Pamats ar pagrabu
Orbitālais lifts. Pētnieciskais darbs "kosmosa lifts" Kas ir kosmiskais lifts

Orbitālais lifts. Pētnieciskais darbs "kosmosa lifts" Kas ir kosmiskais lifts

(GSO) centrbēdzes spēka dēļ. Tas paceļas pa kabeli, nesot lietderīgo kravu. Paceļoties, slodze tiks paātrināta, pateicoties Zemes rotācijai, kas ļaus to nosūtīt ārpus Zemes gravitācijas pietiekami lielā augstumā.

Kabelim nepieciešama ārkārtīgi augsta stiepes izturība apvienojumā ar zemu blīvumu. Saskaņā ar teorētiskajiem aprēķiniem oglekļa nanocaurules šķiet piemērots materiāls. Ja pieņemam to piemērotību kabeļa izgatavošanai, tad kosmosa lifta izveide ir risināma inženiertehniska problēma, lai gan tai ir jāizmanto progresīvas izstrādes un. Lifta izveide tiek lēsta 7-12 miljardu ASV dolāru apmērā. NASA jau finansē ar to saistītos notikumus Amerikas Zinātnisko pētījumu institūtā, tostarp tāda lifta izstrādi, kas spēj neatkarīgi pārvietoties pa kabeli.

Dizains

Ir vairākas dizaina iespējas. Gandrīz visos no tiem ir iekļauta pamatne (bāze), kabelis (kabelis), pacēlāji un pretsvars.

Bāze

Kosmiskā lifta pamatne ir vieta uz planētas virsmas, kur tiek piestiprināts kabelis un sākas kravas celšana. Tas var būt mobils, novietots uz okeāna kuģa.

Pārvietojamās pamatnes priekšrocība ir iespēja veikt manevrus, lai izvairītos no viesuļvētrām un vētrām. Stacionāras bāzes priekšrocības ir lētāki un pieejamāki enerģijas avoti, kā arī iespēja samazināt kabeļa garumu. Dažu kilometru saites atšķirība ir salīdzinoši neliela, taču tā var palīdzēt samazināt nepieciešamo vidusdaļas biezumu un tās daļas garumu, kas sniedzas ārpus ģeostacionārās orbītas.

Kabelis

Kabelim jābūt izgatavotam no materiāla ar ārkārtīgi augstu stiepes izturības un īpatnējā smaguma attiecību. Kosmiskais lifts būs ekonomiski pamatots, ja rūpnieciskā mērogā par saprātīgu cenu varēs saražot kabeli, kura blīvums ir pielīdzināms grafītam un kura stiprums ir aptuveni 65-120 gigapaskāli.

Salīdzinājumam, vairumam tērauda veidu stiprība ir aptuveni 1 GPa, un pat stiprākie veidi nepārsniedz 5 GPa, un tērauds ir smags. Daudz vieglākā kevlara stiprums ir diapazonā no 2,6 līdz 4,1 GPa, un kvarca šķiedras stiprums ir līdz 20 GPa un vairāk. Dimanta šķiedru teorētiskā izturība var būt neliela [cik ilgi?] augstāks.

Šādu šķiedru aušanas tehnoloģija joprojām ir sākuma stadijā.

Pēc dažu zinātnieku domām, pat oglekļa nanocaurules nekad nebūs pietiekami izturīgas, lai izveidotu kosmosa lifta kabeli.

Sidnejas Tehnoloģiju universitātes zinātnieku eksperimenti ļāva izveidot grafēna papīru. Paraugu pārbaudes ir iepriecinošas: materiāla blīvums ir piecas līdz sešas reizes mazāks nekā tērauda blīvums, savukārt stiepes izturība ir desmit reizes lielāka nekā oglekļa tēraudam. Tajā pašā laikā grafēns ir labs elektriskās strāvas vadītājs, kas ļauj to izmantot, lai pārsūtītu jaudu uz liftu, kā kontaktkopni.

Kabeļa sabiezēšana

Kosmosa liftam ir jāiztur vismaz savs svars, kas ir ievērojams kabeļa garuma dēļ. Sabiezējums, no vienas puses, palielina kabeļa izturību, no otras puses, palielina tā svaru un līdz ar to arī nepieciešamo izturību. Slodze uz to dažādās vietās būs atšķirīga: dažos gadījumos saites daļai ir jāiztur zemāk esošo segmentu svars, citos tai jāiztur centrbēdzes spēks, kas notur saites augšējās daļas orbītā. Lai izpildītu šo nosacījumu un panāktu kabeļa optimālumu katrā punktā, tā biezums būs mainīgs.

Var parādīt, ka, ņemot vērā Zemes gravitāciju un centrbēdzes spēku (bet neņemot vērā mazāko Mēness un Saules ietekmi), kabeļa šķērsgriezums atkarībā no augstuma tiks aprakstīts ar šādu formulu:

Šeit ir norādīts kabeļa šķērsgriezuma laukums kā attāluma funkcija no centrs Zeme.

Formulā tiek izmantotas šādas konstantes:

Šis vienādojums apraksta saiti, kuras biezums vispirms palielinās eksponenciāli, pēc tam tā augšana palēninās vairāku Zemes rādiusu augstumā un pēc tam kļūst nemainīga, galu galā sasniedzot ģeostacionāro orbītu. Pēc tam biezums atkal sāk samazināties.

Tādējādi kabeļa šķērsgriezuma laukumu attiecība pie pamatnes un GSO ( r= 42 164 km) ir:

Šeit aizstājot tērauda blīvumu un stiprību un kabeļa diametru zemes līmenī 1 cm, mēs iegūstam vairāku simtu kilometru diametru GSO līmenī, kas nozīmē, ka tērauds un citi mums pazīstami materiāli nav piemēroti kabeļa būvniecībai. lifts.

No tā izriet, ka ir četri veidi, kā sasniegt saprātīgāku kabeļa biezumu GSO līmenī:

Vēl viens veids ir padarīt lifta pamatni kustīgu. Kustība pat ar ātrumu 100 m/s jau dos apļveida ātruma pieaugumu par 20% un samazinās kabeļa garumu par 20-25%, kas padarīs to vieglāku par 50 vai vairāk procentiem. Ja kabeli “noenkurojat” virsskaņas plaknē vai vilcienā, tad kabeļa masas pieaugums vairs netiks mērīts procentos, bet gan desmitiem reižu (bet gaisa pretestības radītie zudumi netiek ņemti vērā).

Pretsvars

Pretsvaru var izveidot divos veidos - piesienot smagu objektu (piemēram, asteroīdu, kosmosa apmetni vai kosmosa doku) ārpus ģeostacionārās orbītas vai arī pagarinot pašu saiti ievērojamā attālumā ārpus ģeostacionārās orbītas. Otrais variants pēdējā laikā ir kļuvis populārāks, jo to ir vieglāk īstenot, un turklāt no iegarena kabeļa gala ir vieglāk palaist kravas uz citām planētām, jo tam ir ievērojams ātrums attiecībā pret Zemi.

Leņķiskais impulss, ātrums un slīpums

Katras kabeļa sekcijas horizontālais ātrums palielinās līdz ar augstumu proporcionāli attālumam līdz Zemes centram, sasniedzot pirmo evakuācijas ātrumu ģeostacionārajā orbītā. Tāpēc, paceļot kravu, viņam jāiegūst papildu leņķiskais impulss (horizontālais ātrums).

Leņķiskais impulss tiek iegūts Zemes rotācijas dēļ. Sākumā pacēlājs kustas nedaudz lēnāk par trosi (Koriolisa efekts), tādējādi “palēninot” trosi un nedaudz novirzot to uz rietumiem. Pie kāpšanas ātruma 200 km/h trose sasvērsies par 1 grādu. Spriegojuma horizontālā sastāvdaļa nevertikālā kabelī velk slodzi uz sāniem, paātrinot to austrumu virzienā (skat. diagrammu) - pateicoties tam, lifts iegūst papildu ātrumu. Saskaņā ar Ņūtona trešo likumu kabelis nedaudz palēnina Zemi.

Tajā pašā laikā centrbēdzes spēka ietekme liek kabelim atgriezties enerģētiski labvēlīgā vertikālā stāvoklī, lai tas būtu stabila līdzsvara stāvoklī. Ja lifta smaguma centrs vienmēr atrodas virs ģeostacionārās orbītas, neatkarīgi no liftu ātruma, tas nekritīs.

Kamēr krava sasniedz GEO, tās leņķiskais impulss (horizontālais ātrums) ir pietiekams, lai kravu palaistu orbītā.

Nolaižot slodzi, notiks apgrieztais process, noliekot kabeli uz austrumiem.

Palaist kosmosā

Kabeļa galā 144 000 km augstumā ātruma tangenciālā komponente būs 10,93 km/s, kas ir vairāk nekā pietiekami, lai atstātu Zemes gravitācijas lauku un palaistu kuģus uz Saturnu. Ja objektam ir atļauts brīvi slīdēt gar saites augšdaļu, tam būs pietiekami daudz ātruma, lai izkļūtu no Saules sistēmas. Tas notiks sakarā ar kabeļa (un Zemes) kopējā leņķiskā impulsa pāreju uz palaitā objekta ātrumu.

Lai sasniegtu vēl lielāku ātrumu, varat pagarināt kabeli vai paātrināt slodzi, izmantojot elektromagnētismu.

Būvniecība

Būvniecība tiek veikta no ģeostacionāras stacijas. Šī ir vienīgā vieta, kur var nolaisties kosmosa kuģis. Viens gals nolaižas uz Zemes virsmas, ko izstiepj gravitācijas spēks. Otrs balansēšanai ir pretējā virzienā, to velk centrbēdzes spēks. Tas nozīmē, ka visi būvniecības materiāli ir jāpaceļ ģeostacionārā orbītā tradicionālā veidā neatkarīgi no kravas galamērķa. Tas ir, visa kosmosa lifta pacelšanas ģeostacionārajā orbītā izmaksas ir projekta minimālā cena.

Ietaupījumi, izmantojot kosmosa liftu

Jādomā, ka kosmosa lifts ievērojami samazinās kravas nosūtīšanas kosmosā izmaksas. Kosmosa lifti ir dārgi uzbūvēti, taču to ekspluatācijas izmaksas ir zemas, tāpēc tos vislabāk izmantot ilgstoši, pārvadājot ļoti lielu kravu apjomu. Pašlaik kravu palaišanas tirgus var nebūt pietiekami liels, lai attaisnotu lifta būvniecību, taču krasajam cenu samazinājumam vajadzētu radīt lielāku kravu dažādību. Līdzīgi sevi attaisno arī cita transporta infrastruktūra – lielceļi un dzelzceļi.

Joprojām nav atbildes uz jautājumu, vai kosmiskais lifts atpelnīs tajā ieguldīto naudu, vai tomēr labāk to būtu ieguldīt raķešu tehnoloģiju tālākā attīstībā.

Nedrīkst aizmirst arī par releja pavadoņu skaita ierobežojumu ģeostacionārajā orbītā: šobrīd starptautiskie līgumi pieļauj 360 satelītus - vienu releju uz leņķa grādu, lai izvairītos no traucējumiem apraidē K u -frekvenču joslā. C frekvencēm satelītu skaits ir ierobežots līdz 180.

Šis apstāklis izskaidro projekta patieso komerciālo neveiksmi, jo galvenās nevalstisko organizāciju finansiālās izmaksas ir vērstas uz releju satelītiem, kas aizņem vai nu ģeostacionāro orbītu (televīzija, sakari), vai zemākas orbītas (globālās pozicionēšanas sistēmas, dabas resursu novērošana utt.). .

Tomēr lifts var būt hibrīdprojekts un papildus kravas nogādāšanas orbītā funkcijai palikt par bāzi citām pētniecības un komerciālām programmām, kas nav saistītas ar transportu.

Sasniegumi

Kopš 2005. gada Amerikas Savienotajās Valstīs notiek ikgadējās sacensības Space Elevator Games, kuras ar NASA atbalstu organizē Spaceward Foundation. Šajās sacensībās ir divas kategorijas: “labākais kabelis” un “labākais robots (lifts)”.

Pacēlāja sacensībās robotam jāpārvar noteikta distance, kāpjot pa vertikālo trosi ar ātrumu, kas nav mazāks par noteikumos noteikto (2007. gada sacensībās normatīvi bija šādi: troses garums - 100 m, minimālais ātrums - 2 jaunkundze). 2007. gada labākais rezultāts bija 100 m distances veikšana ar vidējo ātrumu 1,8 m/s.

Kopējais Space Elevator Games sacensību balvu fonds 2009. gadā bija 4 miljoni ASV dolāru.

Virves spēka sacensībās dalībniekiem jānodrošina divmetrīgs riņķis, kas izgatavots no izturīga materiāla, kas sver ne vairāk kā 2 gramus, kuram ar speciālu montāžas testu pārbauda plīsumu. Lai uzvarētu konkursā, kabeļa stiprumam šajā rādītājā jābūt vismaz par 50% lielākam nekā NASA jau pieejamajam paraugam. Līdz šim labākais rezultāts ir kabelim, kas izturēja līdz 0,72 tonnām lielu slodzi.

Konkursā nav iekļauta Liftport Group, kas ieguva bēdīgu slavu ar saviem apgalvojumiem par kosmosa lifta palaišanu 2018. gadā (vēlāk tas tika pārcelts uz 2031. gadu). Liftport veic savus eksperimentus, piemēram, 2006. gadā robotizētais pacēlājs uzrāpās pa stipru virvi, kas nostiepta ar balonu palīdzību. No pusotra kilometra pacēlājam izdevās pieveikt tikai 460 metrus. 2012. gada augustā-septembrī uzņēmums Kickstarter vietnē uzsāka projektu, lai piesaistītu līdzekļus jauniem eksperimentiem ar liftu. Atkarībā no savāktās summas robotu plānots pacelt 2 un vairāk kilometrus.

Sacensībās Space Elevator Games no 2009. gada 4. novembra līdz 6. novembrim Dienvidkalifornijā, Dridenas lidojumu izpētes centrā, slavenās Edvardsas gaisa spēku bāzes robežās, norisinājās Spaceward Foundation un NASA organizētās sacensības. Troses pārbaudes garums bija 900 metri, kabelis tika pacelts, izmantojot helikopteru. Vadību uzņēmās LaserMotive, kas prezentēja pacēlāju ar ātrumu 3,95 m/s, kas ir ļoti tuvu vajadzīgajam ātrumam. Lifts visā kabeļa garumā nobrauca 3 minūtēs 49 sekundēs. .

Līdzīgi projekti

Kosmosa lifts nav vienīgais projekts, kas izmanto saites, lai palaistu orbītā satelītus. Viens no šādiem projektiem ir Orbital Skyhook. Skyhook izmanto saiti, kas nav pārāk gara salīdzinājumā ar kosmosa liftu, kas atrodas zemā Zemes orbītā un ātri rotē ap savu vidusdaļu. Sakarā ar to viens kabeļa gals pārvietojas attiecībā pret Zemi ar salīdzinoši mazu ātrumu, un no tā var tikt apturētas slodzes no hiperskaņas lidmašīnām. Tajā pašā laikā Skyhook dizains darbojas kā milzu spararats – griezes momenta un kinētiskās enerģijas akumulators. Skyhook projekta priekšrocība ir tā iespējamība, izmantojot esošās tehnoloģijas. Negatīvā puse ir tāda, ka Skyhook izmanto enerģiju no kustības, lai palaistu satelītus, un šī enerģija būs kaut kā jāpapildina.

Kosmosa lifts dažādos darbos

1972. gada PSRS filmā Petka kosmosā galvenais varonis izgudro kosmosa liftu.
Viens no slavenajiem Artura K. Klārka darbiem "Debesu strūklakas" ir balstīts uz kosmosa lifta ideju. Turklāt kosmosa lifts parādās viņa slavenās tetraloģijas Kosmosa odiseja (3001: The Last Odyssey) beigu daļā.
Star Trek: Voyager sērijā 3x19 "Rise" kosmosa lifts palīdz apkalpei aizbēgt no planētas ar bīstamu atmosfēru.
Civilizācijai IV ir kosmiskais lifts. Tur viņš ir viens no vēlākajiem “Lielajiem brīnumiem”.
Timotija Zana zinātniskās fantastikas romānā “Zīdtārpiņš” (“Spinneret”, 1985) pieminēta planēta, kas spēj radīt superšķiedru. Viena no rasēm, kuru interesēja planēta, vēlējās iegūt šo šķiedru speciāli kosmosa lifta būvniecībai.
Frenka Šicinga zinātniskās fantastikas romānā Limits kosmiskais lifts tuvākajā nākotnē darbojas kā politisko intrigu centrālais punkts.
Sergeja Lukjaņenko diloģijā “Zvaigznes ir aukstas rotaļlietas” viena no ārpuszemes civilizācijām starpzvaigžņu tirdzniecības procesā uz Zemi nogādāja lieljaudas pavedienus, kurus varētu izmantot kosmosa lifta būvniecībā. Bet ārpuszemes civilizācijas uzstāja tikai uz to izmantošanu paredzētajam mērķim - lai palīdzētu dzemdību laikā.
J. Skalci zinātniskās fantastikas romānā “Lēma uzvarai” (inž. Skalci, Džons. Veco vīru karš) kosmosa liftu sistēmas tiek aktīvi izmantotas uz Zemes, daudzām sauszemes kolonijām un dažām citu augsti attīstītu viedo rasu planētām saziņai ar starpzvaigžņu kuģu piestātnēm.
Aleksandra Gromova zinātniskās fantastikas romānā “Rīt būs mūžība” sižets veidots ap kosmiskā lifta esamības faktu. Ir divas ierīces - avots un uztvērējs, kas, izmantojot "enerģijas staru", spēj pacelt lifta "kabi" orbītā.
Alastair Reynolds zinātniskās fantastikas romāns "Abyss City" sniedz detalizētu kosmiskā lifta uzbūves un darbības aprakstu un apraksta tā iznīcināšanas procesu (teroristu uzbrukuma rezultātā).
Terija Pračeta zinātniskās fantastikas romānā Strata ir iekļauta līnija — ārkārtīgi gara mākslīgā molekula, ko izmanto kā kosmosa liftu.
Minēts grupas Zvuki Mu dziesmā “Lifts uz debesīm”.
Sonic Colors spēles pašā sākumā var redzēt, ka Sonic and Tails brauc ar kosmosa liftu, lai nokļūtu Dr. Eggman's Parkā.
Aleksandra Zoriha grāmatā “Somnambulists 2” no sērijas Etnoģenēze galvenais varonis Matvejs Gumiļovs (pēc surogātpersonības iestādīšanas - Maskims Verhovcevs, biedra Alfas personīgais pilots, “Zvaigžņu cīnītāju” vadītājs) ceļo ar orbitālo liftu.
Zinātniskās fantastikas rakstnieka Aleksandra Gromova stāstā “Čūska” varoņi izmanto kosmosa liftu “ceļā” no Mēness uz Zemi.
Džordža R. Mārtina zinātniskās fantastikas romānu sērijā “Tufa ceļojumi” uz planētas “Satlem” orbitālais lifts ved uz planetoīdu, kas aprīkots kā kosmodroms.

Mangā un anime

Trešajā anime Edo Cyber City sērijā tika izmantots kosmosa lifts, lai paceltos uz orbitālo kriogēno banku.
Kaujas eņģelis ir aprīkots ar ciklopisku kosmosa liftu, kura vienā galā atrodas Seilemas debess pilsēta (pilsoņiem) un zemāka pilsēta (nepilsoņiem), bet otrā galā ir kosmosa pilsēta Jeru. Līdzīga struktūra atrodas arī otrā Zemes pusē.
Anime Mobile Suit Gundam 00 ir trīs kosmosa lifti, kuriem ir piestiprināts arī saules paneļu gredzens, kas ļauj izmantot kosmosa liftu elektroenerģijas ražošanai.
Anime Z.O.E. Dolores piedāvā kosmosa liftu, kā arī parāda, kas varētu notikt teroristu uzbrukuma gadījumā.
Kosmosa lifts ir minēts anime seriālā Trinity Blood, kurā kā pretsvars kalpo kosmosa kuģis Arc.

Skatīt arī

Kosmosa lifts: 2010 (Angļu) krievu valoda

Piezīmes

Literatūra

Jurijs Artsutanovs “Kosmosā - uz elektriskās lokomotīves”, laikraksts “Komsomoļskaja Pravda” 1960. gada 31. jūlijā.
Aleksandrs Bolonkins “Neraķešu palaišana un lidojums kosmosā”, Elsevier, 2006, 488 lpp.

Daudzi cilvēki zina Bībeles stāstu par to, kā cilvēki centās kļūt līdzīgi Dievam un nolēma uzcelt torni, kas ir tikpat augsts kā debesis. Tas Kungs, sadusmojies, lika visiem cilvēkiem runāt dažādās valodās, un celtniecība apstājās.

Grūti pateikt, vai tā ir taisnība vai nē, taču pēc tūkstošiem gadu cilvēce atkal domāja par iespēju uzbūvēt supertorni. Galu galā, ja jums izdodas uzbūvēt desmitiem tūkstošu kilometru augstu konstrukciju, jūs varat samazināt izmaksas par kravas nogādāšanu kosmosā gandrīz tūkstoš reižu! Kosmoss uz visiem laikiem pārstās būt kaut kas tāls un nesasniedzams.

Mīļā telpa

Kosmosa lifta jēdzienu pirmais apsvēra izcilais krievu zinātnieks Konstantīns Ciolkovskis. Viņš pieļāva, ka, uzbūvējot 40 000 kilometru augstu torni, mūsu planētas centrbēdzes spēks noturēs visu konstrukciju, neļaujot tai nokrist.

No pirmā acu uzmetiena šī ideja smaržo pēc manilovisma, bet padomāsim loģiski. Mūsdienās lielāko daļu raķešu svara veido degviela, kas tiek tērēta Zemes gravitācijas pārvarēšanai. Protams, tas ietekmē arī palaišanas cenu. Viena kilograma kravas nogādāšanas zemās Zemes orbītā izmaksas ir aptuveni 20 000 USD.

Tātad, kad radinieki SKS astronautiem dod ievārījumu, varat būt pārliecināti: šī ir visdārgākā delikatese pasaulē. Pat Anglijas karaliene to nevar atļauties!

Viena atspoles palaišana NASA izmaksāja no 500 līdz 700 miljoniem dolāru. Problēmu dēļ Amerikas ekonomikā NASA vadība bija spiesta slēgt kosmosa kuģu programmu un kravu piegādes uz SKS funkciju uzticēt privātiem uzņēmumiem.

Līdzās ekonomiskajām problēmām ir arī politiskās. Saistībā ar domstarpībām Ukrainas jautājumā rietumvalstis ieviesušas vairākas sankcijas un ierobežojumus pret Krieviju. Diemžēl tie ietekmēja arī sadarbību astronautikas jomā. NASA saņēma rīkojumu no ASV valdības iesaldēt visus kopīgos projektus, izņemot SKS. Premjerministra vietnieks Dmitrijs Rogozins atbildē norādīja, ka Krievija nav ieinteresēta piedalīties SKS projektā pēc 2020.gada un plāno pāriet uz citiem mērķiem un uzdevumiem, piemēram, pastāvīgas zinātniskās bāzes izveidošanu uz Mēness un pilotētu lidojumu uz Marsu.

Visticamāk, Krievija to darīs kopā ar Ķīnu, Indiju un, iespējams, Brazīliju. Jāpiebilst: Krievija jau gatavojās pabeigt darbu pie projekta, un Rietumu sankcijas šo procesu vienkārši paātrināja.

Neskatoties uz tik grandioziem plāniem, viss var palikt uz papīra, ja vien netiks izstrādāts efektīvāks un lētāks veids kravu nogādāšanai ārpus Zemes atmosfēras. Tās pašas SKS celtniecībai kopumā tika iztērēti vairāk nekā 100 miljardi dolāru! Ir biedējoši iedomāties, cik daudz “zaļumu” būs nepieciešams, lai izveidotu staciju uz Mēness.

Kosmiskais lifts varētu būt ideāls problēmas risinājums. Kad lifts sāks darboties, piegādes izmaksas varētu samazināties līdz diviem dolāriem par kilogramu. Bet vispirms jums būs kārtīgi jāizdomā, kā to izveidot.

Drošības robeža

1959. gadā Ļeņingradas inženieris Jurijs Nikolajevičs Artsutanovs izstrādāja pirmo kosmosa lifta darba versiju. Tā kā mūsu planētas gravitācijas dēļ nav iespējams uzbūvēt liftu no apakšas uz augšu, viņš ierosināja rīkoties pretēji - būvēt no augšas uz leju. Lai to paveiktu, ģeostacionārā orbītā (apmēram 36 000 kilometru) bija jāpalaiž īpašs satelīts, kur tam bija jāieņem pozīcija virs noteikta punkta uz Zemes ekvatora. Pēc tam sāciet montēt kabeļus uz satelīta un pakāpeniski nolaidiet tos uz planētas virsmu. Pats satelīts arī spēlēja pretsvara lomu, pastāvīgi turot kabeļus sasprindzinātus.

Plašāka sabiedrība ar šo ideju varēja iepazīties sīkāk, kad 1960. gadā Komsomoļskaja Pravda publicēja interviju ar Artsutanovu. Interviju publicēja arī Rietumu mediji, pēc tam visa pasaule tika pakļauta “liftu drudzim”. Zinātniskās fantastikas rakstnieki bija īpaši dedzīgi, gleznojot rožainas nākotnes bildes, kuru neaizstājams atribūts bija kosmiskais lifts.

Visi eksperti, kas pēta iespēju izveidot liftu, ir vienisprātis, ka galvenais šķērslis šī plāna īstenošanai ir pietiekami izturīga materiāla trūkums kabeļiem. Pēc aprēķiniem šim hipotētiskajam materiālam vajadzētu izturēt 120 gigapaskālu spriegumu, t.i. virs 100 000 kilogramu uz kvadrātmetru!

Tērauda stiprums ir aptuveni 2 gigapaskāli, īpaši spēcīgām opcijām tas ir maksimums 5 gigapaskāli, kvarca šķiedrai tas ir nedaudz virs 20. Tas ir vienkārši briesmīgi zems. Rodas mūžīgais jautājums: ko darīt? Attīstīt nanotehnoloģiju. Visdaudzsološākais kandidāts lifta kabeļa lomai varētu būt oglekļa nanocaurules. Pēc aprēķiniem, to stiprumam vajadzētu būt daudz lielākam par minimālajiem 120 gigapaskāliem.

Līdz šim spēcīgākais paraugs ir spējis izturēt 52 gigapaskālu spriegumu, bet vairumā citu gadījumu tie ir plīsuši robežās no 30 līdz 50 gigapaskāliem. Ilgstošu pētījumu un eksperimentu laikā Dienvidkalifornijas universitātes speciālistiem izdevās sasniegt nedzirdētu rezultātu: viņu caurule spēja izturēt 98,9 gigapaskālu spriegumu!

Diemžēl tas bija vienreizējs panākums, un ir vēl viena būtiska problēma ar oglekļa nanocaurulēm. Turīnas Politehniskās universitātes zinātnieks Nikolass Pugno nonāca pie neapmierinoša secinājuma. Izrādās, ka pat viena atoma pārvietošanās dēļ oglekļa cauruļu struktūrā noteikta laukuma stiprums var strauji samazināties par 30%. Un tas viss neskatoties uz to, ka līdz šim iegūtais garākais nanocaurules paraugs ir tikai divi centimetri. Un, ja ņem vērā faktu, ka kabeļa garumam vajadzētu būt gandrīz 40 000 kilometru, uzdevums šķiet vienkārši neiespējams.

Atkritumi un vētras

Vēl viena ļoti nopietna problēma ir saistīta ar kosmosa atkritumiem. Kad cilvēce apmetās Zemes orbītā, tā sāka vienu no iecienītākajām izklaidēm - piesārņot apkārtējo telpu ar savas dzīvībai svarīgās darbības produktiem. Pašā sākumā par to mēs kaut kā īpaši nesatraucāmies. “Galu galā telpa ir bezgalīga! - mēs spriedām. "Jūs izmetat papīra lapu, un tas turpinās pētīt Visuma plašumus!"

Šeit mēs pieļāvām kļūdu. Visas lidaparātu atlūzas un atliekas ir lemtas mūžīgi riņķot ap Zemi, tās gūstot tās spēcīgajā gravitācijas laukā. Nav vajadzīgs inženieris, lai izdomātu, kas notiktu, ja kāds no šiem atkritumu gabaliem sadurtos ar kabeli. Tāpēc tūkstošiem pētnieku no visas pasaules mūza savas smadzenes par Zemes tuvumā esošā poligona likvidēšanu.

Arī situācija ar lifta bāzi uz planētas virsmas nav līdz galam skaidra. Sākotnēji bija plānots izveidot stacionāru bāzi pie ekvatora, lai nodrošinātu sinhronizāciju ar ģeostacionāru satelītu. Taču tad nevar izvairīties no viesuļvētru vēju un citu dabas katastrofu kaitīgās ietekmes uz liftu.

Tad radās ideja piestiprināt pamatni peldošai platformai, kas varētu manevrēt un “izvairīties” no vētrām. Bet šajā gadījumā operatori orbītā un uz platformas būs spiesti veikt visas kustības ar ķirurģisku precizitāti un absolūtu sinhronizāciju, pretējā gadījumā visa struktūra nonāks ellē.

Turi zodu augsa!

Neskatoties uz visām grūtībām un šķēršļiem, kas atrodas mūsu ērkšķainajā ceļā uz zvaigznēm, mums nevajadzētu nokārt degunu un mest šo, bez šaubām, unikālo projektu aizmugurē. Kosmiskais lifts nav greznība, bet gan būtiska lieta.

Bez tā tuvā kosmosa kolonizācija kļūs par ārkārtīgi darbietilpīgu, dārgu pasākumu un var ilgt daudzus gadus. Protams, ir priekšlikumi izstrādāt pretgravitācijas tehnoloģijas, taču tā ir pārāk tāla perspektīva, un lifts ir vajadzīgs tuvāko 20-30 gadu laikā.

Lifts ir nepieciešams ne tikai kravu pacelšanai un nolaišanai, bet arī kā “mega-slings”. Ar tās palīdzību ir iespējams palaist kosmosa kuģus starpplanētu telpā, neiztērējot milzīgus daudzumus tik vērtīgas degvielas, ko citādi varētu izmantot kuģa paātrināšanai. Īpaši interesanta ir ideja izmantot liftu, lai attīrītu Zemi no bīstamajiem atkritumiem.

Pieņemsim, ka izlietoto kodoldegvielu no atomelektrostacijas var ievietot noslēgtās kapsulās un pēc tam sūtīt tiešā ugunī pret Sauli, kam tāda booger sadedzināšana ir vienkārša kūka.

Taču, dīvainā kārtā, šādas idejas īstenošana drīzāk nav ekonomikas vai zinātnes, bet gan politikas jautājums. Mums ir jāsastopas ar patiesību – neviena valsts pasaulē nevar patstāvīgi tikt galā ar tik grandiozu projektu. Bez starptautiskās sadarbības nevar iztikt.

Pirmkārt, svarīga ir ASV, Eiropas Savienības, Ķīnas, Japānas, Indijas, Brazīlijas un, protams, Krievijas līdzdalība. Tātad, lai ko arī teiktu, mums būs jāsēžas pie sarunu galda un jāpīpē miera pīpe. Tāpēc, puiši, dzīvosim kopā, un mums viss izdosies!

Adilete URAIMOVS

Lai gan kosmosa lifta būvniecība jau ir mūsu inženiertehnisko iespēju robežās, kaislības ap šo būvi pēdējā laikā diemžēl ir rimušas. Iemesls ir tāds, ka zinātniekiem vēl nav izdevies iegūt tehnoloģiju, lai rūpnieciskā mērogā ražotu nepieciešamās stiprības oglekļa nanocaurules.

Ideju par kravas palaišanu orbītā bez raķetēm ierosināja tā pati persona, kas nodibināja teorētisko kosmonautiku - Konstantīns Eduardovičs Ciolkovskis. Iedvesmojoties no Parīzē redzētā Eifeļa torņa, viņš aprakstīja savu redzējumu par kosmosa liftu milzīga augstuma torņa formā. Tā virsotne būtu tikai ģeocentriskā orbītā.

Lifta torņa pamatā ir spēcīgi materiāli, kas novērš saspiešanu – taču mūsdienu idejas par kosmosa liftiem joprojām uzskata variantu ar kabeļiem, kuriem jābūt stiepes izturībai. Pirmo reizi šo ideju 1959. gadā ierosināja cits krievu zinātnieks Jurijs Nikolajevičs Artsutanovs. Pirmais zinātniskais darbs ar detalizētiem aprēķiniem par kosmosa liftu kabeļa formā tika publicēts 1975. gadā, un 1979. gadā Arturs K. Klārks to popularizēja savā darbā “Paradīzes strūklakas”.

Lai gan nanocaurules šobrīd ir atzītas par spēcīgāko materiālu, turklāt vienīgais piemērots lifta izbūvei kabeļa veidā, kas stiepjas no ģeostacionāra satelīta, laboratorijā iegūto nanocauruļu stiprums vēl nav pietiekams, lai sasniegtu aprēķināto stiprību.

Teorētiski nanocauruļu stiprībai vajadzētu būt lielākai par 120 GPa, taču praksē lielākais vienas sienas nanocaurules pagarinājums bija 52 GPa, un vidēji tās plīsa 30-50 GPa robežās. Kosmosa liftam nepieciešami materiāli ar izturību 65-120 GPa.

Pagājušā gada nogalē lielākajā Amerikas dokumentālo filmu festivālā DocNYC tika demonstrēta filma Sky Line, kurā aprakstīti ASV inženieru mēģinājumi uzbūvēt kosmosa liftu, tostarp NASA X-Prize konkursa dalībnieki.

Filmas galvenie varoņi ir Bredlijs Edvardss un Maikls Leins. Edvards ir astrofiziķis, kurš kopš 1998. gada strādā pie kosmosa lifta idejas. Leins ir uzņēmējs un uzņēmuma LiftPort dibinātājs, kas veicina oglekļa nanocauruļu komerciālu izmantošanu.

90. gadu beigās un 2000. gadu sākumā Edvardss, saņēmis NASA dotācijas, intensīvi attīstīja kosmosa lifta ideju, aprēķinot un izvērtējot visus projekta aspektus. Visi viņa aprēķini liecina, ka šī ideja ir īstenojama – ja vien parādās kabelim pietiekami spēcīga šķiedra.

Edvardss īslaicīgi sadarbojās ar LiftPort, lai meklētu finansējumu lifta projektam, taču iekšējo nesaskaņu dēļ projekts nekad netika īstenots. LiftPort tika slēgts 2007. gadā, lai gan gadu iepriekš tas bija veiksmīgi demonstrējis robotu, kas kāpj pa jūdžu garu vertikālu kabeli, kas bija piekārts no baloniem, lai pierādītu, ka dažas tās tehnoloģijas ir koncepcijas.

Šī privātā telpa, kas koncentrējas uz atkārtoti lietojamām raķetēm, tuvākajā nākotnē varētu pilnībā aizstāt kosmosa liftu attīstību. Viņaprāt, kosmiskais lifts ir pievilcīgs tikai ar to, ka piedāvā lētākus veidus, kā orbītā nogādāt kravu, un tiek izstrādātas atkārtoti lietojamas raķetes, lai tieši samazinātu šīs piegādes izmaksas.

Edvards idejas apsīkumā vaino reāla atbalsta trūkumu projektam. “Tā izskatās projekti, kurus simtiem cilvēku, kas izkaisīti visā pasaulē, attīsta kā hobiju. Nekāds nopietns progress netiks panākts, kamēr nebūs reāla atbalsta un centralizētas kontroles."

Situācija ar kosmosa lifta idejas attīstību Japānā ir atšķirīga. Valsts ir slavena ar saviem sasniegumiem robotikas jomā, un japāņu fiziķis Sumio Iijima tiek uzskatīts par pionieri nanocauruļu jomā. Ideja par kosmosa liftu šeit ir gandrīz nacionāla.

Japānas uzņēmums Obayashi sola līdz 2050. gadam piegādāt darba telpas liftu. Uzņēmuma izpilddirektors Yoji Ishikawa saka, ka viņi sadarbojas ar privātiem darbuzņēmējiem un vietējām universitātēm, lai uzlabotu esošās nanocauruļu tehnoloģijas.

Išikava stāsta, ka, lai gan uzņēmums saprot projekta sarežģītību, viņi nesaskata nekādus būtiskus šķēršļus tā īstenošanai. Viņš arī uzskata, ka kosmosa lifta idejas popularitāti Japānā ir izraisījusi nepieciešamība pēc kaut kādas nacionālās idejas, kas vieno cilvēkus uz pēdējo pāris gadu desmitu sarežģītās ekonomiskās situācijas fona.

Išikava ir pārliecināta, ka, lai gan šāda mēroga ideja, visticamāk, var tikt realizēta tikai starptautiskā sadarbībā, Japāna varētu kļūt par tās lokomotīvi, pateicoties kosmosa lifta lielajai popularitātei valstī.

Tikmēr Kanādas kosmosa un aizsardzības uzņēmumam Thoth Technology pagājušajā vasarā tika piešķirts ASV patents Nr. 9 085 897 par savu kosmosa lifta versiju. Precīzāk, koncepcija ietver torņa uzbūvi, kas saglabā savu stingrību, pateicoties saspiestajai gāzei.

Tornim kravas jānogādā 20 km augstumā, no kurienes tās tiks palaists orbītā, izmantojot parastās raķetes. Šis starpposma variants, pēc uzņēmuma aprēķiniem, ietaupīs līdz pat 30% degvielas, salīdzinot ar raķeti.

Pēc teorētiskiem aprēķiniem tie šķiet piemērots materiāls. Ja pieņemam to piemērotību kabeļa izgatavošanai, tad kosmosa lifta izveide ir risināma inženiertehniska problēma, lai gan tai ir jāizmanto progresīvas izstrādes un. NASA jau finansē ar to saistītos notikumus Amerikas Zinātnisko pētījumu institūtā, tostarp tāda lifta izstrādi, kas spēj neatkarīgi pārvietoties pa kabeli. Domājams, ka šī metode nākotnē varētu būt daudz lētāka nekā nesējraķešu izmantošana.

Enciklopēdisks YouTube

1 / 5

✪ KOSMOSA LIFTS, MŪSU BIĻETE UZ KOSMUMU!

✪ Kosmosa lifts uz Mēnesi | Lielais Lēciens

✪ Kosmosa lifts. Sapnis un realitāte. Vai fantāzija?

✪ Kanādā tiks uzbūvēts 20 kilometru kosmiskais lifts

✪ Kosmosa lifts (lasa Aleksandrs Kotovs)

Subtitri

Dizains

Šādu šķiedru aušanas tehnoloģija joprojām ir sākuma stadijā.

Pēc dažu zinātnieku domām, pat oglekļa nanocaurules nekad nebūs pietiekami izturīgas, lai izveidotu kosmosa lifta kabeli.

2013. gada jūnijā inženieri no Kolumbijas universitātes ASV ziņoja par jaunu izrāvienu: pateicoties jaunai grafēna ražošanas tehnoloģijai, ir iespējams iegūt loksnes, kuru diagonāles izmērs ir vairāki desmiti centimetru un stiprība tikai par 10% mazāka nekā teorētiski.

Kabeļa sabiezēšana

Kosmosa liftam ir jāiztur vismaz savs svars, kas ir ievērojams kabeļa garuma dēļ. Sabiezējums, no vienas puses, palielina kabeļa izturību, no otras puses, palielina tā svaru un līdz ar to arī nepieciešamo izturību. Slodze uz to dažādās vietās būs atšķirīga: dažos gadījumos kabeļa daļai ir jāiztur zemāk esošo segmentu svars, citos tai jāiztur centrbēdzes spēks, kas notur kabeļa augšējās daļas orbītā. Lai izpildītu šo nosacījumu un panāktu kabeļa optimālumu katrā punktā, tā biezums būs mainīgs.

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])

Šeit A (r) (\displaystyle A(r))- kabeļa šķērsgriezuma laukums kā attāluma funkcija r (\displaystyle r) no centrs Zeme.

Formulā tiek izmantotas šādas konstantes:

Tādējādi kabeļa šķērsgriezuma laukumu attiecība pie pamatnes un GSO ( r= 42 164 km) ir: 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))) \pa labi])

Šeit aizvietojot blīvumu un stiprību dažādiem materiāliem un dažādiem kabeļu diametriem zemes līmenī, mēs iegūstam kabeļu diametru tabulu GSO līmenī. Jāņem vērā, ka aprēķins tika veikts ar nosacījumu, ka lifts stāvētu “pats pats”, bez slodzes - jo kabeļa materiāls jau piedzīvo spriegumu no sava svara (un šīs slodzes ir tuvu šim maksimāli pieļaujamajam materiāls).

Kabeļa diametrs pie GSO atkarībā no tā diametra zemes līmenī,
dažādiem materiāliem (aprēķināts pēc jaunākās formulas), m

Materiāls	Blīvums ρ (\displaystyle\rho), kg÷m 3	Stiepes izturība s (\displaystyle s), Pa	Kabeļa diametrs zemes līmenī
Materiāls	Blīvums ρ (\displaystyle\rho), kg÷m 3	Stiepes izturība s (\displaystyle s), Pa	1 mm	1 cm	10 cm	1 m
Tērauds St3 karsti velmēts	7760	0,37 10 9	1,31 10 437	1,31 10 438	1,31 10 439	1,31 10 440
Augsti leģētais tērauds 30KhGSA	7780	1,4 10 9	4,14 10 113	4,14 10 114	4,14 10 115	4,14 10 116
Web	1000	2,5 10 9	0,248 10 6	2,48 10 6	24,8 10 6	248 10 6
Mūsdienīga oglekļa šķiedra	1900	4 10 9	9 269 10 6	92,69 10 6	926,9 10 6	9269 10 6
Oglekļa nanocaurules	1900	90 10 9	2,773·10 -3	2,773·10 -2	2,773·10 -1	2.773

Tādējādi ir nereāli būvēt liftu no mūsdienu konstrukciju tēraudiem. Vienīgā izeja ir meklēt materiālus ar mazāku blīvumu un/vai ļoti augstu stiprību.

Piemēram, tabulā ir iekļauti zirnekļu tīkli (zirnekļa zīds). “Zirnekļu fermās” ir dažādi eksotiski tīkli tīklu ražošanai. Nesen parādījās ziņas, ka ar gēnu inženierijas palīdzību kazas ķermenī izdevies ievadīt zirnekļa gēnu, kas kodē zirnekļa tīkla proteīnu. Tagad ģenētiski modificētas kazas piens satur zirnekļa proteīnu. Vai no šī proteīna ir iespējams iegūt materiālu, kas pēc īpašībām atgādina zirnekļa tīklu, joprojām nav zināms. Bet, kā vēsta prese, šādas norises notiek

Vēl viens daudzsološs virziens ir oglekļa šķiedra un oglekļa nanocaurules. Mūsdienās rūpniecībā veiksmīgi tiek izmantota oglekļa šķiedra. Nanocaurules ir aptuveni 20 reizes stiprākas, taču šī materiāla ražošanas tehnoloģija vēl nav pametusi laboratoriju. Tabula tika veidota, pamatojoties uz pieņēmumu, ka no nanocaurulēm izgatavota kabeļa blīvums ir tāds pats kā oglekļa šķiedras blīvums.

Tālāk ir norādīti vairāki eksotiskāki veidi, kā izveidot kosmosa liftu:

Pretsvars

Pretsvaru var izveidot divos veidos - piesienot smagu objektu (piemēram, asteroīdu, kosmosa apmetni vai kosmosa doku) ārpus ģeostacionārās orbītas vai arī pagarinot pašu saiti ievērojamā attālumā ārpus ģeostacionārās orbītas. Otrais variants ir interesants, jo no iegarenā kabeļa gala ir vieglāk palaist kravas uz citām planētām, jo tam ir ievērojams ātrums attiecībā pret Zemi.

Leņķiskais impulss, ātrums un slīpums

Katras kabeļa sekcijas horizontālais ātrums palielinās līdz ar augstumu proporcionāli attālumam līdz Zemes centram, sasniedzot pirmo kosmisko ātrumu ģeostacionārajā orbītā. Tāpēc, paceļot kravu, tai jāiegūst papildu leņķiskais impulss (horizontālais ātrums).

Leņķiskais impulss tiek iegūts Zemes rotācijas dēļ. Sākumā pacēlājs kustas nedaudz lēnāk par trosi (Koriolisa efekts), tādējādi “palēninot” trosi un nedaudz novirzot to uz rietumiem. Pie kāpšanas ātruma 200 km/h trose sasvērsies par 1 grādu. Spriegojuma horizontālā sastāvdaļa nevertikālā kabelī velk slodzi uz sāniem, paātrinot to austrumu virzienā (skat. diagrammu) - pateicoties tam, lifts iegūst papildu ātrumu. Saskaņā ar trešo Ņūtona likumu, kabelis nedaudz palēnina Zemi, un pretsvars pretsvara griešanās palēnināšanās rezultātā sāks aptīties ap zemi.

Tajā pašā laikā centrbēdzes spēka ietekme liek kabelim atgriezties enerģētiski labvēlīgā vertikālā stāvoklī [ ], lai tas būtu stabila līdzsvara stāvoklī. Ja lifta smaguma centrs vienmēr atrodas virs ģeostacionārās orbītas, neatkarīgi no liftu ātruma, tas nekritīs.

Līdz brīdim, kad krava sasniedz ģeostacionāro orbītu (GSO), tās leņķiskais impulss ir pietiekams, lai lietderīgo kravu palaistu orbītā. Ja slodze netiek atbrīvota no kabeļa, tad, vertikāli apstājoties GSO līmenī, tā būs nestabila līdzsvara stāvoklī, un ar bezgalīgi mazu spiedienu uz leju tā atstās GSO un sāks krist uz Zemi ar vertikāli. paātrinājumu, vienlaikus palēninot horizontālā virzienā. Kinētiskās enerģijas zudums no horizontālās komponentes nolaišanās laikā tiks pārnests caur kabeli uz Zemes griešanās leņķisko impulsu, paātrinot tās rotāciju. Nospiežot uz augšu, slodze arī atstās GSO, bet pretējā virzienā, tas ir, tā sāks pacelties gar kabeli ar paātrinājumu no Zemes, sasniedzot gala ātrumu kabeļa galā. Tā kā gala ātrums ir atkarīgs no kabeļa garuma, tā vērtību var iestatīt patvaļīgi. Jāņem vērā, ka slodzes paātrinājums un kinētiskās enerģijas pieaugums pacelšanas laikā, tas ir, tās attīšana spirālē, notiks Zemes rotācijas dēļ, kas palēnināsies. Šis process ir pilnībā atgriezenisks, tas ir, ja jūs uzliekat slodzi kabeļa galam un sākat to nolaist, saspiežot to spirālē, attiecīgi palielināsies Zemes rotācijas leņķiskais impulss.

Nolaižot slodzi, notiks apgrieztais process, noliekot kabeli uz austrumiem.

Palaist kosmosā

Kabeļa galā 144 000 km augstumā ātruma tangenciālā komponente būs 10,93 km/s, kas ir vairāk nekā pietiekami, lai atstātu Zemes gravitācijas lauku un palaistu kuģus uz Saturnu. Ja objektam ļautu brīvi slīdēt gar saites augšdaļu, tam būtu pietiekami daudz ātruma, lai izkļūtu no Saules sistēmas. Tas notiks sakarā ar kabeļa (un Zemes) kopējā leņķiskā impulsa pāreju uz palaitā objekta ātrumu.

Lai sasniegtu vēl lielāku ātrumu, varat pagarināt kabeli vai paātrināt slodzi, izmantojot elektromagnētismu.

Uz citām planētām

Kosmosa liftu var uzbūvēt uz citām planētām. Turklāt, jo zemāka ir gravitācija uz planētas un jo ātrāk tā griežas, jo vieglāk ir veikt būvniecību.

Ir iespējams arī pagarināt kosmosa liftu starp diviem debess ķermeņiem, kas riņķo viens pret otru un pastāvīgi atrodas viens pret otru (piemēram, starp Plutonu un Šaronu vai starp dubultā asteroīda (90) Antiope sastāvdaļām. Tomēr, tā kā to orbītas nav precīzs aplis, būs nepieciešama ierīce, kas pastāvīgi maina šāda lifta garumu. Šajā gadījumā liftu var izmantot ne tikai kravas pārvadāšanai kosmosā, bet arī "starpplanētu ceļojumiem".

Būvniecība

Būvniecība tiek veikta no ģeostacionāras stacijas. Viens gals nolaižas uz Zemes virsmas, ko izstiepj gravitācijas spēks. Otrs balansēšanai ir pretējā virzienā, to velk ar centrbēdzes spēku. Tas nozīmē, ka visi materiāli būvniecībai ir jānogādā ģeostacionārā orbītā tradicionālā veidā. Tas ir, visa kosmosa lifta nogādāšanas ģeostacionārajā orbītā izmaksas ir projekta minimālā cena.

Ietaupījumi, izmantojot kosmosa liftu

Jādomā, ka kosmosa lifts ievērojami samazinās kravas nosūtīšanas kosmosā izmaksas. Kosmosa lifti ir dārgi uzbūvēti, taču to ekspluatācijas izmaksas ir zemas, tāpēc tos vislabāk izmantot ilgstoši, pārvadājot ļoti lielu kravu apjomu. Patlaban kravu palaišanas tirgus nav pietiekami liels, lai attaisnotu lifta būvniecību, taču dramatiskajam cenu samazinājumam vajadzētu novest pie tirgus paplašināšanās.

Joprojām nav atbildes uz jautājumu, vai kosmiskais lifts atpelnīs tajā ieguldīto naudu, vai tomēr labāk to būtu ieguldīt raķešu tehnoloģiju tālākā attīstībā.

Tomēr lifts var būt hibrīdprojekts un papildus kravas nogādāšanas orbītā funkcijai palikt par bāzi citām pētniecības un komerciālām programmām, kas nav saistītas ar transportu.

Sasniegumi

Kopš 2005. gada Amerikas Savienotajās Valstīs tiek rīkotas ikgadējās sacensības Space Elevator Games, ko organizē Spaceward Foundation ar NASA atbalstu. Šajās sacensībās ir divas kategorijas: “labākais kabelis” un “labākais robots (lifts)”.

Pacēlāja sacensībās robotam jāpārvar noteikta distance, kāpjot pa vertikālo trosi ar ātrumu, kas nav mazāks par noteikumos noteikto (2007. gada sacensībās normatīvi bija šādi: troses garums - 100 m, minimālais ātrums - 2 m/s, kura ātrums jāsasniedz 10 m/s) . 2007. gada labākais rezultāts bija 100 m distances veikšana ar vidējo ātrumu 1,8 m/s.

Kopējais Space Elevator Games sacensību balvu fonds 2009. gadā bija 4 miljoni ASV dolāru.

Konkursā nav iekļauta Liftport Group, kas ieguva bēdīgu slavu ar saviem apgalvojumiem par kosmosa lifta palaišanu 2018. gadā (vēlāk tas tika pārcelts uz 2031. gadu). Liftport veic savus eksperimentus, piemēram, 2006. gadā robotizēts pacēlājs uzrāpās pa stipru virvi, kas izstiepta, izmantojot balonus. No pusotra kilometra pacēlājam izdevās pieveikt tikai 460 metrus. 2012. gada augustā-septembrī uzņēmums Kickstarter vietnē uzsāka projektu, lai piesaistītu līdzekļus jauniem eksperimentiem ar liftu. Atkarībā no savāktās summas robotu plānots pacelt 2 un vairāk kilometrus.

LiftPort grupa arī paziņoja par gatavību uzbūvēt eksperimentālu kosmosa liftu uz Mēness, pamatojoties uz esošajām tehnoloģijām. Uzņēmuma prezidents Maikls Leins saka, ka šāda lifta izveide varētu aizņemt astoņus gadus. Uzmanība projektam lika uzņēmumam izvirzīt jaunu mērķi - sagatavot projektu un piesaistīt papildu līdzekļus, lai sāktu tā sauktā "Mēness lifta" priekšizpēti. Pēc Leina teiktā, šāda lifta būvniecība prasīs vienu gadu un izmaksās 3 miljonus dolāru. NASA speciālisti jau ir pievērsuši uzmanību projektam LiftGroup. Maikls Leins sadarbojās ar ASV Kosmosa aģentūru kosmosa lifta projektā.

Līdzīgi projekti

Kosmosa lifts nav vienīgais projekts, kas izmanto saites, lai palaistu orbītā satelītus. Viens no šādiem projektiem ir Orbital Skyhook (orbitālais āķis). Skyhook izmanto saiti, kas nav pārāk gara salīdzinājumā ar kosmosa liftu, kas atrodas zemā Zemes orbītā un ātri rotē ap savu vidusdaļu. Sakarā ar to viens kabeļa gals pārvietojas attiecībā pret Zemi ar salīdzinoši mazu ātrumu, un no tā var tikt apturētas slodzes no hiperskaņas lidmašīnām. Tajā pašā laikā Skyhook dizains darbojas kā milzu spararats – griezes momenta un kinētiskās enerģijas akumulators. Skyhook projekta priekšrocība ir tā iespējamība, izmantojot esošās tehnoloģijas. Negatīvā puse ir tāda, ka Skyhook izmanto enerģiju no tās kustības, lai palaistu satelītus, un šī enerģija būs kaut kā jāpapildina.

Projekts Stratosfēras debesskrāpju tīkls. Projekts ir orbitālu liftu tīkls, kas apvienots sešstūros un aptver visu planētu. Pārejot uz nākamajiem būvniecības posmiem, balsti tiek noņemti, un liftu tīkla karkass tiek izmantots, lai uz tā izveidotu stratosfēras apmetni. Projektā ir paredzētas vairākas biotopu zonas.

Kosmosa lifts dažādos darbos

Roberta Heinleina grāmatā Friday izmanto kosmosa liftu, ko sauc par "pupas kātiņu"
1972. gada PSRS filmā Petka kosmosā galvenais varonis izgudro kosmosa liftu.
Viens no slavenajiem Artura Klārka darbiem "Paradīzes strūklakas" ir balstīts uz kosmosa lifta ideju. Turklāt kosmosa lifts parādās viņa slavenās tetraloģijas Kosmosa odiseja (3001: The Last Odyssey) beigu daļā.
Filmas Star Trek: Voyager 3.19. sērija “Rise” kosmiskais lifts palīdz apkalpei aizbēgt no planētas ar bīstamu atmosfēru.
Civilization IV ir kosmiskais lifts. Tur viņš ir viens no vēlākajiem “Lielajiem brīnumiem”.
Timotija Zana zinātniskās fantastikas romānā “Zīdtārpiņš” (“Spinneret”, 1985) pieminēta planēta, kas spēj radīt superšķiedru. Viena no rasēm, kuras interesēja planēta, vēlējās iegūt šo šķiedru speciāli kosmosa lifta būvniecībai.
Franka Šicinga zinātniskās fantastikas romānā Limits kosmiskais lifts tuvākajā nākotnē būs politisko intrigu centrālais punkts.
Sergeja Lukjaņenko diloģijā “Zvaigznes – aukstās rotaļlietas” viena no ārpuszemes civilizācijām starpzvaigžņu tirdzniecības procesā uz Zemi nogādāja īpaši spēcīgus pavedienus, kurus varētu izmantot kosmosa lifta uzbūvēšanai. Bet ārpuszemes civilizācijas uzstāja tikai uz to izmantošanu paredzētajam mērķim - lai palīdzētu dzemdību laikā.
J. Skalci zinātniskās fantastikas romānā “Nolemti uzvarai” (ang. Scalzi, John. Old Man's War) kosmosa liftu sistēmas tiek aktīvi izmantotas uz Zemes, daudzām zemes kolonijām un dažām citu augsti attīstītu viedo rasu planētām saziņai ar starpzvaigžņu kuģu piestātnes.
Aleksandra Gromova zinātniskās fantastikas romānā Rīt pienāks mūžība sižets ir balstīts uz kosmosa lifta pastāvēšanas faktu. Ir divas ierīces - avots un uztvērējs, kas, izmantojot “enerģijas staru”, spēj pacelt lifta “kabi” orbītā.
Alastair Reynolds zinātniskās fantastikas romāns "Abyss City" sniedz detalizētu kosmiskā lifta uzbūves un darbības aprakstu un apraksta tā iznīcināšanas procesu (teroristu uzbrukuma rezultātā).
Terija Pračeta zinātniskās fantastikas romānā Strata ir iekļauta līnija — ārkārtīgi gara mākslīgā molekula, ko izmanto kā kosmosa liftu.
Grehema Maknīla zinātniskās fantastikas romānā Mechanicum kosmosa lifti atrodas uz Marsa un tiek saukti par Ciolkovska torņiem.
Pieminēts grupas Zvuki Mu dziesmā “Lifts uz debesīm”.
Sonic Colors spēles pašā sākumā var redzēt, ka Sonic and Tails brauc ar kosmosa liftu, lai nokļūtu Dr. Eggman's Parkā.
Aleksandra Zoriha grāmatā “Somnambulists 2” no Etnoģenēzes sērijas galvenais varonis Matvejs Gumiļovs (pēc surogātpersonības iestādīšanas - Maksims Verhovcevs, biedra Alfas personīgais pilots, “Zvaigžņu cīnītāju” vadītājs) ceļo ar orbitālo liftu.
Zinātniskās fantastikas rakstnieka Aleksandra Gromova stāstā “Čūska” varoņi izmanto kosmosa liftu “ceļā” no Mēness uz Zemi.
Zinātniskās fantastikas romānu sērijā

Mūsdienās kosmosa kuģi pēta Mēnesi, Sauli, planētas un asteroīdus, komētas un starpplanētu telpu. Bet ar ķīmisko degvielu darbināmas raķetes joprojām ir dārgs un mazjaudas līdzeklis, lai virzītu kravas ārpus Zemes gravitācijas. Mūsdienu raķešu tehnoloģija praktiski ir sasniegusi ķīmisko reakciju rakstura noteikto iespēju robežu. Vai cilvēce ir nonākusi tehnoloģiskā strupceļā? Nemaz, ja paskatās uz veco kosmosa lifta ideju.

Pie pirmsākumiem

Pirmais, kurš nopietni domāja par to, kā pārvarēt planētas gravitāciju, izmantojot “pievilkšanos”, bija viens no reaktīvo transportlīdzekļu izstrādātājiem Fēlikss Zanders. Atšķirībā no sapņotāja un izgudrotāja barona Minhauzena, Zanders piedāvāja zinātniski pamatotu Mēness kosmosa lifta variantu. Ceļā starp Mēnesi un Zemi ir punkts, kurā šo ķermeņu gravitācijas spēki līdzsvaro viens otru. Tas atrodas 60 000 km attālumā no Mēness. Tuvāk Mēnesim Mēness gravitācija būs spēcīgāka par Zemi, un tālāk tā būs vājāka. Tātad, ja jūs savienojat Mēnesi ar kabeli ar kādu asteroīdu, kas atstāts, teiksim, 70 000 km attālumā no Mēness, tad tikai kabelis neļaus asteroīdam nokrist uz Zemi. Kabelis pastāvīgi tiks stiepts gravitācijas spēka ietekmē, un pa to būs iespējams pacelties no Mēness virsmas pāri Mēness gravitācijas robežām. No zinātniskā viedokļa tā ir pilnīgi pareiza doma. Tas uzreiz nesaņēma pelnīto uzmanību tikai tāpēc, ka Zandera laikā vienkārši nebija materiālu, no kuriem kabelis nesaplīstu zem sava svara.

“1951. gadā profesors Bakminsters Fullers izstrādāja brīvi peldošu gredzenveida tiltu ap Zemes ekvatoru. Viss, kas nepieciešams, lai šī ideja kļūtu par realitāti, ir kosmosa lifts. Un kad mums tas būs? Es negribētu minēt, tāpēc es pielāgošu atbildi, ko Arturs Kantrovics sniedza, kad kāds viņam uzdeva jautājumu par viņa lāzera palaišanas sistēmu. Kosmosa lifts tiks uzbūvēts 50 gadus pēc tam, kad cilvēki pārtrauks smieties par šo ideju. ("Kosmosa lifts: domu eksperiments vai atslēga uz Visumu?", runa XXX Starptautiskajā astronautikas kongresā, Minhenē, 1979. gada 20. septembrī.)

Pirmās idejas

Paši pirmie astronautikas panākumi atkal pamodināja entuziastu iztēli. 1960. gadā jauns padomju inženieris Jurijs Artsutanovs vērsa uzmanību uz interesantu tā saukto ģeostacionāro satelītu (GSS) iezīmi. Šie satelīti atrodas riņķveida orbītā tieši zemes ekvatora plaknē, un to orbītas periods ir vienāds ar Zemes dienas garumu. Tāpēc ģeostacionārs satelīts pastāvīgi atrodas virs viena un tā paša ekvatora punkta. Artsutanovs ierosināja savienot GSS ar kabeli ar punktu, kas atrodas zem tā uz zemes ekvatora. Kabelis būs nekustīgs attiecībā pret Zemi, un gar to liecina ideja par lifta kabīnes palaišanu kosmosā. Šī spilgtā ideja aizrāva daudzus prātus. Slavenais rakstnieks Artūrs Klārks pat uzrakstīja zinātniskās fantastikas romānu "Paradīzes strūklakas", kurā viss sižets saistīts ar kosmosa lifta būvniecību.

Problēmas ar liftu

Šodien ideja par kosmosa liftu uz GSS jau tiek īstenota ASV un Japānā, un pat tiek rīkoti konkursi starp šīs idejas izstrādātājiem. Galvenie dizaineru centieni ir vērsti uz tādu materiālu atrašanu, no kuriem ir iespējams izgatavot 40 000 km garu kabeli, kas spēj izturēt ne tikai savu, bet arī citu konstrukcijas daļu svaru. Lieliski, ka kabelim jau ir izgudrota piemērota viela. Tās ir oglekļa nanocaurules. To spēks ir vairākas reizes lielāks par kosmosa liftam nepieciešamo, taču mums vēl jāiemācās no šādām desmitiem tūkstošu kilometru garām caurulēm izveidot bezdefektu vītni. Nav šaubu, ka šāda tehniska problēma agri vai vēlu tiks atrisināta.

No Zemes uz zemo Zemes orbītu kravas tiek nogādātas ar tradicionālām ķīmiskās degvielas raķetēm. No turienes orbitālie velkoņi nomet kravu uz "apakšējās lifta platformas", kas ir droši noenkurota ar kabeli, kas piestiprināts pie Mēness. Lifts nogādā kravu uz Mēnesi. Tā kā pēdējā posmā un pacelšanās no Mēness laikā nav nepieciešama bremzēšana (un pašas raķetes), ir iespējams ievērojami ietaupīt izmaksas. Bet, atšķirībā no rakstā aprakstītās, šī konfigurācija praktiski atkārto Zandera ideju un neatrisina lietderīgās kravas izņemšanas no Zemes problēmu, saglabājot raķešu tehnoloģiju šim posmam.

Otrs un arī nopietnais uzdevums ceļā uz kosmosa lifta būvniecību ir lifta dzinēja un tā energoapgādes sistēmas izstrāde. Galu galā salonā bez degvielas uzpildes līdz pašām kāpuma beigām jāuzkāpj 40 000 km! Neviens vēl nav izdomājis, kā to panākt.

Nestabils līdzsvars

Taču lielākās, pat nepārvaramās grūtības liftam uz ģeostacionāro satelītu ir saistītas ar debesu mehānikas likumiem. GSS atrodas savā brīnišķīgajā orbītā tikai gravitācijas un centrbēdzes spēka līdzsvara dēļ. Jebkurš šī līdzsvara pārkāpums noved pie tā, ka satelīts maina savu orbītu un atstāj savu "stāvēšanas punktu". Pat nelielas neviendabības Zemes gravitācijas laukā, Saules un Mēness plūdmaiņu spēki un saules gaismas spiediens noved pie tā, ka satelīti ģeostacionārajā orbītā pastāvīgi dreifē. Nav ne mazāko šaubu, ka zem liftu sistēmas svara satelīts nespēs noturēties ģeostacionārajā orbītā un nokritīs. Tomēr pastāv ilūzija, ka ir iespējams pagarināt saiti tālu ārpus ģeostacionārās orbītas un novietot masīvu pretsvaru tās tālākajā galā. No pirmā acu uzmetiena centrbēdzes spēks, kas iedarbojas uz piestiprināto pretsvaru, pievilks kabeli tā, ka papildu slodze no kabīnes, kas pārvietojas pa to, nespēs mainīt pretsvara stāvokli, un lifts paliks darba stāvoklī. Tas būtu taisnība, ja elastīga kabeļa vietā izmantotu stingru, nelokāmo stieni: tad Zemes rotācijas enerģija tiktu pārsūtīta caur stieni uz kabīni, un tā kustība neizraisītu sānu spēka parādīšanos. ko nekompensē kabeļa spriegojums. Un šis spēks neizbēgami izjauks Zemes tuvējā lifta dinamisko stabilitāti, un tas sabruks!

Debesu rotaļu laukums

Par laimi zemes iedzīvotājiem, daba mums ir sagatavojusi brīnišķīgu risinājumu - Mēness. Mēness ir ne tikai tik masīvs, ka neviens lifts to nevar pārvietot, bet arī atrodas gandrīz apļveida orbītā un tajā pašā laikā vienmēr ir pavērsts pret Zemi ar vienu pusi! Ideja vienkārši ierosina sevi - izstiept liftu starp Zemi un Mēnesi, bet lifta kabeli nostiprināt tikai vienā galā, uz Mēness. Kabeļa otro galu var nolaist gandrīz līdz pašai Zemei, un gravitācijas spēks to kā auklu vilks pa līniju, kas savieno Zemes un Mēness masas centrus. Brīvajam galam nedrīkst ļaut sasniegt Zemes virsmu. Mūsu planēta griežas ap savu asi, kā rezultātā kabeļa gala ātrums attiecībā pret Zemes virsmu būs aptuveni 400 m sekundē, tas ir, kustēsies atmosfērā ar ātrumu, kas lielāks par skaņas ātrumu. Neviena konstrukcija nevar izturēt šādu gaisa pretestību. Bet, nolaižot lifta kabīni 30-50 km augstumā, kur gaiss ir diezgan reti sastopams, tā pretestību var atstāt novārtā. Salona ātrums saglabāsies aptuveni 0,4 km/s, un šis ātrums ir viegli sasniedzams ar moderniem augstkalnu stratoplaniem. Lidojot līdz lifta kabīnei un piestājoties ar to (šī dokstacijas tehnika jau sen ir izstrādāta gan lidmašīnu konstrukcijā degvielas uzpildei lidojuma laikā, gan kosmosa kuģos), jūs varat pārvietot kravu no stratoplānas sāniem uz salonu vai atpakaļ. . Pēc tam lifta kabīne sāks pacelties uz Mēnesi, un stratoplāns atgriezīsies uz Zemes. Starp citu, no Mēness piegādāto kravu ar izpletni var vienkārši izmest no kabīnes un veselu paņemt uz zemes vai okeānā.

Izvairīšanās no sadursmēm

Liftam, kas savieno Zemi un Mēnesi, jāatrisina vēl viena svarīga problēma. Zemei tuvajā kosmosā atrodas liels skaits strādājošu kosmosa kuģu un vairāki tūkstoši neaktīvu pavadoņu, to fragmenti un citi kosmosa atkritumi. Sadursme starp liftu un jebkuru no tiem izraisītu kabeļa pārrāvumu. Lai izvairītos no šīs nepatikšanas, tiek piedāvāts kabeļa “apakšējo” daļu 60 000 km garumā padarīt paceļamu un izņemt no Zemes pavadoņu kustības zonas, kad tā tur nav nepieciešama. Ķermeņu novietojuma uzraudzība Zemei tuvajā telpā diezgan labi spēj paredzēt periodus, kad lifta kabīnes kustība šajā zonā būs droša.

Vinča kosmosa liftam

Kosmosa liftam uz Mēnesi ir nopietna problēma. Parasto liftu kabīnes pārvietojas ar ātrumu, kas nav lielāks par dažiem metriem sekundē, un ar šādu ātrumu pat pacelšanās 100 km augstumā (līdz telpas apakšējai robežai) vajadzētu aizņemt vairāk nekā diennakti. Pat ja pārvietojaties ar maksimālo dzelzceļa vilcienu ātrumu 200 km/h, ceļš uz Mēnesi prasīs gandrīz trīs mēnešus. Lifts, kas spēj veikt tikai divus lidojumus uz Mēnesi gadā, visticamāk, nebūs pieprasīts.

Ja kabeli pārklājat ar supravadītāja plēvi, tad būs iespējams pārvietoties pa kabeli uz magnētiskā spilvena, nesaskaroties ar tā materiālu. Šajā gadījumā pusceļā būs iespējams paātrināties un pusceļā nobremzēt salonu.

Vienkāršs aprēķins parāda, ka ar paātrinājumu 1 g (ekvivalents parastajam gravitācijas spēkam uz Zemes) viss ceļojums uz Mēnesi aizņems tikai 3,5 stundas, tas ir, kabīne katru dienu varēs veikt trīs lidojumus uz Mēnesi. . Zinātnieki aktīvi strādā pie tādu supravadītāju izveides, kas darbojas istabas temperatūrā, un to parādīšanās ir gaidāma jau pārskatāmā nākotnē.

Lai izmestu miskasti

Interesanti, ka pusceļā salona ātrums sasniegs 60 km/s. Ja pēc paātrinājuma lietderīgā krava tiek atkabināta no salona, tad ar šādu ātrumu to var novirzīt uz jebkuru Saules sistēmas punktu, uz jebkuru, pat vistālāko planētu. Tas nozīmē, ka lifts uz Mēnesi varēs nodrošināt bezraķešu lidojumus no Zemes Saules sistēmas ietvaros.

Un iespēja mest kaitīgos atkritumus no Zemes uz Sauli, izmantojot liftu, būs pilnīgi eksotiska. Mūsu dzimtā zvaigzne ir tādas jaudas kodolkrāsns, ka visi atkritumi, pat radioaktīvie, sadegs bez pēdām. Tātad pilnvērtīgs lifts uz Mēnesi var kļūt ne tikai par pamatu cilvēces kosmosa paplašināšanai, bet arī par līdzekli mūsu planētas attīrīšanai no tehniskā progresa atkritumiem.