunaan pengembangan dan pengembangan lanjutan. Pembuatan elevator diperkirakan mencapai 7-12 miliar dollar AS. NASA telah mendanai pengembangan terkait di American Institute for Scientific Research, termasuk pengembangan lift yang mampu bergerak secara mandiri di sepanjang kabel.

Desain

Ada beberapa pilihan desain. Hampir semuanya dilengkapi dengan alas (base), kabel (cable), lift dan counterweight.

Basis

Dasar elevator luar angkasa adalah tempat di permukaan planet tempat kabel dipasang dan pengangkatan muatan dimulai. Itu bisa bergerak, ditempatkan di kapal laut.

Keuntungan pangkalan bergerak adalah kemampuannya melakukan manuver untuk menghindari angin topan dan badai. Keuntungan dari pangkalan stasioner adalah sumber energi yang lebih murah dan mudah diakses, serta kemampuan untuk mengurangi panjang kabel. Perbedaan beberapa kilometer tambatan relatif kecil, namun dapat membantu mengurangi ketebalan yang diperlukan pada bagian tengahnya dan panjang bagian yang melampaui orbit geostasioner.

Kabel

Kabel harus terbuat dari bahan dengan kekuatan tarik yang sangat tinggi terhadap rasio berat jenis. Lift ruang angkasa akan dibenarkan secara ekonomi jika kabel dengan kepadatan sebanding dengan grafit dan kekuatan sekitar 65-120 gigapascal dapat diproduksi pada skala industri dengan harga yang wajar.

Sebagai perbandingan, kekuatan sebagian besar jenis baja adalah sekitar 1 GPa, bahkan jenis yang paling kuat pun tidak lebih dari 5 GPa, dan baja termasuk berat. Kevlar yang jauh lebih ringan memiliki kekuatan di kisaran 2,6-4,1 GPa, dan serat kuarsa memiliki kekuatan hingga 20 GPa ke atas. Kekuatan teoritis serat intan mungkin sedikit [untuk berapa lama?] lebih tinggi.

Teknologi untuk menenun serat tersebut masih dalam tahap awal.

Menurut beberapa ilmuwan, bahkan tabung nano karbon tidak akan pernah cukup kuat untuk membuat kabel elevator luar angkasa.

Eksperimen para ilmuwan dari Universitas Teknologi Sydney memungkinkan terciptanya kertas graphene. Pengujian sampel cukup menggembirakan: kepadatan material lima hingga enam kali lebih rendah dibandingkan baja, sedangkan kekuatan tariknya sepuluh kali lebih tinggi dibandingkan baja karbon. Pada saat yang sama, graphene adalah konduktor arus listrik yang baik, yang memungkinkannya digunakan untuk mengirimkan daya ke lift, sebagai bus kontak.

Penebalan kabel

Lift luar angkasa harus menopang setidaknya beratnya sendiri, yang cukup besar karena panjang kabelnya. Penebalan di satu sisi meningkatkan kekuatan kabel, di sisi lain menambah bobotnya, dan karenanya kekuatan yang dibutuhkan. Beban di atasnya akan bervariasi di tempat yang berbeda: dalam beberapa kasus, bagian tambatan harus menahan berat segmen yang terletak di bawah, di kasus lain harus menahan gaya sentrifugal yang menahan bagian atas tambatan di orbit. Untuk memenuhi kondisi ini dan untuk mencapai optimalitas kabel di setiap titik, ketebalannya akan bervariasi.

Dapat ditunjukkan bahwa dengan memperhitungkan gravitasi bumi dan gaya sentrifugal (tetapi tidak memperhitungkan pengaruh Bulan dan Matahari yang lebih kecil), maka penampang kabel tergantung pada ketinggian akan dijelaskan dengan rumus berikut:

Berikut luas penampang kabel sebagai fungsi jaraknya tengah Bumi.

Rumusnya menggunakan konstanta berikut:

Persamaan ini menggambarkan tambatan yang ketebalannya mula-mula bertambah secara eksponensial, kemudian pertumbuhannya melambat pada ketinggian beberapa jari-jari Bumi, dan kemudian menjadi konstan, hingga akhirnya mencapai orbit geostasioner. Setelah itu, ketebalannya mulai berkurang lagi.

Jadi, perbandingan luas penampang kabel di dasar dan di GSO ( R= 42.164 km) adalah:

Menggantikan kepadatan dan kekuatan baja dan diameter kabel di permukaan tanah sebesar 1 cm, kita mendapatkan diameter pada tingkat GSO beberapa ratus kilometer, yang berarti bahwa baja dan bahan lain yang kita kenal tidak cocok untuk membangun sebuah lift.

Oleh karena itu, ada empat cara untuk mencapai ketebalan kabel yang lebih wajar di tingkat GSO:

Cara lainnya adalah dengan membuat dasar elevator dapat digerakkan. Bergerak bahkan dengan kecepatan 100 m/s sudah memberikan peningkatan kecepatan melingkar sebesar 20% dan mengurangi panjang kabel sebesar 20-25%, yang akan membuatnya lebih ringan sebesar 50 persen atau lebih. Jika Anda “menambatkan” kabel pada pesawat atau kereta api supersonik, maka perolehan massa kabel tidak lagi diukur dalam persentase, tetapi dalam puluhan kali lipat (tetapi kerugian akibat hambatan udara tidak diperhitungkan).

Pengimbang

Penyeimbang dapat dibuat dengan dua cara - dengan mengikat benda berat (misalnya, asteroid, pemukiman luar angkasa, atau dermaga luar angkasa) di luar orbit geostasioner, atau dengan memperpanjang tambatan itu sendiri hingga jarak yang signifikan melampaui orbit geostasioner. Opsi kedua menjadi lebih populer akhir-akhir ini karena lebih mudah diterapkan, dan selain itu, lebih mudah untuk meluncurkan muatan ke planet lain dari ujung kabel yang memanjang, karena memiliki kecepatan yang signifikan dibandingkan dengan Bumi.

Momentum Sudut, Kecepatan dan Kemiringan

Kecepatan horizontal setiap bagian kabel meningkat seiring ketinggian sebanding dengan jarak ke pusat bumi, mencapai kecepatan lepas pertama dalam orbit geostasioner. Oleh karena itu, ketika mengangkat suatu beban, ia perlu memperoleh tambahan momentum sudut (kecepatan horizontal).

Momentum sudut diperoleh karena rotasi bumi. Pada awalnya, lift bergerak sedikit lebih lambat dari pada kabel (efek Coriolis), sehingga “memperlambat” kabel dan sedikit membelokkannya ke barat. Pada kecepatan pendakian 200 km/jam, kabel akan miring sebesar 1 derajat. Komponen tegangan horizontal pada kabel non-vertikal menarik beban ke samping, mempercepatnya ke arah timur (lihat diagram) - karena ini, elevator memperoleh kecepatan tambahan. Menurut hukum ketiga Newton, kabel memperlambat Bumi dalam jumlah kecil.

Pada saat yang sama, pengaruh gaya sentrifugal memaksa kabel kembali ke posisi vertikal yang menguntungkan secara energi, sehingga berada dalam keadaan keseimbangan yang stabil. Jika pusat gravitasi elevator selalu berada di atas orbit geostasioner, berapa pun kecepatan elevator, maka elevator tidak akan jatuh.

Pada saat muatan mencapai GEO, momentum sudutnya (kecepatan horizontal) cukup untuk meluncurkan muatan ke orbit.

Saat menurunkan beban akan terjadi proses sebaliknya yaitu miringnya kabel ke arah timur.

Peluncuran ke luar angkasa

Di ujung kabel pada ketinggian 144.000 km, komponen tangensial kecepatannya adalah 10,93 km/s, yang lebih dari cukup untuk meninggalkan medan gravitasi bumi dan meluncurkan kapal ke Saturnus. Jika benda tersebut dibiarkan meluncur bebas di sepanjang bagian atas tambatan, maka benda tersebut akan mempunyai kecepatan yang cukup untuk keluar dari tata surya. Hal ini terjadi karena transisi momentum sudut total kabel (dan Bumi) menjadi kecepatan benda yang diluncurkan.

Untuk mencapai kecepatan lebih tinggi lagi, Anda dapat memanjangkan kabel atau mempercepat beban menggunakan elektromagnetisme.

Konstruksi

Konstruksi dilakukan dari stasiun geostasioner. Ini adalah satu-satunya tempat di mana pesawat ruang angkasa bisa mendarat. Salah satu ujungnya turun ke permukaan bumi, diregangkan oleh gaya gravitasi. Yang lainnya, untuk menyeimbangkan, berada pada arah yang berlawanan, ditarik oleh gaya sentrifugal. Artinya, semua material untuk konstruksi harus diangkat ke orbit geostasioner dengan cara tradisional, terlepas dari tujuan muatannya. Artinya, biaya mengangkat seluruh elevator ruang angkasa ke orbit geostasioner adalah harga minimum proyek tersebut.

Penghematan dari penggunaan lift luar angkasa

Agaknya, lift luar angkasa akan sangat mengurangi biaya pengiriman kargo ke luar angkasa. Lift ruang angkasa mahal untuk dibuat, namun biaya pengoperasiannya rendah, sehingga paling baik digunakan dalam jangka waktu lama untuk muatan bervolume sangat besar. Saat ini, pasar untuk muatan peluncuran mungkin tidak cukup besar untuk membenarkan pembangunan elevator, namun penurunan harga yang drastis akan menghasilkan variasi muatan yang lebih besar. Infrastruktur transportasi lainnya - jalan raya dan kereta api - juga membenarkan dirinya sendiri.

Masih belum ada jawaban atas pertanyaan apakah elevator ruang angkasa akan mengembalikan uang yang diinvestasikan di dalamnya atau apakah akan lebih baik untuk menginvestasikannya dalam pengembangan lebih lanjut teknologi roket.

Kita tidak boleh melupakan batasan jumlah satelit relai di orbit geostasioner: saat ini, perjanjian internasional mengizinkan 360 satelit - satu relai per derajat sudut, untuk menghindari interferensi saat disiarkan dalam pita frekuensi K u. Untuk frekuensi C jumlah satelit dibatasi 180.

Keadaan ini menjelaskan kegagalan komersial sebenarnya dari proyek tersebut, karena biaya keuangan utama organisasi non-pemerintah difokuskan pada satelit relai yang menempati orbit geostasioner (televisi, komunikasi) atau orbit yang lebih rendah (sistem penentuan posisi global, observasi sumber daya alam, dll.) .

Namun, elevator dapat menjadi proyek hibrida dan, selain berfungsi mengirimkan kargo ke orbit, tetap menjadi basis untuk penelitian dan program komersial lain yang tidak terkait dengan transportasi.

Prestasi

Sejak tahun 2005, kompetisi Space Elevator Games tahunan telah diadakan di Amerika Serikat, yang diselenggarakan oleh Spaceward Foundation dengan dukungan NASA. Ada dua kategori dalam kompetisi ini: “kabel terbaik” dan “robot (lift) terbaik”.

Dalam kompetisi angkat, robot harus menempuh jarak tertentu, memanjat kabel vertikal dengan kecepatan tidak lebih rendah dari yang ditetapkan oleh aturan (pada kompetisi tahun 2007, standarnya adalah sebagai berikut: panjang kabel - 100 m, kecepatan minimum - 2 MS). Hasil terbaik tahun 2007 adalah menempuh jarak 100 m dengan kecepatan rata-rata 1,8 m/s.

Total hadiah dana untuk kompetisi Space Elevator Games pada tahun 2009 adalah $4 juta.

Pada lomba kekuatan tali, peserta harus menyediakan cincin sepanjang dua meter yang terbuat dari bahan heavy duty dengan berat tidak lebih dari 2 gram, yang dipasang khusus untuk uji putus. Untuk memenangkan persaingan, kekuatan kabel harus setidaknya 50% lebih besar dari sampel yang sudah tersedia untuk NASA. Sejauh ini hasil terbaik dimiliki oleh kabel yang mampu menahan beban hingga 0,72 ton.

Persaingan tersebut tidak termasuk Liftport Group, yang terkenal karena klaimnya meluncurkan lift luar angkasa pada tahun 2018 (kemudian diundur ke tahun 2031). Liftport melakukan eksperimennya sendiri, misalnya pada tahun 2006, sebuah robot pengangkat memanjat tali kuat yang direntangkan dengan bantuan balon. Dari jarak satu setengah kilometer, lift hanya mampu menempuh jarak 460 meter. Pada bulan Agustus-September 2012, perusahaan meluncurkan proyek penggalangan dana untuk eksperimen baru dengan lift di situs web Kickstarter. Tergantung pada jumlah yang dikumpulkan, direncanakan untuk mengangkat robot sejauh 2 kilometer atau lebih.

Pada kompetisi Space Elevator Games, dari tanggal 4 hingga 6 November 2009, sebuah kompetisi yang diselenggarakan oleh Spaceward Foundation dan NASA berlangsung di California Selatan, di Dryden Flight Research Center, dalam batas-batas Pangkalan Angkatan Udara Edwards yang terkenal. Panjang kabel yang diuji adalah 900 meter, kabel diangkat menggunakan helikopter. Kepemimpinan diambil oleh LaserMotive, yang menghadirkan lift dengan kecepatan 3,95 m/s, yang sangat mendekati kecepatan yang dibutuhkan. Lift menempuh seluruh panjang kabel dalam waktu 3 menit 49 detik; lift membawa muatan 0,4 kg. .

Proyek serupa

Lift luar angkasa bukan satu-satunya proyek yang menggunakan tambatan untuk meluncurkan satelit ke orbit. Salah satu proyek tersebut adalah Orbital Skyhook. Skyhook menggunakan tambatan yang tidak terlalu panjang dibandingkan dengan elevator luar angkasa yang berada di orbit rendah Bumi dan berputar cepat di sekitar bagian tengahnya. Oleh karena itu, salah satu ujung kabel bergerak relatif terhadap Bumi dengan kecepatan yang relatif rendah, dan beban dari pesawat hipersonik dapat ditangguhkan darinya. Pada saat yang sama, desain Skyhook bekerja seperti roda gila raksasa - akumulator torsi dan energi kinetik. Keunggulan proyek Skyhook adalah kelayakannya menggunakan teknologi yang ada. Kelemahannya adalah Skyhook menggunakan energi dari gerakannya untuk meluncurkan satelit, dan energi ini perlu diisi ulang.

Lift luar angkasa dalam berbagai karya

Dalam film Uni Soviet tahun 1972 Petka in Space, karakter utama menciptakan lift luar angkasa.
Salah satu karya Arthur C. Clarke yang terkenal, The Fountains of Heaven, didasarkan pada gagasan tentang lift luar angkasa. Selain itu, elevator luar angkasa muncul di bagian akhir dari tetraloginya yang terkenal, A Space Odyssey (3001: The Last Odyssey).
Dalam Star Trek: Voyager episode 3x19 "Rise", lift luar angkasa membantu kru melarikan diri dari planet dengan atmosfer berbahaya.
Civilization IV memiliki lift luar angkasa. Di sanalah dia adalah salah satu dari “Keajaiban Besar” yang belakangan terjadi.
Novel fiksi ilmiah Timothy Zahn “Silkworm” (“Spinneret”, 1985) menyebutkan sebuah planet yang mampu menghasilkan serat super. Salah satu ras yang tertarik dengan planet ini ingin mendapatkan serat ini khusus untuk pembangunan elevator luar angkasa.
Dalam novel fiksi ilmiah Limit karya Frank Schätzing, lift luar angkasa berperan sebagai titik sentral intrik politik dalam waktu dekat.
Dalam dilogi Sergei Lukyanenko, “Bintang adalah Mainan Dingin,” salah satu peradaban luar angkasa, dalam proses perdagangan antarbintang, mengirimkan benang tugas berat ke Bumi yang dapat digunakan untuk membangun elevator luar angkasa. Namun peradaban luar bumi bersikeras untuk menggunakannya secara eksklusif untuk tujuan yang dimaksudkan - untuk membantu saat melahirkan.
Dalam novel fiksi ilmiah “Destined to Victory” oleh J. Scalzi (eng. Scalzi, John. Perang Orang Tua) sistem elevator luar angkasa secara aktif digunakan di Bumi, banyak koloni terestrial, dan beberapa planet ras cerdas lainnya yang sangat maju untuk berkomunikasi dengan dermaga kapal antarbintang.
Dalam novel fiksi ilmiah “Tomorrow Will Be Eternity” karya Alexander Gromov, plotnya dibangun berdasarkan fakta keberadaan elevator luar angkasa. Ada dua perangkat - sumber dan penerima, yang, dengan menggunakan "pancaran energi", mampu menaikkan "kabin" elevator ke orbit.
Novel fiksi ilmiah Alastair Reynolds "Abyss City" memberikan gambaran rinci tentang struktur dan fungsi elevator ruang angkasa dan menggambarkan proses kehancurannya (sebagai akibat dari serangan teroris).
Novel fiksi ilmiah Terry Pratchett, Strata, menampilkan Garis, sebuah molekul buatan yang sangat panjang yang digunakan sebagai elevator luar angkasa.
Disebutkan dalam lagu grup Zvuki Mu “Elevator to Heaven”.
Di awal permainan Sonic Colors, Sonic dan Tails terlihat menaiki lift luar angkasa untuk sampai ke Taman Dr. Eggman.
Dalam buku Alexander Zorich "Somnambulist 2" dari seri Etnogenesis, karakter utama Matvey Gumilyov (setelah menanam kepribadian pengganti - Maskim Verkhovtsev, pilot pribadi kawan Alpha, kepala "Star Fighters") melakukan perjalanan dengan lift orbital.
Dalam cerita “Ular” karya penulis fiksi ilmiah Alexander Gromov, karakternya menggunakan lift luar angkasa “dalam perjalanan” dari Bulan ke bumi.
Dalam seri novel fiksi ilmiah George R. Martin, "Tuf's Travels," di planet "S"atlem, sebuah elevator orbital mengarah ke sebuah planetoid yang dilengkapi seperti pelabuhan antariksa.

Dalam manga dan anime

Dalam episode ketiga anime Edo Cyber City, lift luar angkasa digunakan untuk naik ke bank kriogenik orbital.
Battle Angel menampilkan lift luar angkasa cyclopean, di salah satu ujungnya terdapat Kota Langit Salem (untuk warga negara) bersama dengan kota yang lebih rendah (untuk non-warga negara), dan di ujung lainnya adalah kota luar angkasa Yeru. Struktur serupa terletak di sisi lain bumi.
Dalam anime Mobile Suit Gundam 00, terdapat tiga elevator luar angkasa; sebuah cincin panel surya juga dipasang padanya, yang memungkinkan elevator luar angkasa digunakan untuk menghasilkan listrik.
Dalam anime Z.O.E. Dolores menampilkan lift luar angkasa, dan juga menunjukkan apa yang bisa terjadi jika terjadi serangan teroris.
Lift luar angkasa disebutkan dalam serial anime Trinity Blood, di mana pesawat ruang angkasa Arc berfungsi sebagai penyeimbang.

Lihat juga

Lift Luar Angkasa: 2010 (Bahasa inggris) Rusia

Catatan

Literatur

Yuri Artsutanov “Ke luar angkasa - dengan lokomotif listrik”, surat kabar “Komsomolskaya Pravda” tertanggal 31 Juli 1960.
Alexander Bolonkin “Peluncuran dan Penerbangan Luar Angkasa Non-Roket”, Elsevier, 2006, 488 hal.

Banyak orang mengetahui kisah alkitabiah tentang bagaimana manusia bertekad untuk menjadi seperti Tuhan dan memutuskan untuk mendirikan menara setinggi surga. Tuhan, dengan marah, membuat semua orang berbicara dalam bahasa yang berbeda, dan pembangunan terhenti.

Sulit untuk mengatakan apakah ini benar atau tidak, tetapi setelah ribuan tahun, umat manusia kembali memikirkan kemungkinan membangun menara super. Lagi pula, jika Anda berhasil membangun struktur setinggi puluhan ribu kilometer, Anda dapat mengurangi biaya pengiriman kargo ke luar angkasa hampir seribu kali lipat! Ruang angkasa akan berhenti menjadi sesuatu yang jauh dan tidak dapat dicapai untuk selamanya.

Ruang sayang

Konsep elevator luar angkasa pertama kali dipikirkan oleh ilmuwan besar Rusia Konstantin Tsiolkovsky. Dia berasumsi bahwa jika Anda membangun menara setinggi 40.000 kilometer, gaya sentrifugal planet kita akan menahan seluruh struktur, mencegahnya agar tidak jatuh.

Sekilas, ide ini berbau Manilovisme, tapi mari kita berpikir logis. Saat ini, sebagian besar berat roket adalah bahan bakar, yang digunakan untuk mengatasi gravitasi bumi. Tentu saja hal ini juga mempengaruhi harga peluncurannya. Biaya pengiriman satu kilogram muatan ke orbit rendah Bumi adalah sekitar $20.000.

Jadi ketika kerabat memberikan selai kepada para astronot di ISS, yakinlah: ini adalah makanan termahal di dunia. Bahkan Ratu Inggris pun tidak mampu menanggungnya!

Meluncurkan satu pesawat ulang-alik menghabiskan biaya antara $500 dan $700 juta bagi NASA. Karena permasalahan perekonomian Amerika, manajemen NASA terpaksa menutup program pesawat ulang-alik dan mengalihkan fungsi pengiriman kargo ke ISS kepada perusahaan swasta.

Selain masalah ekonomi, ada juga masalah politik. Karena perbedaan pendapat mengenai masalah Ukraina, negara-negara Barat telah memberlakukan sejumlah sanksi dan pembatasan terhadap Rusia. Sayangnya, hal tersebut juga mempengaruhi kerja sama di bidang astronotika. NASA mendapat perintah dari pemerintah AS untuk membekukan semua proyek bersama, kecuali ISS. Sebagai tanggapan, Wakil Perdana Menteri Dmitry Rogozin mengatakan bahwa Rusia tidak tertarik untuk berpartisipasi dalam proyek ISS setelah tahun 2020 dan bermaksud untuk beralih ke tujuan dan sasaran lain, seperti membangun basis ilmiah permanen di Bulan dan penerbangan berawak ke Mars.

Kemungkinan besar, Rusia akan melakukan hal ini bersama dengan Tiongkok, India, dan mungkin Brasil. Perlu dicatat: Rusia sudah akan menyelesaikan pengerjaan proyek tersebut, dan sanksi Barat hanya mempercepat proses ini.

Meskipun ada rencana besar seperti itu, semuanya mungkin tetap di atas kertas kecuali ada cara yang lebih efisien dan lebih murah untuk mengirimkan kargo ke luar atmosfer bumi. Secara total, lebih dari 100 miliar dolar dihabiskan untuk pembangunan ISS yang sama! Sungguh menakutkan membayangkan berapa banyak “penghijauan” yang diperlukan untuk membuat stasiun di Bulan.

Lift luar angkasa bisa menjadi solusi tepat untuk masalah ini. Setelah lift beroperasi, biaya pengiriman bisa turun menjadi dua dolar per kilogram. Tapi pertama-tama Anda harus memutar otak secara menyeluruh tentang cara membangunnya.

Margin keamanan

Pada tahun 1959, insinyur Leningrad Yuri Nikolaevich Artsutanov mengembangkan versi kerja pertama dari elevator luar angkasa. Karena tidak mungkin membangun elevator dari bawah ke atas karena gravitasi planet kita, ia mengusulkan melakukan hal sebaliknya - membangun dari atas ke bawah. Untuk melakukan hal ini, satelit khusus harus diluncurkan ke orbit geostasioner (sekitar 36.000 kilometer), di mana ia harus mengambil posisi di atas titik tertentu di ekuator bumi. Kemudian mulailah merakit kabel di satelit dan secara bertahap turunkan ke permukaan planet. Satelit itu sendiri juga berperan sebagai penyeimbang, yang senantiasa menjaga kabel tetap kencang.

Masyarakat umum dapat mengetahui gagasan ini secara mendetail ketika, pada tahun 1960, Komsomolskaya Pravda menerbitkan wawancara dengan Artsutanov. Wawancara tersebut juga dipublikasikan oleh media Barat, setelah itu seluruh dunia mengalami “demam elevator”. Penulis fiksi ilmiah sangat bersemangat, melukiskan gambaran masa depan yang indah, atribut yang sangat diperlukan adalah lift luar angkasa.

Semua ahli yang mempelajari kemungkinan pembuatan elevator sepakat bahwa kendala utama dalam implementasi rencana ini adalah kurangnya material yang cukup kuat untuk kabel. Menurut perhitungan, material hipotetis ini harus menahan tegangan 120 gigapascal, yaitu. lebih dari 100.000 kilogram per meter persegi!

Kekuatan baja kira-kira 2 gigapascal, untuk opsi yang sangat kuat maksimal 5 gigapascal, untuk serat kuarsa sedikit di atas 20. Ini sangat rendah. Timbul pertanyaan abadi: apa yang harus dilakukan? Mengembangkan nanoteknologi. Kandidat yang paling menjanjikan untuk peran kabel elevator mungkin adalah tabung nano karbon. Menurut perhitungan, kekuatannya seharusnya jauh lebih tinggi dari minimum 120 gigapascal.

Sejauh ini, sampel terkuat mampu menahan tekanan sebesar 52 gigapascal, namun dalam sebagian besar kasus lainnya, sampel tersebut pecah dalam kisaran 30 hingga 50 gigapascal. Melalui penelitian dan eksperimen yang panjang, para spesialis dari University of Southern California berhasil mencapai hasil yang belum pernah terjadi sebelumnya: tabung mereka mampu menahan tegangan 98,9 gigapascal!

Sayangnya, hal ini hanya terjadi sekali saja, dan ada masalah signifikan lainnya dengan tabung nano karbon. Nicolas Pugno, ilmuwan dari Universitas Politeknik Turin, sampai pada kesimpulan yang mengecewakan. Ternyata bahkan karena perpindahan satu atom dalam struktur tabung karbon, kekuatan suatu area tertentu dapat menurun tajam hingga 30%. Semua ini terlepas dari kenyataan bahwa sampel nanotube terpanjang yang diperoleh sejauh ini hanya dua sentimeter. Dan jika kita memperhitungkan fakta bahwa panjang kabel harus hampir 40.000 kilometer, tugas tersebut tampaknya mustahil.

Puing dan badai

Masalah lain yang sangat serius terkait dengan puing-puing luar angkasa. Ketika umat manusia menetap di orbit rendah Bumi, ia memulai salah satu hiburan paling favoritnya - mengotori ruang di sekitarnya dengan produk limbahnya. Pada awalnya, kami tidak terlalu mengkhawatirkan hal ini. “Bagaimanapun, ruang angkasa tidak ada habisnya! - kami beralasan. “Anda membuang selembar kertas itu, dan kertas itu akan terus menjelajahi luasnya alam semesta!”

Di sinilah kami melakukan kesalahan. Semua puing-puing dan sisa-sisa pesawat ditakdirkan untuk mengelilingi bumi selamanya, ditangkap oleh medan gravitasinya yang kuat. Tidak perlu seorang insinyur untuk mengetahui apa yang akan terjadi jika salah satu sampah ini bertabrakan dengan kabel. Oleh karena itu, ribuan peneliti dari seluruh dunia sedang memikirkan masalah penghapusan TPA dekat Bumi.

Situasi dengan dasar lift di permukaan planet ini juga tidak sepenuhnya jelas. Awalnya direncanakan untuk membuat pangkalan stasioner di ekuator untuk memastikan sinkronisasi dengan satelit geostasioner. Namun, dampak buruk angin topan dan bencana alam lainnya terhadap lift tidak dapat dihindari.

Kemudian muncul ide untuk memasang pangkalan tersebut ke platform terapung yang dapat bermanuver dan “menghindari” badai. Namun dalam kasus ini, operator di orbit dan di platform akan dipaksa untuk melakukan semua gerakan dengan presisi bedah dan sinkronisasi mutlak, jika tidak, seluruh struktur akan menjadi kacau balau.

Jangan gantung hidungmu!

Terlepas dari semua kesulitan dan rintangan yang menghadang di jalan sulit kita menuju bintang-bintang, kita tidak boleh menggantungkan hidung kita dan membuang proyek unik ini, yang tidak diragukan lagi, ke dalam masalah. Lift luar angkasa bukanlah suatu kemewahan, melainkan suatu hal yang vital.

Tanpa hal ini, kolonisasi ruang angkasa akan menjadi upaya yang sangat padat karya, mahal, dan dapat memakan waktu bertahun-tahun. Tentu saja ada usulan untuk mengembangkan teknologi anti-gravitasi, tetapi prospeknya terlalu jauh, dan elevator diperlukan dalam 20-30 tahun ke depan.

Lift diperlukan tidak hanya untuk mengangkat dan menurunkan beban, tetapi juga sebagai “mega-sling”. Dengan bantuannya, dimungkinkan untuk meluncurkan pesawat ruang angkasa ke ruang antarplanet tanpa menghabiskan bahan bakar berharga dalam jumlah besar, yang sebaliknya dapat digunakan untuk mempercepat kapal. Yang menarik adalah gagasan menggunakan lift untuk membersihkan bumi dari limbah berbahaya.

Katakanlah bahan bakar nuklir bekas dari pembangkit listrik tenaga nuklir dapat ditempatkan dalam kapsul tertutup, dan kemudian dikirim dengan tembakan langsung ke Matahari, sehingga membakar booger seperti itu sangatlah mudah.

Namun anehnya, penerapan gagasan semacam itu bukan merupakan persoalan ekonomi atau ilmu pengetahuan, melainkan persoalan politik. Kita harus menghadapi kenyataan - tidak ada satu negara pun di dunia yang mampu menangani proyek sebesar ini secara mandiri. Tidak ada yang bisa dilakukan tanpa kerja sama internasional.

Pertama-tama, partisipasi Amerika Serikat, Uni Eropa, Tiongkok, Jepang, India, Brazil dan, tentu saja, Rusia adalah penting. Jadi, tidak peduli bagaimana Anda melihatnya, Anda harus duduk di meja perundingan dan menghisap pipa perdamaian. Oleh karena itu, teman-teman, mari kita hidup bersama, dan semuanya akan baik-baik saja bagi kita!

Adilet URAIMOV

Meskipun pembangunan lift luar angkasa sudah berada dalam kemampuan teknik kami, sayangnya minat terhadap struktur ini telah mereda akhir-akhir ini. Pasalnya, para ilmuwan belum bisa memperoleh teknologi untuk menghasilkan tabung nano karbon dengan kekuatan yang dibutuhkan dalam skala industri.

Gagasan meluncurkan kargo ke orbit tanpa roket diusulkan oleh orang yang sama yang mendirikan kosmonotika teoretis - Konstantin Eduardovich Tsiolkovsky. Terinspirasi oleh Menara Eiffel yang dilihatnya di Paris, ia menggambarkan visinya tentang elevator luar angkasa berupa menara yang sangat tinggi. Puncaknya hanya berada pada orbit geosentris.

Menara elevator didasarkan pada bahan kuat yang mencegah kompresi - namun ide modern untuk elevator ruang angkasa masih mempertimbangkan versi dengan kabel yang harus memiliki kekuatan tarik. Ide ini pertama kali dikemukakan pada tahun 1959 oleh ilmuwan Rusia lainnya, Yuri Nikolaevich Artsutanov. Karya ilmiah pertama dengan perhitungan rinci tentang elevator ruang angkasa berbentuk kabel diterbitkan pada tahun 1975, dan pada tahun 1979 Arthur C. Clarke mempopulerkannya dalam karyanya “The Fountains of Paradise.”

Meskipun nanotube saat ini diakui sebagai material terkuat, dan satu-satunya yang cocok untuk membangun elevator berupa kabel yang direntangkan dari satelit geostasioner, namun kekuatan nanotube yang diperoleh di laboratorium belum cukup untuk mencapai kekuatan yang dihitung.

Secara teoritis, kekuatan nanotube harus lebih dari 120 GPa, namun dalam praktiknya perpanjangan tertinggi dari nanotube berdinding tunggal adalah 52 GPa, dan rata-rata putus pada kisaran 30-50 GPa. Lift luar angkasa membutuhkan material dengan kekuatan 65-120 GPa.

Akhir tahun lalu, festival film dokumenter terbesar Amerika, DocNYC, memutar film Sky Line, yang menggambarkan upaya para insinyur AS untuk membangun elevator luar angkasa - termasuk peserta kompetisi NASA X-Prize.

Karakter utama film ini adalah Bradley Edwards dan Michael Lane. Edwards adalah seorang astrofisikawan yang telah mengerjakan ide elevator luar angkasa sejak tahun 1998. Lane adalah seorang pengusaha dan pendiri LiftPort, sebuah perusahaan yang mempromosikan penggunaan komersial tabung nano karbon.

Pada akhir tahun 90-an dan awal tahun 2000-an, Edwards, setelah menerima hibah dari NASA, secara intensif mengembangkan ide elevator luar angkasa, menghitung dan mengevaluasi seluruh aspek proyek. Semua perhitungannya menunjukkan bahwa gagasan ini dapat dilaksanakan - jika hanya muncul serat yang cukup kuat untuk kabel tersebut.

Edwards sempat bermitra dengan LiftPort untuk mencari pendanaan untuk proyek elevator, namun karena perselisihan internal, proyek tersebut tidak pernah terwujud. LiftPort ditutup pada tahun 2007, meskipun setahun sebelumnya mereka berhasil mendemonstrasikan robot yang memanjat kabel vertikal sepanjang satu mil yang digantungkan pada balon sebagai bagian dari pembuktian konsep beberapa teknologinya.

Ruang pribadi tersebut, yang berkonsentrasi pada roket yang dapat digunakan kembali, dapat sepenuhnya menggantikan pengembangan elevator ruang angkasa di masa mendatang. Menurutnya, elevator luar angkasa menarik hanya karena menawarkan cara yang lebih murah untuk mengirimkan kargo ke orbit, dan roket yang dapat digunakan kembali sedang dikembangkan secara tepat untuk mengurangi biaya pengiriman tersebut.

Edwards menyalahkan stagnasi gagasan tersebut karena kurangnya dukungan nyata terhadap proyek tersebut. “Seperti inilah proyek yang dikembangkan oleh ratusan orang di seluruh dunia sebagai hobi. Tidak ada kemajuan serius yang akan dicapai sampai ada dukungan nyata dan kendali terpusat.”

Situasinya berbeda dengan berkembangnya ide lift luar angkasa di Jepang. Negara ini terkenal dengan perkembangannya di bidang robotika, dan fisikawan Jepang Sumio Iijima dianggap sebagai pionir di bidang nanotube. Ide lift luar angkasa hampir bersifat nasional di sini.

Perusahaan Jepang Obayashi berjanji untuk menyediakan lift ruang kerja pada tahun 2050. Kepala eksekutif perusahaan, Yoji Ishikawa, mengatakan mereka bekerja sama dengan kontraktor swasta dan universitas lokal untuk meningkatkan teknologi nanotube yang ada.

Ishikawa mengatakan meskipun perusahaan memahami kompleksitas proyek tersebut, mereka tidak melihat adanya hambatan mendasar dalam pelaksanaannya. Ia juga percaya bahwa popularitas gagasan lift luar angkasa di Jepang disebabkan oleh kebutuhan akan gagasan nasional yang menyatukan masyarakat di tengah situasi ekonomi yang sulit selama beberapa dekade terakhir.

Ishikawa yakin bahwa meskipun gagasan sebesar ini kemungkinan besar hanya dapat diwujudkan melalui kerja sama internasional, Jepang dapat menjadi lokomotifnya karena popularitas lift luar angkasa yang besar di negara tersebut.

Sementara itu, perusahaan luar angkasa dan pertahanan Kanada, Thoth Technology, dianugerahi Paten AS No. 9.085.897 musim panas lalu untuk versi elevator luar angkasa mereka. Lebih tepatnya, konsep ini melibatkan pembangunan menara yang mempertahankan kekakuannya berkat gas terkompresi.

Menara ini harus mengirimkan kargo ke ketinggian 20 km, dari mana kargo tersebut akan diluncurkan ke orbit menggunakan roket konvensional. Opsi perantara ini, menurut perhitungan perusahaan, akan menghemat bahan bakar hingga 30% dibandingkan dengan roket.

Menurut perhitungan teoritis, sepertinya bahan tersebut cocok. Jika kita mengasumsikan kesesuaiannya untuk pembuatan kabel, maka pembuatan elevator ruang angkasa adalah masalah teknik yang dapat dipecahkan, meskipun memerlukan penggunaan pengembangan dan pengembangan lanjutan. NASA telah mendanai pengembangan terkait di American Institute for Scientific Research, termasuk pengembangan lift yang mampu bergerak secara mandiri di sepanjang kabel. Agaknya, metode ini di masa depan bisa jauh lebih murah dibandingkan menggunakan kendaraan peluncur.

YouTube ensiklopedis

1 / 5

✪ LIFT RUANG ANGKASA, TIKET KAMI KE RUANG ANGKASA!

✪ Lift luar angkasa ke bulan | Lompatan Besar

✪ Lift luar angkasa. Mimpi dan kenyataan. Atau fantasi?

✪ Lift luar angkasa sepanjang 20 kilometer akan dibangun di Kanada

✪ Lift luar angkasa (dibaca oleh Alexander Kotov)

Subtitle

Desain

Teknologi untuk menenun serat tersebut masih dalam tahap awal.

Menurut beberapa ilmuwan, bahkan tabung nano karbon tidak akan pernah cukup kuat untuk membuat kabel elevator luar angkasa.

Pada bulan Juni 2013, para insinyur dari Universitas Columbia di AS melaporkan terobosan baru: berkat teknologi baru untuk memproduksi graphene, dimungkinkan untuk mendapatkan lembaran dengan ukuran diagonal beberapa puluh sentimeter dan kekuatan hanya 10% lebih rendah dari yang teoritis.

Penebalan kabel

Lift luar angkasa harus menopang setidaknya beratnya sendiri, yang cukup besar karena panjang kabelnya. Penebalan di satu sisi meningkatkan kekuatan kabel, di sisi lain menambah bobotnya, dan karenanya kekuatan yang dibutuhkan. Beban di atasnya akan bervariasi di tempat yang berbeda: dalam beberapa kasus, bagian kabel harus menahan berat segmen yang terletak di bawah, di kasus lain harus menahan gaya sentrifugal yang menahan bagian atas kabel di orbit. Untuk memenuhi kondisi ini dan untuk mencapai optimalitas kabel di setiap titik, ketebalannya akan bervariasi.

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(matriks)(\frac (1)(2))\end(matriks))\omega ^(2)( r_(0)^(2)-r^(2))+g_(0)r_(0)(1-(\frac (r_(0))(r)))\kanan]\kanan])

Di Sini A (r) (\gaya tampilan A(r))- luas penampang kabel sebagai fungsi jarak r (\gaya tampilan r) dari tengah Bumi.

Rumusnya menggunakan konstanta berikut:

Jadi, perbandingan luas penampang kabel di dasar dan di GSO ( R= 42.164 km) adalah: A (r GEO) 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))) \Kanan])

Mengganti kepadatan dan kekuatan berbagai bahan dan diameter kabel yang berbeda di permukaan tanah, kita mendapatkan tabel diameter kabel di tingkat GSO. Perlu diperhatikan bahwa perhitungan dilakukan dengan syarat elevator akan berdiri “dengan sendirinya”, tanpa beban - karena material kabel sudah mengalami tegangan akibat beratnya sendiri (dan beban ini mendekati batas maksimum yang diijinkan. untuk materi ini).

Diameter kabel di GSO, tergantung diameternya di permukaan tanah,
untuk berbagai bahan (dihitung menggunakan rumus terbaru), m

Bahan	Kepadatan ρ (\displaystyle \rho ), kg±m 3	Kekuatan tarik s (\gaya tampilan s), Pa	Diameter kabel di permukaan tanah
Bahan	Kepadatan ρ (\displaystyle \rho ), kg±m 3	Kekuatan tarik s (\gaya tampilan s), Pa	1mm	1 cm	10 cm	1m
Baja St3 digulung panas	7760	0,37 10 9	1,31 10 437	1,31 10 438	1,31 10 439	1,31 10 440
Baja paduan tinggi 30KhGSA	7780	1.4 10 9	4.14 10 113	4.14 10 114	4.14 10 115	4.14 10 116
jaring	1000	2,5 10 9	0,248 10 6	2,48 10 6	24,8 10 6	248 10 6
Serat karbon modern	1900	4 10 9	9.269 10 6	92,69 10 6	926,9 10 6	9269 10 6
Tabung nano karbon	1900	90 10 9	2.773·10 -3	2.773·10 -2	2.773·10 -1	2.773

Oleh karena itu, tidak realistis untuk membangun elevator dari baja struktural modern. Satu-satunya jalan keluar adalah mencari material dengan kepadatan lebih rendah dan/atau kekuatan sangat tinggi.

Misalnya, tabel tersebut berisi sarang laba-laba (laba-laba sutra). Ada berbagai proyek eksotik untuk produksi jaring di “peternakan laba-laba”. Baru-baru ini, muncul laporan bahwa, dengan bantuan rekayasa genetika, dimungkinkan untuk memasukkan gen laba-laba ke dalam tubuh kambing, yang mengkode protein jaring laba-laba. Kini susu kambing hasil rekayasa genetika mengandung protein laba-laba. Apakah mungkin untuk memperoleh dari protein ini suatu bahan yang sifatnya menyerupai jaring laba-laba masih belum diketahui. Namun, menurut media, perkembangan tersebut sedang berlangsung

Arah lain yang menjanjikan adalah serat karbon dan tabung nano karbon. Serat karbon berhasil digunakan di industri saat ini. Nanotube sekitar 20 kali lebih kuat, namun teknologi untuk memproduksi bahan ini belum meninggalkan laboratorium. Tabel tersebut dibuat dengan asumsi bahwa kerapatan kabel yang terbuat dari nanotube sama dengan kerapatan serat karbon.

Di bawah ini tercantum beberapa cara yang lebih eksotis untuk membangun lift luar angkasa:

Pengimbang

Penyeimbang dapat dibuat dengan dua cara - dengan mengikat benda berat (misalnya, asteroid, pemukiman luar angkasa, atau dermaga luar angkasa) di luar orbit geostasioner, atau dengan memperpanjang tambatan itu sendiri hingga jarak yang signifikan melampaui orbit geostasioner. Opsi kedua menarik karena lebih mudah meluncurkan muatan ke planet lain dari ujung kabel yang memanjang, karena memiliki kecepatan yang signifikan dibandingkan Bumi.

Momentum Sudut, Kecepatan dan Kemiringan

Kecepatan horizontal setiap bagian kabel meningkat seiring ketinggian sebanding dengan jarak ke pusat bumi, mencapai kecepatan kosmik pertama dalam orbit geostasioner. Oleh karena itu, pada saat mengangkat suatu beban perlu memperoleh tambahan momentum sudut (kecepatan horizontal).

Pada saat yang sama, pengaruh gaya sentrifugal memaksa kabel kembali ke posisi vertikal yang menguntungkan secara energi [ ], sehingga akan berada dalam keadaan keseimbangan yang stabil. Jika pusat gravitasi elevator selalu berada di atas orbit geostasioner, berapa pun kecepatan elevator, maka elevator tidak akan jatuh.

Pada saat muatan mencapai orbit geostasioner (GSO), momentum sudutnya cukup untuk meluncurkan muatan ke orbit. Jika beban tidak dilepaskan dari kabel, maka, berhenti secara vertikal pada tingkat GSO, ia akan berada dalam keadaan keseimbangan yang tidak stabil, dan dengan dorongan ke bawah yang sangat kecil, ia akan meninggalkan GSO dan mulai jatuh ke Bumi secara vertikal. akselerasi, sambil melambat dalam arah horizontal. Hilangnya energi kinetik dari komponen horizontal saat turun akan ditransfer melalui kabel ke momentum sudut rotasi bumi, sehingga mempercepat rotasinya. Bila didorong ke atas, beban juga akan meninggalkan GSO, namun berlawanan arah, yaitu mulai naik sepanjang kabel dengan percepatan dari Bumi, mencapai kecepatan akhir di ujung kabel. Karena kecepatan akhir bergantung pada panjang kabel, maka nilainya dapat diatur secara sewenang-wenang. Perlu dicatat bahwa percepatan dan peningkatan energi kinetik suatu beban selama pengangkatan, yaitu pelepasannya dalam bentuk spiral, akan terjadi karena rotasi bumi yang akan melambat. Proses ini sepenuhnya dapat dibalik, yaitu jika Anda meletakkan beban di ujung kabel dan mulai menurunkannya, menekannya dalam bentuk spiral, maka momentum sudut rotasi bumi akan meningkat.

Saat menurunkan beban akan terjadi proses sebaliknya yaitu miringnya kabel ke arah timur.

Peluncuran ke luar angkasa

Di ujung kabel pada ketinggian 144.000 km, komponen tangensial kecepatannya adalah 10,93 km/s, yang lebih dari cukup untuk meninggalkan medan gravitasi bumi dan meluncurkan kapal ke Saturnus. Jika benda tersebut dibiarkan meluncur bebas di sepanjang bagian atas tambatan, maka benda tersebut akan memiliki kecepatan yang cukup untuk keluar dari tata surya. Hal ini terjadi karena transisi momentum sudut total kabel (dan Bumi) menjadi kecepatan benda yang diluncurkan.

Untuk mencapai kecepatan lebih tinggi lagi, Anda dapat memanjangkan kabel atau mempercepat beban menggunakan elektromagnetisme.

Di planet lain

Lift luar angkasa dapat dibangun di planet lain. Selain itu, semakin rendah gravitasi planet dan semakin cepat rotasinya, semakin mudah untuk melaksanakan konstruksi.

Dimungkinkan juga untuk memperluas elevator ruang angkasa antara dua benda langit yang mengorbit satu sama lain dan terus-menerus saling berhadapan (misalnya, antara Pluto dan Charon atau antara komponen asteroid ganda (90) Antiope. Namun, karena orbitnya tidak sama. lingkaran yang tepat, maka diperlukan alat yang dapat mengubah panjang elevator tersebut secara konstan. Dalam hal ini, elevator dapat digunakan tidak hanya untuk membawa kargo ke luar angkasa, tetapi juga untuk “perjalanan antarplanet”.

Konstruksi

Konstruksi dilakukan dari stasiun geostasioner. Salah satu ujungnya turun ke permukaan bumi, diregangkan oleh gaya gravitasi. Yang lainnya, untuk menyeimbangkan, berada pada arah yang berlawanan, ditarik oleh gaya sentrifugal. Artinya, semua material untuk konstruksi harus dikirim ke orbit geostasioner dengan cara tradisional. Artinya, biaya pengiriman seluruh elevator ruang angkasa ke orbit geostasioner adalah harga minimum proyek tersebut.

Penghematan dari penggunaan lift luar angkasa

Agaknya, lift luar angkasa akan sangat mengurangi biaya pengiriman kargo ke luar angkasa. Lift ruang angkasa mahal untuk dibuat, namun biaya pengoperasiannya rendah, sehingga paling baik digunakan dalam jangka waktu lama untuk muatan bervolume sangat besar. Saat ini, pasar peluncuran kargo tidak cukup besar untuk membenarkan pembangunan elevator, namun penurunan harga yang tajam akan mengarah pada perluasan pasar.

Namun, elevator dapat menjadi proyek hibrida dan, selain berfungsi mengirimkan kargo ke orbit, tetap menjadi basis untuk penelitian dan program komersial lain yang tidak terkait dengan transportasi.

Prestasi

Dalam kompetisi angkat, robot harus menempuh jarak tertentu, memanjat kabel vertikal dengan kecepatan tidak lebih rendah dari yang ditetapkan oleh aturan (pada kompetisi tahun 2007, standarnya adalah sebagai berikut: panjang kabel - 100 m, kecepatan minimum - 2 m/s, kecepatan yang harus dicapai adalah 10 m/s). Hasil terbaik tahun 2007 adalah menempuh jarak 100 m dengan kecepatan rata-rata 1,8 m/s.

Total hadiah dana untuk kompetisi Space Elevator Games pada tahun 2009 adalah $4 juta.

Persaingan tersebut tidak termasuk Liftport Group, yang terkenal karena klaimnya meluncurkan lift luar angkasa pada tahun 2018 (kemudian diundur ke tahun 2031). Liftport melakukan eksperimennya sendiri, misalnya pada tahun 2006, robot pengangkat memanjat tali kuat yang direntangkan menggunakan balon. Dari jarak satu setengah kilometer, lift hanya mampu menempuh jarak 460 meter. Pada bulan Agustus-September 2012, perusahaan meluncurkan proyek penggalangan dana untuk eksperimen baru dengan lift di situs web Kickstarter. Tergantung pada jumlah yang dikumpulkan, direncanakan untuk mengangkat robot sejauh 2 kilometer atau lebih.

LiftPort Group juga mengumumkan kesiapannya untuk membangun elevator ruang angkasa eksperimental di Bulan, berdasarkan teknologi yang ada. Presiden Perusahaan Michael Lane mengatakan dibutuhkan waktu delapan tahun untuk membangun lift seperti itu. Perhatian terhadap proyek tersebut memaksa perusahaan untuk menetapkan tujuan baru – mempersiapkan proyek dan mengumpulkan dana tambahan untuk memulai studi kelayakan dari apa yang disebut “lift bulan”. Menurut Lane, pembangunan lift semacam itu akan memakan waktu satu tahun dan menelan biaya $3 juta. Pakar NASA telah menarik perhatian pada proyek LiftGroup. Michael Lane berkolaborasi dengan Badan Antariksa AS dalam proyek elevator luar angkasa.

Proyek serupa

Lift luar angkasa bukan satu-satunya proyek yang menggunakan tambatan untuk meluncurkan satelit ke orbit. Salah satu proyek tersebut adalah Orbital Skyhook (orbital hook). Skyhook menggunakan tambatan yang tidak terlalu panjang dibandingkan dengan elevator luar angkasa yang berada di orbit rendah Bumi dan berputar cepat di sekitar bagian tengahnya. Oleh karena itu, salah satu ujung kabel bergerak relatif terhadap Bumi dengan kecepatan yang relatif rendah, dan beban dari pesawat hipersonik dapat ditangguhkan darinya. Pada saat yang sama, desain Skyhook bekerja seperti roda gila raksasa - akumulator torsi dan energi kinetik. Keunggulan proyek Skyhook adalah kelayakannya menggunakan teknologi yang ada. Kelemahannya adalah Skyhook menggunakan energi dari gerakannya untuk meluncurkan satelit, dan energi ini perlu diisi ulang.

Jaringan Pencakar Langit Proyek Stratosfer. Proyek ini adalah jaringan elevator orbital, disatukan dalam segi enam, yang mencakup seluruh planet. Saat melanjutkan ke tahap konstruksi berikutnya, penyangga dilepas, dan kerangka jaringan elevator digunakan untuk membangun pemukiman stratosfer di atasnya. Proyek ini menyediakan beberapa kawasan habitat.

Lift luar angkasa dalam berbagai karya

Buku Robert Heinlein Friday menggunakan lift luar angkasa yang disebut "pohon kacang"
Dalam film Uni Soviet tahun 1972 Petka in Space, karakter utama menciptakan lift luar angkasa.
Salah satu karya Arthur Clarke yang terkenal, The Fountains of Paradise, didasarkan pada gagasan tentang lift luar angkasa. Selain itu, elevator luar angkasa muncul di bagian akhir dari tetraloginya yang terkenal, A Space Odyssey (3001: The Last Odyssey).
Dalam Star Trek: Voyager episode 3.19, "Rise", sebuah elevator luar angkasa membantu kru melarikan diri dari planet dengan atmosfer berbahaya.
Peradaban IV memiliki lift luar angkasa. Di sanalah dia adalah salah satu dari “Keajaiban Besar” yang belakangan terjadi.
Novel fiksi ilmiah Timothy Zahn “Silkworm” (“Spinneret”, 1985) menyebutkan sebuah planet yang mampu menghasilkan serat super. Salah satu ras yang tertarik dengan planet ini ingin mendapatkan serat ini khusus untuk pembangunan elevator luar angkasa.
Dalam novel fiksi ilmiah Limit karya Frank Schätzing, lift luar angkasa berperan sebagai titik sentral intrik politik dalam waktu dekat.
Dalam dilogi Sergei Lukyanenko "Bintang - Mainan Dingin", salah satu peradaban luar angkasa, dalam proses perdagangan antarbintang, mengirimkan benang super kuat ke Bumi yang dapat digunakan untuk membangun elevator luar angkasa. Namun peradaban luar bumi bersikeras untuk menggunakannya secara eksklusif untuk tujuan yang dimaksudkan - untuk membantu saat melahirkan.
Dalam novel fiksi ilmiah karya J. Scalzi “Doomed to Victory” (eng. Scalzi, John. Old Man's War), sistem elevator luar angkasa secara aktif digunakan di Bumi, banyak koloni terestrial, dan beberapa planet dari ras cerdas yang sangat maju untuk berkomunikasi dengan tempat berlabuh kapal antarbintang.
Dalam novel fiksi ilmiah “Tomorrow Will Be Eternity” karya Alexander Gromov, plotnya dibangun berdasarkan fakta keberadaan elevator luar angkasa. Ada dua perangkat - sumber dan penerima, yang, dengan menggunakan "pancaran energi", mampu menaikkan "kabin" elevator ke orbit.
Novel fiksi ilmiah Alastair Reynolds "Abyss City" memberikan gambaran rinci tentang struktur dan fungsi elevator ruang angkasa dan menggambarkan proses kehancurannya (sebagai akibat dari serangan teroris).
Novel fiksi ilmiah Terry Pratchett, Strata, menampilkan Garis, sebuah molekul buatan yang sangat panjang yang digunakan sebagai elevator luar angkasa.
Dalam novel fiksi ilmiah Graham McNeill, Mechanicum, elevator luar angkasa terdapat di Mars dan disebut Menara Tsiolkovsky.
Disebutkan dalam lagu grup Zvuki Mu “Elevator to Heaven.”
Di awal permainan Sonic Colors, Sonic dan Tails terlihat menaiki lift luar angkasa untuk sampai ke Taman Dr. Eggman.
Dalam buku Alexander Zorich "Somnambulist 2" dari seri Etnogenesis, karakter utama Matvey Gumilyov (setelah menanam kepribadian pengganti - Maxim Verkhovtsev, pilot pribadi kawan Alpha, kepala "Star Fighters") melakukan perjalanan dengan lift orbital.
Dalam cerita “The Serpent” karya penulis fiksi ilmiah Alexander Gromov, para pahlawan menggunakan lift luar angkasa “dalam perjalanan” dari Bulan ke bumi.
Dalam seri novel fiksi ilmiah

Saat ini, pesawat ruang angkasa menjelajahi Bulan, Matahari, planet dan asteroid, komet, dan ruang antarplanet. Namun roket berbahan bakar kimia masih merupakan alat yang mahal dan berdaya rendah untuk mendorong muatan melampaui gravitasi bumi. Teknologi roket modern praktis telah mencapai batas kemampuan yang ditentukan oleh sifat reaksi kimia. Apakah umat manusia telah mencapai jalan buntu teknologi? Tidak sama sekali, jika melihat ide lama tentang lift luar angkasa.

Pada asal-usulnya

Orang pertama yang secara serius memikirkan cara mengatasi gravitasi planet dengan menggunakan “pull-up” adalah salah satu pengembang kendaraan jet, Felix Zander. Berbeda dengan pemimpi dan penemu Baron Munchausen, Zander mengusulkan opsi berbasis ilmiah untuk elevator ruang angkasa ke Bulan. Ada titik di jalur antara Bulan dan Bumi di mana gaya gravitasi benda-benda ini saling menyeimbangkan. Letaknya pada jarak 60.000 km dari Bulan. Semakin dekat ke Bulan, gravitasi Bulan akan lebih kuat dibandingkan Bumi, dan semakin jauh, gravitasi Bulan akan semakin lemah. Jadi jika Anda menghubungkan Bulan dengan kabel ke beberapa asteroid di sebelah kiri, katakanlah, pada jarak 70.000 km dari Bulan, maka hanya kabel tersebut yang akan mencegah asteroid tersebut jatuh ke Bumi. Kabel tersebut akan terus-menerus diregangkan oleh gaya gravitasi, dan sepanjang kabel tersebut akan memungkinkan untuk naik dari permukaan Bulan melampaui batas gravitasi bulan. Dari sudut pandang ilmiah, ini adalah gagasan yang sepenuhnya benar. Kabel ini tidak segera mendapat perhatian yang layak hanya karena pada masa Zander tidak ada bahan yang kabelnya tidak akan putus karena beratnya sendiri.

“Pada tahun 1951, Profesor Buckminster Fuller mengembangkan jembatan cincin mengambang bebas di sekitar ekuator bumi. Yang diperlukan untuk mewujudkan ide ini hanyalah lift luar angkasa. Dan kapan kita akan memilikinya? Saya tidak ingin menebak-nebak, jadi saya akan mengadaptasi jawaban yang diberikan Arthur Kantrowitz ketika seseorang menanyakan pertanyaan tentang sistem peluncuran lasernya. Lift luar angkasa akan dibangun 50 tahun setelah orang-orang berhenti menertawakan gagasan tersebut.”

(“Lift luar angkasa: eksperimen pemikiran atau kunci menuju Alam Semesta?”, pidato di Kongres Internasional Astronautika XXX, Munich, 20 September 1979.)

Ide pertama

Keberhasilan pertama astronotika kembali membangkitkan imajinasi para peminatnya. Pada tahun 1960, seorang insinyur muda Soviet, Yuri Artsutanov, menarik perhatian pada fitur menarik dari apa yang disebut satelit geostasioner (GSS). Satelit-satelit ini berada pada orbit berbentuk lingkaran tepat pada bidang ekuator bumi dan mempunyai periode orbit yang sama dengan panjang hari bumi. Oleh karena itu, satelit geostasioner terus-menerus melayang di titik yang sama di ekuator. Artsutanov mengusulkan untuk menghubungkan GSS dengan kabel ke titik yang terletak di bawahnya di ekuator bumi. Kabel tersebut tidak akan bergerak relatif terhadap Bumi, dan di sepanjang kabel tersebut muncul gagasan untuk meluncurkan kabin elevator ke luar angkasa. Ide cemerlang ini menarik banyak pikiran. Penulis terkenal Arthur C. Clarke bahkan menulis novel fiksi ilmiah, The Fountains of Paradise, yang keseluruhan plotnya dihubungkan dengan pembangunan elevator luar angkasa.

Masalah lift

Dari Bumi ke orbit rendah Bumi, kargo dikirim dengan roket bahan bakar kimia tradisional. Dari sana, kapal tunda orbital menjatuhkan kargo ke “platform elevator bawah”, yang ditambatkan dengan aman oleh kabel yang terpasang ke Bulan. Lift mengantarkan kargo ke Bulan. Karena tidak adanya kebutuhan untuk pengereman (dan roket itu sendiri) pada tahap terakhir dan selama pendakian dari Bulan, penghematan biaya yang signifikan dapat dilakukan. Namun, tidak seperti yang dijelaskan dalam artikel tersebut, konfigurasi ini secara praktis mengulangi gagasan Zander dan tidak menyelesaikan masalah pemindahan muatan dari Bumi, sekaligus mempertahankan teknologi roket untuk tahap ini.

Tugas kedua dan juga serius dalam membangun elevator ruang angkasa adalah mengembangkan mesin untuk elevator dan sistem pasokan energinya. Toh, kabinnya harus mendaki 40.000 km tanpa mengisi bahan bakar hingga akhir pendakian! Belum ada seorang pun yang menemukan cara untuk mencapai hal ini.

Keseimbangan yang tidak stabil

Namun kesulitan terbesar, bahkan yang tidak dapat diatasi, untuk elevator ke satelit geostasioner terkait dengan hukum mekanika angkasa. GSS berada pada orbitnya yang menakjubkan hanya karena keseimbangan gravitasi dan gaya sentrifugal. Pelanggaran terhadap keseimbangan ini menyebabkan satelit mengubah orbitnya dan meninggalkan “titik berdirinya”. Bahkan ketidakhomogenan kecil dalam medan gravitasi bumi, gaya pasang surut Matahari dan Bulan, dan tekanan sinar matahari menyebabkan satelit-satelit di orbit geostasioner terus-menerus melayang. Tidak ada keraguan sedikit pun bahwa, karena beban sistem elevator, satelit tidak akan mampu tetap berada di orbit geostasioner dan akan jatuh. Namun, terdapat ilusi bahwa tambatan ini dapat diperluas melampaui orbit geostasioner dan menempatkan beban penyeimbang yang sangat besar di ujungnya. Gaya sentrifugal yang bekerja pada counterweight yang dipasang sekilas akan mengencangkan kabel sehingga beban tambahan dari kabin yang bergerak sepanjang itu tidak dapat mengubah posisi counterweight, dan elevator akan tetap pada posisi kerja. Hal ini berlaku jika, alih-alih kabel fleksibel, digunakan batang yang kaku dan tidak dapat ditekuk: maka energi rotasi bumi akan disalurkan melalui batang ke kabin, dan pergerakannya tidak akan menyebabkan munculnya gaya lateral. yang tidak dikompensasi oleh ketegangan kabel. Dan gaya ini pasti akan mengganggu stabilitas dinamis elevator dekat Bumi, dan akan runtuh!

Taman Bermain Surgawi

Untungnya bagi penduduk bumi, alam memiliki solusi luar biasa bagi kita - Bulan. Bulan tidak hanya begitu besar sehingga tidak ada elevator yang dapat menggerakkannya, ia juga berada dalam orbit yang hampir melingkar dan pada saat yang sama selalu menghadap Bumi dengan satu sisi! Idenya muncul begitu saja - untuk merentangkan elevator antara Bumi dan Bulan, tetapi mengamankan kabel elevator hanya dengan satu ujung, di Bulan. Ujung kedua kabel dapat diturunkan hampir ke Bumi itu sendiri, dan gaya gravitasi akan menariknya seperti tali sepanjang garis yang menghubungkan pusat massa Bumi dan Bulan. Ujung bebas tidak boleh mencapai permukaan bumi. Planet kita berputar pada porosnya, sehingga ujung kabel akan memiliki kecepatan sekitar 400 m per detik relatif terhadap permukaan bumi, yaitu bergerak di atmosfer dengan kecepatan lebih besar dari kecepatan suara. Tidak ada struktur yang dapat menahan hambatan udara seperti itu. Namun jika mobil elevator diturunkan ke ketinggian 30-50 km yang udaranya cukup tipis, maka hambatannya dapat diabaikan. Kecepatan kabin akan tetap sekitar 0,4 km/s, dan kecepatan ini mudah dicapai oleh stratoplane ketinggian tinggi modern. Dengan terbang ke kabin elevator dan berlabuh dengannya (teknik docking ini telah lama diterapkan baik dalam konstruksi pesawat terbang untuk pengisian bahan bakar dalam penerbangan maupun di pesawat ruang angkasa), Anda dapat memindahkan kargo dari sisi stratoplane ke kabin atau sebaliknya. . Setelah itu, kabin elevator akan mulai mendaki ke Bulan, dan pesawat stratoplane akan kembali ke Bumi. Omong-omong, kargo yang dikirim dari Bulan dapat dengan mudah dijatuhkan dari kabin dengan parasut dan diambil dengan selamat di darat atau di laut.

Menghindari tabrakan

Lift yang menghubungkan Bumi dan Bulan harus memecahkan masalah penting lainnya. Di ruang dekat Bumi terdapat sejumlah besar pesawat ruang angkasa yang berfungsi dan beberapa ribu satelit tidak aktif, pecahannya, dan puing-puing ruang angkasa lainnya. Tabrakan antara elevator dan salah satunya akan menyebabkan kabel putus. Untuk menghindari masalah ini, diusulkan untuk membuat bagian “bawah” kabel, sepanjang 60.000 km, dapat diangkat dan dikeluarkan dari zona pergerakan satelit bumi bila tidak diperlukan di sana. Pemantauan posisi benda-benda di ruang dekat Bumi cukup mampu memprediksi periode kapan pergerakan mobil elevator di area tersebut akan aman.

Winch untuk lift luar angkasa

Lift luar angkasa menuju Bulan mengalami masalah serius. Kabin elevator konvensional bergerak dengan kecepatan tidak lebih dari beberapa meter per detik, dan dengan kecepatan ini bahkan pendakian ke ketinggian 100 km (ke batas bawah ruang angkasa) akan memakan waktu lebih dari satu hari. Sekalipun Anda bergerak dengan kecepatan maksimum kereta api 200 km/jam, perjalanan ke Bulan akan memakan waktu hampir tiga bulan. Lift yang hanya mampu melakukan dua penerbangan ke Bulan per tahun kemungkinan besar tidak akan diminati.

Jika Anda menutupi kabel dengan film superkonduktor, maka kabel dapat bergerak di atas bantalan magnet tanpa menyentuh materialnya. Dalam hal ini, dimungkinkan untuk berakselerasi setengah jalan dan mengerem kabin setengah jalan.

Perhitungan sederhana menunjukkan bahwa dengan nilai percepatan 1 g (setara dengan gravitasi biasa di Bumi), seluruh perjalanan ke Bulan hanya memakan waktu 3,5 jam, artinya kabin mampu melakukan tiga kali penerbangan ke Bulan setiap saat. hari. Para ilmuwan secara aktif berupaya menciptakan superkonduktor yang beroperasi pada suhu kamar, dan kemunculannya dapat diperkirakan terjadi di masa mendatang.

Buang sampahnya

Menariknya, di tengah perjalanan kecepatan kabin akan mencapai 60 km/s. Jika, setelah akselerasi, muatan dilepaskan dari kabin, maka dengan kecepatan seperti itu muatan tersebut dapat diarahkan ke titik mana pun di tata surya, ke planet mana pun, bahkan ke planet terjauh sekalipun. Artinya, lift ke Bulan akan mampu menyediakan penerbangan bebas roket dari Bumi di dalam Tata Surya.

Dan kemungkinan membuang limbah berbahaya dari Bumi ke Matahari menggunakan lift akan sangat eksotik. Bintang asal kita adalah tungku nuklir dengan kekuatan sedemikian rupa sehingga limbah apa pun, bahkan radioaktif, akan terbakar tanpa bekas. Jadi lift penuh ke Bulan tidak hanya bisa menjadi dasar perluasan ruang angkasa umat manusia, tapi juga sarana untuk membersihkan planet kita dari sisa-sisa kemajuan teknologi.